1、1第 19 讲 选修 3-4 振动和波动 光非选择题(每小题 15 分,共 90 分)1.(1)下列说法中正确的是 。 A.遥控器发出的红外线脉冲信号可以用来遥控电视机、录像机和空调机B.观察者相对于振动频率一定的声源运动时,接收到声波的频率小于声源频率C.狭义相对论认为真空中光源的运动会影响光的传播速度D.光的偏振现象说明光是一种横波E.两列频率相同的机械波相遇时,在相遇区可能会出现稳定干涉现象(2)一列简谐横波沿 x 轴正方向传播,某时刻的波形图如图所示,从该时刻开始计时。()若质点 P(坐标为 x=3.2 m)经 0.4 s 第一次回到初始位置,求该机械波的波速和周期;()若质点 Q(坐
2、标为 x=5 m)在 0.5 s 内通过的路程为(10+5 ) cm,求该机械波的波速和周期。22.(2018 山东青岛八校联考)(1)关于波的现象,下列说法正确的有 。 A.当波从一种介质进入另一种介质时,频率不会发生变化B.光波从空气中进入水中后,更容易发生衍射C.波源沿直线匀速靠近一静止接收者,则接收者接收到波信号的频率会比波源频率低D.不论机械波、电磁波,都满足 v=f,式中三个参量依次为波速、波长、频率E.电磁波具有偏振现象(2)如图所示,AOB 是由某种透明物质制成的 圆柱体横截面(O 为圆心),折射率为 ,今有一束平行14 2光以 45的入射角射向柱体的 OA 平面,这些光线中有
3、一部分不能从柱体的 AB 面上射出,设凡射到 OB 面的光线全部被吸收,也不考虑 OA 面的反射,求圆柱体 AB 面上能射出光线的部分占 AB 面的几分之几。23.(1)如图甲,同一均匀介质中的一条直线上有相距 6 m 的两个振幅相等的振源 A、B。从 0 时刻起,A、B 同时开始振动,且都只振动了一个周期。图乙为 A 的振动图像,图丙为 B 的振动图像。若 A 向右传播的波与 B 向左传播的波在 0.3 s 时相遇,则下列说法正确的是 。 甲A.两列波的波长都是 2 mB.两列波在 A、B 间的传播速度均为 10 m/sC.在两列波相遇过程中,A、B 连线的中点 C 为振动加强点D.在 0.
4、9 s 时,质点 B 经过平衡位置且振动方向向上E.两个波源振动的相位差为 (2)如图所示,一束截面为圆形(半径 R=1 m)的平行紫光垂直射向一半径也为 R 的玻璃半球的平面,经折射后在屏幕 S 上形成一个圆形亮区。屏幕 S 至球心的距离为 D=( +1) m,不考虑光的干涉和衍射,2试问:若玻璃半球对紫色光的折射率为 n= ,请你求出圆形亮区的半径。2若将紫光改为白光,在屏幕 S 上形成的圆形亮区的边缘是什么颜色?34.(1)某同学利用平行玻璃砖测量玻璃的折射率,按插针法步骤正确操作,借助刻度尺完成了光路图。该同学有圆规,却没有量角器,他就以 O 点为圆心、15.00 cm 为半径画圆,分
5、别交入射光线于 A 点,交直线OO于 C 点,分别过 A、C 点作法线 NN的垂线交 NN于 B、D 点,如图所示。用刻度尺测得 AB=9.00 cm,CD=6.00 cm,则玻璃的折射率 n= (请用已知线段表示),代入数据求得 n= 。若玻璃砖前后两面并不平行,按正确实验操作,则他测出的折射率 (填“会”或“不会”)受到影响。 (2)如图所示,一列简谐横波沿 x 轴正方向传播,图中的实线和虚线分别是该波在 t=0.02 s 和t=0.08 s 时刻的波形图。()在 t=0.02 s 时,求 x=0.9 m 处质点的振动方向及该波的最大周期;()若波传播的周期为 T,且 8Tt9T,求该波传
6、播的波速大小。5.(2018 福建龙岩质检)(1)关于光现象及其应用,下列说法正确的有( )A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象4B.光导纤维传输信号是利用光的干涉现象C.分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验,用红光时得到的条纹间距更宽D.玻璃内气泡看起来特别明亮,是因为光线从气泡中射出E.在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物,可使景像更清晰(2)一列简谐横波,某时刻的波形图像如图甲所示,从该时刻开始计时,波上 A 质点的振动图像如图乙所示,则:()从该时刻起,再经过 t=0.4 s,P 质点的位移、通过的路程和波传播的距离分别为多少?()若 t=0
7、时振动刚刚传到 A 点,从该时刻起再经多长时间坐标为 45 m 的质点(未画出)第二次位于波峰?6.(2018 河北衡水中学高三调研)(1)一列简谐横波沿 x 轴正方向传播,图甲是波传播到 x=5 m 的 M 点的波形图,图乙是质点 N(x=3 m)从此时刻开始计时的振动图像,Q 是位于 x=10 m 处的质点。下列说法正确的是 。 甲乙A.这列波的波长是 4 mB.这列波的传播速度是 1.25 m/sC.M 点以后的各质点开始振动时的方向都沿-y 方向5D.质点 Q 经过 8 s 时,第一次到达波峰E.在 016 s 内,质点 Q 经过的路程为 11 m(2)如图丙所示,MN 为竖直放置的光
8、屏,光屏的左侧有半径为 R、折射率为 的透明半球体,O 为球3心,轴线 OA 垂直于光屏,O 至光屏的距离 OA= R。一细束单色光垂直射向半球体的平面,在平面的入射332点为 B,OB= R,求:12丙光线从透明半球体射出时,出射光线偏离原方向的角度。光线在光屏形成的光斑到 A 点的距离。6答案精解精析选择题1. 答案 (1)ADE (2)()8 m/s 1 s ()12 m/s s23解析 (1)遥控器是利用其所发出的红外线脉冲信号来遥控电视机、录像机和空调机的,A 正确;声源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率大于声源频率,B 错误;狭义相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相
9、同的,C 错误;偏振是横波的特有现象,光的偏振现象说明光是一种横波,D 正确;只有频率相同的两列机械波相遇,才能出现稳定干涉现象,E 正确。(2)()由于波沿 x 轴正方向传播,当 P 点经 0.4 s 第一次回到初始位置,一定是 x=0 处质点的振动状态传播到 P 点,则该机械波波速为:v= = m/s=8 m/s x t3.2-00.4由波形图可知,波长 =8 m则 T= = s=1 s v88()由波动图像可知,此时 Q 点的纵坐标为 y=- cm,当其通过的路程为(10+5 ) cm 时,一定经52 2 2历了 个周期,即 =T=0.5 s34 34解得 T= s23v= =12 m/
10、sT2. 答案 (1)ADE (2)见解析解析 (1)波在传播过程中波速和波长可能会变化,始终不变的量是频率,A 正确;光从空气中进入水中后,波长减小,更不容易发生衍射,B 错误;根据多普勒效应可知,当波源与接收者之间的相对距离减小,则接收到波信号的频率升高,C 错误;公式 v=f 适用任何波,D 正确;电磁波是横波,横波具有偏振现象,E正确。(2)从 O 点射入的光线,设折射角为 ,根据折射定律,有 n= ,解得 =30sin45sin设从某位置 P 点入射的光线,折射到 AB 面上的 Q 点时,在 Q 点的入射角恰等于临界角 C7有 sin C=1n解得 C=45PQO 中 =180-90
11、-C-=15所以能射出光线区域对应的圆心角=90-=45能射出光线的部分占 AB 面的比例为 =4590123. 答案 (1)ABE (2)1 m 紫色解析 (1)两波在均匀介质中传播波速相同,设为 v,则有 2vt1=xAB,解得 v=10 m/s,故 B 正确。由题图知周期 T=0.2 s,则波长 =vT=2 m,故 A 正确。当 A 的波峰(或波谷)传到 C 时,恰好 B 的波谷(或波峰)传到 C 点,所以 C 点的振动始终减弱,故 C 错误。t 2=0.9 s= T,此时刻 A 引起的波已传过 B 点,故 B 点此时92不振动,D 错误。振源 A 简谐运动的方程为 y=A sin t,
12、振源 B 简谐运动的方程为 y=-A sin t=A sin(t-),两个波源振动的相位差为 ,故 E 正确。(2)如图,紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕 S 上的点 E,E 点到亮区中心 G 的距离 r 就是所求半径,设紫光临界角为 C由全反射的知识知 sin C=1n由几何知识可知:AB=R sin C=RnOB=R cos C=R ,BF=AB tan C=n2-1n Rnn2-1GF=D-(OB+BF)=D- , =nRn2-1GEABGFFB所以有 rx=GE= AB=D -nR=1 mGFFB n2-1由于白色光中紫光的折射率最大,临界角最小,故在屏幕 S 上形成的圆形亮区的
13、边缘应是紫色光。4. 答案 (1) 1.5 不会ABCD8(2)()沿 y 轴负方向 0.08 s ()135 m/s解析 (1)由题图可得 sinAOB= ,sinDOC= ,OA=OC,根据折射定律得 n= = = =1.5。由于ABOA CDOC sinAOBsinDOCABCD9.00cm6.00cm在确定玻璃中的折射光线的位置时与前后两面是否平行无关,所以只要操作正确,折射率的测量就不会受玻璃砖的形状的影响。(2)()该波沿 x 轴正方向传播,根据前一质点带动后一质点振动的原理,t=0.02 s 时,x=0.9 m 处的质点向 y 轴负方向振动由题意有 Tmax=t-t34解得 Tm
14、ax=0.08 s()若 8Tt9T,则依题意有 t-t= T(6+34)T= s0.089v= =135 m/s T5. 答案 (1)ACE (2)()0 4 cm 10 m ()1.8 s解析 (1)用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象,选项 A 正确;光导纤维传输信号是利用光的全反射现象,选项 B 错误;根据 x= 知,同一装置,波长越长条纹间距越宽,选ld项 C 正确;玻璃中的气泡看起来特别明亮是因为光从玻璃射向气泡时,一部分光在界面上发生了全反射,选项 D 错误;在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物,可减弱反射光,从而使景像更清晰,选项 E 正确。(2
15、)()由振动图像可以看出,此波的周期为 0.8 s。因为 t=0.4 s= ,故经 0.4 s,P 质点回到平衡T2位置,位移为 0质点 P 通过的路程为 2A=4 cm在 时间内波传播的距离为 =10 mT2 2()由 A 点在 t=0 时刻向上振动知,波沿 x 轴正方向传播波速 v= = m/s=25 m/s T 200.8x=45 m 处的质点第一次到达波峰的时间t1= = s=1 s45-20v 2525此质点第二次位于波峰的时间 t=t1+T=1.8 s96. 答案 (1)ACD (2)30 R2解析 (1)由题图知,该波的波长为 4 m,周期为 4 s,因此波速 v= =1 m/s
16、,故 A 正确,B 错误;由于波沿 Tx 轴正方向传播,由同侧法知 M 点的起振方向沿 y 轴的负方向,根据各质点的起振方向一致知,M 点以后的各质点开始振动时的方向都沿 y 轴的负方向,C 正确;质点 Q 第一次到达波峰所需的时间 t= = s=8 sv10-21s,D 正确;由于经过 5 s,Q 才开始振动,再经过 11 s,质点 Q 经过的路程为 x= 4A=1.1 m,E 错误。11sT(2)如图所示,由折射定律,有 n= =sinsini 3其中 i=30,解得 =60所以出射光线偏离原方向的角度 =60-30=30由几何知识,有 CD=R,OD= R3所以 AD= R32所以 AE=AD tan =R2