高考物理三轮复习题型专项练习四选修34.docx
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高考物理三轮复习题型专项练习四选修34
专项练
(一)-(四)
专项练
(一)
(建议用时:
30分钟)
试卷
1
2
3
考点
机械波和光的折射定律的应用
电磁波的理解和波的传播的应用
波的传播和光的折射定律的应用
1.
(1)如图所示,a、b、c、d是均匀介质中x轴上的四个质点.相邻两点的间距依次为2m、4m和6m.一列简谐横波以2m/s的波速沿x轴正向传播,在t=0时刻到达质点a处,质点a由平衡位置开始竖直向下运动,t=3s时a第一次到达最高点.下列说法正确的是________.
A.该列简谐横波的波长为8m
B.在t=5s时刻质点c恰好到达最高点
C.质点b开始振动后,其振动周期为4s
D.在4s E.当质点d向下运动时,质点b一定向上运动 (2)一玻璃正方体中心有一点状光源.今在正方体的部分表面镀上不透明薄膜,以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出正方体.已知该玻璃的折射率为 ,求镀膜的面积与正方体表面积之比的最小值. 2. (1)下列说法正确的是________. A.电磁波是横波,可以观察到其偏振现象 B.当一列声波从空气中传入水中时波长一定会变长 C.物体做受迫振动时,驱动力频率越高,受迫振动的物体振幅越大 D.横波在传播过程中,波峰上的质点运动到相邻的波峰所用的时间为一个周期 E.做简谐运动的物体,其速度和加速度两物理量随时间的变化规律均符合正余弦函数变化规律 (2)资料记载,海啸波是重力长波,波长可达100公里以上,它的传播速度等于重力加速度g与海水深度乘积的平方根.使得在开阔的深海区低几米的一次单个波浪,到达浅海区波长减小,振幅增大,掀起10~40米高的拍岸巨浪,有时最先到达的海岸的海啸可能是波谷,水位下落,暴露出浅滩海底,几分钟后波峰到来,一退一进,造成毁灭性的破坏. ①在深海区有一海啸波(忽略海深度变化引起的波形变化)如图甲,实线是某时刻的波形图,虚线是t=900s后首次出现的波形图.已知波沿x轴正方向传播.波源到浅海区的水平距离s1=1.08万公里,求海啸波到浅海区的时间t1; ②在①的情况下,在浅海区有一海啸波(忽略海深度变化引起的波形变化)如图乙.海啸波从进入浅海区到到达海岸的水平距离为s2.写出该海啸波的表达式和波谷到达海岸的关系式. 3. (1)两列在同一介质中的简谐横波沿相反方向传播,某时刻两列波相遇,如图所示,其中实线波的频率为2.50Hz,图示时刻平衡位置x=3m处的质点正在向上振动.则下列说法正确的是________. A.实线波沿x轴正方向传播,虚线波沿x轴负方向传播 B.两列波在相遇区域发生干涉现象 C.两列波的波速均为15m/s D.从图示时刻起再过0.025s,平衡位置x=1.875m处的质点将位于y=15cm处 E.图示时刻平衡位置x=4.5m处的质点位于y=-15cm处 (2)如图所示,a、b为两束平行单色光束,等边三角形ABC是某三棱镜横截面,三角形的边长为l,BC边的右侧有平行于BC的光屏MN;光束a、b分别从三角形的AB边中点和AC边中点垂直BC边射入三棱镜,之后会聚于BC边的中点,然后射出三棱镜,并射到光屏上,屏上两光斑间距恰好等于三角形边长.求: ①三棱镜材料对平行光束a、b的折射率; ②光屏到BC边的距离. 选修34专项练 (一) 1.解析: (1)由题意可知,波的周期为T=4s,则波长λ=vT=8m,选项A正确;机械波从a点传到c点需要t= = s=3s,开始起振的方向向下,则到达最高点还需3s,可知在t=6s时刻质点c恰好到达最高点,在4s λ,则当质点d向下运动时,质点b不一定向上运动,选项E错误. (2)如图,考虑从玻璃正方体中心O点发出的一条光线,假设它斜射到玻璃正方体上表面发生折射,根据折射定律有: nsinθ=sinα,式中,n是玻璃的折射率,入射角等于θ,α是折射角,现假设A点是上表面面积最小的不透明薄膜边缘上的一点,由题意,在A点刚好发生全反射,故αA= ,设线段OA在正方体上表面的投影长为RA,由几何关系有sinθA= ,式中a为玻璃正方体的边长,联立解得RA= ,则RA= ,由题意,上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是半径为RA的圆,所求镀膜面积S′与玻璃正方体的表面积S之比为 = = . 答案: (1)ACD (2) 2.解析: (1)电磁波是横波,可以观察到其偏振现象,选项A正确;当一列声波从空气中传入水中时,波速变大,频率不变,则波长一定会变长,选项B正确;物体做受迫振动时,当驱动力频率越接近于物体的固有频率时,受迫振动的物体振幅越大,选项C错误;横波在传播过程中,质点不随波迁移,选项D错误;做简谐运动的物体,其速度和加速度两物理量随时间的变化规律均符合正余弦函数变化规律,选项E正确. (2)①由题图甲得λ1=240km 依题意有t= T v1= s1=v1t1 解得t1=15h. ②由题图乙得波的振幅A=20m,波长λ2=40km 由t= T得波的周期 T=1200s ω= y=Asinωt 解得波的表达式 y=20sin t(m) 海啸波在浅海区的传播速度 v2= = m/s 波谷最先到达海岸的关系式 s2+ λ2=v2t 解得波谷最先到达海岸的时间 t= +300(s). 答案: (1)ABE (2)①15h ②y=20sin t(m) t= +300(s) 3.解析: (1)图示时刻,实线波x=3m处的质点正处在平衡位置向上振动,可推知实线波沿x轴正方向传播,虚线波沿x轴负方向传播,故A正确;两列波在同一均匀介质传播,所以两列波的波速相同,由波形图可知波长不同,根据v=λf,所以两列波的频率不同,不能发生干涉现象,故B错误;根据v=λf,由实线波可知v=λf=6×2.50m/s=15m/s,故C正确;因为x=vt=15×0.025m=0.375m,所以x=1.5m处的实线波峰将传到x=(1.5+0.375)m=1.875m处,x=2.25m处的虚线波峰也将传到x=(2.25-0.375)m=1.875m处,所以平衡位置x=1.875m的质点将位于y=30cm处,故D错误;图示时刻平衡位置x=4.5m的质点,实线波和虚线波两列波单独引起的位移分别为-15cm、0,故合位移为-15cm,故E正确. (2)①作出光路如图所示 过a光束的入射点作直线AB的垂线,由几何知识可知,a光线进入AB面时的入射角α和折射角β分别为α=60°,β=30° 则折射率n= = . ②BC边右侧的光路如图所示,D为BC中点,图中ON=DC= 由tanα= ,解得OD= l 所以光屏到BC边距离等于 l. 答案: (1)ACE (2)①均为 ② l 选修34专项练 (二) (建议用时: 30分钟) 试卷 1 2 3 考点 波的干涉和光的折射定律的应用 波的双缝干涉和光的折射定律的应用 波动图象和光的折射定律的应用 1. (1)两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图甲、乙所示.图丙中有一半圆玻璃砖,O是圆心,MN是法线,PQ是足够长的光屏.甲单色光以入射角i由玻璃砖内部射向O点,折射角为r.则下列说法正确的是________. A.乙光以i入射时一定发生全反射 B.甲光的频率比乙光的频率大 C.光的干涉现象说明光是一列横波 D.甲光在玻璃砖中的临界角C满足sinC= E.若绕O点逆时针旋转玻璃砖,PQ上可能接收不到甲光 (2)半径为R的半圆柱形玻璃砖的截面如图所示,O为圆心,光线Ⅰ沿半径方向从a点射入玻璃砖后,恰好在O点发生全反射,另一条光线Ⅱ平行于光线Ⅰ从最高点b射入玻璃砖后,在底边MN上的d点射出,若测得Od= ,求该玻璃砖的折射率. 2. (1)如图所示,下列说法正确的是________. A.图甲中,P、Q是偏振片,M是光屏,当P固定不动,缓慢转动Q时,光屏M上的光亮度将会变化,此现象表明光波是横波 B.图乙是双缝干涉示意图,若只减小屏到双缝间的距离L,两相邻亮条纹间距离将减小 C.根据麦克斯韦的电磁场理论,变化的电场周围一定能产生电磁波 D.利用红外线进行遥感主要是因为红外线的波长长,容易发生衍射 E.人站在路边,一辆汽车响着喇叭从人身边疾驰而过,人听到喇叭的音调会由低变高 (2)如图,水平桌面上有一水槽,槽中放置着平面镜M,镜面与水平面之间的夹角为θ.一束白光从O点射向水面,先经水面折射,再经平面镜反射,又经水面折射回到空气中,最后在水槽左上方的竖直屏N上形成彩色光带.若逐渐增大θ角,各种色光陆续消失,假定所有光线均在同一竖直平面. ①________色光最先从屏上消失; ②若入射光线与水面成30°角,镜面与水平面之间的夹角θ=45°,屏上的彩色光带恰好全部消失.求最后消失的色光对水的折射率.(结果可以用根式表示) 3. (1)一列波沿x轴方向传播,某一时刻的波形如图所示.质点A与坐标原点O的水平距离为0.6m,波长λ=1.6m,此时质点A沿y轴正方向振动,从此时起经过0.1s第一次到达波峰处,则下列说法中正确的是________. A.这列波沿x轴正方向传播 B.这列波的周期T=0.8s C.波速v=14m/s D.从图示时刻开始,质点A经过Δt=1.6s运动的路程为0.4m E.从图示时刻开始,质点A经过Δt′=0.5s第一次到达波谷 (2)半径为R的半圆柱形介质截面如图所示,O为圆心,AB为直径,Q是半圆上的一点,从Q点平行于AB射入半圆柱介质的光线刚好从B点射出,已知∠QBO=30°,现有一条光线从距离O点 R处垂直于AB边射入半圆柱形介质,已知光在真空中的传播速度为c,求: ①该半圆柱形介质的折射率; ②垂直AB边射入介质的光线在半圆柱介质中的传播时间. 选修34专项练 (二) 1.解析: (1)题图乙中两相邻亮条纹间距Δx更大,根据Δx= λ,可知L、d一样,故乙光的波长长,根据c=λν,可知乙光的频率小,甲光的频率大,故玻璃砖对甲光的折射率大于玻璃砖对乙光的折射率,根据全反射的条件sinC= ,可知乙光发生全反射的临界角大于甲光的全反射临界角,由题知,当甲单色光以入射角i由玻璃砖内部射向O点能折射出来,故乙光以i入射时不能发生全反射,故A错误,B正确;光的偏振现象说明光是横波,故C错误;根据折射定律得n= ,而全反射的临界角sinC= ,解得sinC= ,故D正确;因甲光的全反射临界角较小,故若绕O点逆时针旋转玻璃砖,甲光先消失,故E正确. (2)设光线Ⅱ的入射角和折射角分别为i和r,在△bOd中,bd= = R, sinr= = ,由折射定律有n= , 即sini= n. 又因为光线Ⅰ与光线Ⅱ平行,且在O点恰好发生全反射,有: sini= ,所以 = , 解得: n= ≈2.03. 答案: (1)BDE (2)2.03 2.解析: (1)只有横波才能产生偏振现象,所以光的偏振现象表明光是一种横波,故A正确.根据双缝干涉两相邻亮条纹的间距Δx与双缝间距离d及光的波长λ的关系式Δx= λ,可知若只减小屏到双缝间的距离L,两相邻亮条纹间距离Δx将减小,故B正确.根据麦克斯韦的电磁场理论可知,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场;均匀变化的电(磁)场只能产生恒定不变的磁(电)场,故C错误.波长越长,越容易发生衍射现象;利用红外线进行遥感是因为红外线的波长长,容易发生衍射,故D正确.根据多普勒效应,声波波源远离观察者时,则观察者接收到的声波频率变小,故E错误. (2)①逐渐增大θ角,反射光线逆时针转动,反射光线射到水面的入射角增大,由于紫光的临界角最小,所以紫光的入射角首先达到临界角,发生全反射,故从屏上最先消失的是紫色光. ②最后消失的是红光,红光传播的光路如图. 在空气与水的界面,入射角α=60°,折射角为β. 由折射定律n= 红光在平面镜上的入射角为r,由几何关系 β+r=45° 红光由水面射向空气,恰好发生全反射时入射角为C,由几何关系C=β+2r且sinC= ,联立解得n= . 答案: (1)ABD (2)①紫 ② 3.解析: (1)质点A由平衡位置向正的最大位移处运动,由平移法可知,波沿x轴正方向传播,故A正确;由题可知,λ=1.6m;由图,O点到左侧的波峰的距离为半个波长,等于0.8m,所以A点到波峰的时间: t=0.1s= ,所以: v=2m/s;得: T= = s=0.8s,故B正确,C错误;由于1.6s=2T,则经过1.6s质点A的路程为8A,由图可知,该波的振幅为10cm=0.10m,所以A的路程: s=8A×0.10=0.8m,故D错误;由图可知,A左侧的波谷到O点的距离为一个波长,等于1.6m,质点A第一次到达波谷的时间即该波谷传播到A的时间,所以: t= = s=0.5s,故E正确. (2)①作出光路图: 由几何关系可知,从Q点射入的光线的入射角为i=60° 由折射定律有: n= = ; ②垂直AB射入介质的光线到达圆弧面时入射角为α=60°,设全反射的临界角为C 由sinC= = ,因α>C,因此光线在P点发生全反射在介质中的传播路程为s=2R+2Rsin30° 光在介质中传播速度为: v= = c 光线在半圆柱介质中的传播时间为t= = . 答案: (1)ABE (2)① ② 选修34专项练(三) (建议用时: 30分钟) 试卷 1 2 3 考点 光的折射定律及波动和振动图象的理解 声波的理解和光的折射定律的应用 机械波的传播和光的折射定律的应用 1. (1)△OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面,ON=OM,a、b两束可见单色光(关于OO′)对称,从空气垂直射入棱镜底面MN,在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图所示,则下列说法正确的是( ) A.在玻璃砖中a光束的折射率小于b光束的折射率 B.在玻璃砖中,a光束的传播速度小于b光束的传播速度 C.若a、b两光束从玻璃砖中射向空气,则b光束的临界角比a光束的临界角小 D.用同样的装置做双缝干涉实验,a光束的条纹间距小 E.用a、b两光束照射同一狭缝,a光束衍射现象更明显 (2)如图所示,一列简谐横波沿x轴传播,t1=0,和t2=0.05s时的波形图分别为图示的实线和虚线,质点P是介质中的一点,且在0时刻的坐标为(4m,0). ①若周期大于0.05s,求波速; ②若周期小于0.05s,并且波速为600m/s,求质点P在0~0.05s内运动的位移大小和路程. 2. (1)下列说法正确的是________. A.不管系统的固有频率如何,它做受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率,与系统的固有频率无关 B.游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的,说明机械波从一种介质进入另一种介质,频率并不改变 C.当光从一种介质射入另一种介质时,如果入射角足够大,就会发生全反射现象 D.麦克斯韦电磁场理论的主要论点是变化的磁场激发电场,变化的电场激发磁场 E.相对论认为: 一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度大 (2)“道威棱镜”广泛地应用在光学仪器中,如图所示,将一等腰直角棱镜截去棱角,使其平行于底面,可制成“道威棱镜”,这样就减小了棱镜的重量和杂散的内部反射.从M点发出的一束平行于底边CD的单色光从AC边射入,已知棱镜玻璃的折射率n= ,光在真空中的速度为c. ①请通过计算判断该光线能否从CD边射出; ②若CD= l,光在“道威棱镜”内部传播的时间为多少. 3. (1)如图,轴上S1与S2是两个波源,产生的简谐波分别沿轴向右、向左传播,波速均为v=0.4m/s,振幅均为A=2cm,图示为t=0时刻两列波的图象,此时分别传播到P点和Q点,下列说法正确的是________. A.图示时刻质点P、Q都沿y轴负向运动 B.t=0.75s时刻,质点P、Q都运动到M点 C.t=1s时刻,x=0.5m处的质点M的位移为-4cm D.t=1.25s时刻,x=0.5m处的质点M为振动减弱点 E.t=3.5s时刻,质点P的位移为0 (2)如图,上下表面平行的玻璃砖折射率n= ,下表面镀有反射膜,玻璃砖右侧竖直放置一标尺.一束单色光以入射角i=45°射到玻璃砖上表面的A点,在标尺上出现两个光点(图中未画出).不考虑多次反射,已知折射光在玻璃砖内的传播时间为t,真空中的光速为c,求: ①标尺上两光点的距离; ②光在标尺上形成两光点的时间差. 选修34专项练(三) 1.解析: (1)a、b两光在侧面上的入射角相同,但是b光发生全反射,说明b光的临界角小于a光的临界角,根据sinC= 知,a光的折射率小,故A、C正确.根据v= 知,a光的折射率小,则a光在棱镜中的传播速度大,故B错误.a光的折射率小,其波长长,根据干涉条纹间距公式知Δx= λ,a光的干涉条纹宽度大,故D错误.a光的波长长,则容易发生衍射现象,用两束光照射同一狭缝时,a光衍射的明显,选项E正确. (2)①由图可知波长λ=8m,在一个周期内,若波沿x轴正方向传播,则在0.05s内向右传播了 λ=2m; 由v= ,解得v=40m/s;同理,若波沿x轴负方向传播,则波速为120m/s. ②若波速为600m/s,则在0.05s内,波传播的距离为30m,即3 λ,波沿x轴负方向传播;由同侧原理可知t=0时P向y轴负方向运动,波传播距离为3 λ,则质点振动时间为3 T,因振幅是0.2m,所以P质点的位移为0.2m,路程是3m. 答案: (1)ACE (2)①若波沿x轴正方向传播,v=40m/s;若波沿x轴负方向传播,波速为120m/s ②P质点的位移为0.2m,路程是3m 2.解析: (1)不管系统的固有频率如何,它做受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率,与系统的固有频率无关,选项A正确;游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的,说明机械波从一种介质进入另一种介质,频率并不改变,选项B正确;只有当光从光密介质射入另一种光疏介质时,如果入射角足够大,才会发生全反射现象,选项C错误;麦克斯韦电磁场理论的主要论点是变化的磁场激发电场,变化的电场激发磁场,选项D正确;相对论认为: 一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度小,选项E错误. (2)①光在棱镜中传播光路如图所示. 由折射定律得 n= 解得γ=30° 而sinC= 解得C=45° 光线到达CD边时,θ=75°>C,故光线无法从CD边射出. ②设光线在棱镜内传播的初始点为E,则 n= 由正弦定理得 = 解得EP= CP 由对称性可知,光在棱镜内部传播的路程 s= CD 而t= ,所以t= . 答案: (1)ABD (2)①光线无法从CD边射出 ② 3.解析: (1)两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播,则质点P、Q均沿y轴负方向运动,故A正确;质点不随波迁移,所以质点P、Q都不会运动到M点,故B错误;波的周期T= = s=1s,两列波从P、Q两点传到M的时间为 T,当t=1s时刻,两波的波谷恰好传到质点M,所以位移为-4cm,故C正确;经t=1.25s=T+ 时,两波的平衡位置恰好传到质点M,根据“上下坡”法,可知两波此时在质点M处的运动方向都沿y轴正方向,即M点为振动加强点,故D错误;向左传播的波经t= s=1.5s传到质点P,再经过t=2s=2T,刚好到t=3.5s,此时质点P在平衡位置,质点P在向右传播的波经t=3.5s=3T+ ,也刚好回到平衡位置,故在t=3.5s时质点P在平衡位置,则此时质点P的位移为0,故E正确. (2)①光路如图 由折射定律: n= , 知r=30° 由几何关系知 GF=BE=AB 光在玻璃中的速度为v= = c 光在玻璃中的路径长度s=2AB=vt 可解得标尺上两光点的距离GF= ct. ②反射光在AE段的传播时间为 t1= 在EG段的传播时间与折射光在BF段的传播时间相等,所以光在标尺上形成两光点的时间差: Δt=t-t1= . 答案: (1)ACE (2)① ct ② 选修34专项练(四) (建议用时: 30分钟) 试卷 1 2 3 考点 振动图象和波形图的应用及光的折射定律的应用 单摆模型和光利用双缝干涉测光的波长 波的干涉和光的折射定律、全反射的应用 1. (1)图甲为一列简谐横波在t=0.10s时刻的波形图,P是平衡位置为x=0.5m处的质点,Q是平衡位置为x=2m处的质点,图乙为质点P的振动图象.则该波的传播方向是________(填“沿x轴正方向”或“沿x轴负方向”),传播速度大小为________m/s,从t=0.10s到t=2.7s,质点Q通过的路程为__________cm. (2)如图所示,一个透明的圆柱横截面的半径为R,折射率是 ,AB是一条直径,现有一束平行光沿AB方向射入圆柱体.若有一条光线经折射后恰经过B点,求: ①这条入射光线到AB的距离是多少? ②这条入射光线在圆柱体中运动的时间是多少? 2. (1)下列说法正确的是( ) A.竖直的弹簧振子的回复力,由弹簧的弹力提供 B.单摆振动的周期,一定等于它的固有周期 C.机械波从一种介质进入另一种介质,如果波速变大,波长一定变大 D.在干涉现象中,振动加强点的位移可能比振动减弱点的位移小 E.发生多普勒效应时,波源发出的波的频率并没有发生变化 (2)某同学用如图甲所示实验装置做“用双缝干涉测量光的波长”的实验,相邻两条亮条纹间的距离用带有螺旋测微器的测量头测出,测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐,将该亮条纹定位第1条亮条纹,此时手轮上的示数如图乙所示,然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐,此时手轮上的示数如图丙所示,则这种色光的波长λ=________nm(已知双缝间距d=0.2mm,双缝到屏间的距离L=700mm),若改用频率较高的单色光照射,得到的干涉条纹间距将________(填“变大”“不变”或“变小”). 3. (1)一束含两种频率的单色光,照射到底面有涂层的平行均匀玻璃砖上表面后,经下表面反射从玻璃砖上表面射出后,光线分为a、b两束,如图所示.下列说法正确的是________. A.a、b一定是平行光线 B.用同一装置进行双缝干涉实验,a光的条纹间距大于b光的条纹间距 C.a光的频率大于b光的频率 D.从同种玻璃射入空气发生全反射时,a光的临界角小 E.增大从空气到玻璃的入射角(90°之内),a、b光可能在玻璃内发生全反射 (2)如图甲所示,足够宽水槽下面有一平面镜,一束单色光以入射角i射入水面,经平面镜反射后的光线恰好沿水平方向射出.已知水对该单色光的折射率为n= . ①若平面镜与水平方向的夹角为θ=30°,求该单色光在水面入射角的正弦值sini; ②使该单色光从水槽左壁
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