专题16 机械波与光.docx

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专题16机械波与光

专题16机械波与光

1.（2013高考福建理综第14题）一束由红、紫两色组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜.下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜分离成两束单色光的是

答案：

B

解析：

复色光在界面折射就分成两束光，且紫光由于折射率较大，偏折较多，能正确表示该复色光经三棱镜分离成两束单色光的是图B.

2．（2013高考上海物理第3题）白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的

（A）传播速度不同（B）强度不同（C）振动方向不同（D）频率不同

答案：

D

解析：

白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的频率不同.

3．（2013高考天津理综物理第8题）固定的半圆形玻璃砖的横截面如图．O点为圆心，OO’为直径MN的垂线.足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN．由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO’夹角θ较小时，光屏NQ区城出现两个光斑.·逐渐增大θ角．当θ=α时，光屏NQ区城A光的光斑消失，继续增大θ角，当θ=β时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则

A．玻璃砖对A光的折射率比对B光的大

B.A光在玻璃砖中传播速度比B光的大

C.α<θ<β时，光屏上只有1个光斑

D.β<θ<π/2时，光屏上只有1个光斑

答案：

AD

解析：

入射光线与OO’夹角θ较小时，在O点从MN射出的折射光色散为A、B两种单色光，射到光屏上，光屏NQ区城出现两个光斑.·逐渐增大θ角．当θ=α时，光屏NQ区城A光的光斑消失，说明A光的临界角等于α.当θ=β时，光屏NQ区域B光的光斑消失，说明A光的临界角等于β.由sinC=1/n可知，玻璃砖对A光的折射率比对B光的大，选项A正确.由n=c/v可知A光在玻璃砖中传播速度比B光的小，选项B错误.α<θ<β时，A光发生全反射，光屏上只有1个光斑，选项C正确.β<θ<π/2时，A、B光都发生全反射，光屏上没有光斑，选项D错误.

4．（2013全国高考大纲版理综第14题）下列现象中，属于光的衍射现象的是（）

A．雨后天空出现彩虹

B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹

C．海市蜃楼现象

D．日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹

答案：

B

解析：

雨后天空出现彩虹是由于光的折射，属于色散现象；通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹属于光的衍射现象.海市蜃楼现象是光的全反射现象.日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹是光的干涉现象.

5．（2013高考上海物理第1题）电磁波与机械波具有的共同性质是

（A）都是横波（B）都能传输能量

（C）都能在真空中传播（D）都具有恒定的波速

答案：

B

解析：

电磁波与机械波具有的共同性质是都能传输能量，选项B正确.

6．（2013高考浙江理综第14题）关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是

A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息

B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波

C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传递速度相同

D．遥控器发出的红外线波长和医院CT中的X射线波长相同

答案：

B

解析：

电磁波可以传递信息，声波也可以传递信息，选项A错误；手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波，选项B正确.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传递速度不相同，选项C错误.遥控器发出的红外线波长和医院CT中的X射线波长不相同，选项D错误.

7.（2013高考北京理综第14题）如图所示，一束可见光射向半圆形玻璃砖的圆心O，经折射后分为两束单色光a和b.下列判断正确的是

A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率

B．a光的频率大于b光的频率

C．在真空中a光的波长大于b光的波长

D．a光光子能量小于b光光子能量

答案：

B

解析：

由图示和折射定律可知，玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，选项A错误.根据折射率随频率ν的增大而增大可知，a光的频率大于b光的频率，选项B正确.由波长公式λ=c/ν可知在真空中a光的波长小于b光的波长，选项C错误.由E=hν可知a光光子能量大于b光光子能量，选项D错误.

8．（2013高考四川理综第3题）光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播形式可知

A．折射现象的出现表明光是纵波

B．光总会分为反射光和折射光

C．折射光与入射光的传播方向总是不同的

D．发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同

答案.D

解析：

折射现象的出现表明光在两种介质中传播速度不同，选项A错误D正确.在发生全反射时，折射光消失，选项B错误.当入射角等于0°时，折射光与入射光的传播方向相同，选项C错误.

9．（2013高考四川理综第1题）下列关于电磁波说法，正确的是

A．电磁波只能在真空中传播

B．电场随时间变化时一定产生电磁波

C．做变速运动的电荷会在空间产生电磁波

D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在

答案：

C

解析：

电磁波可以在真空中传播.也可以在介质中传播，选项A错误.电场随时间变化时一定产生磁场，但是不一定产生电磁波，选项B错误.做变速运动的电荷相当于不均匀变化的电流，在周围产生不均匀变化的磁场，会在空间产生电磁波，选项C正确.赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，选项D错误.

10（2013高考江苏物理第12B题）

（2）如题12B-2图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v（v接近光速c）.地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离_______（选填“大于”、“等于”或“小于”）L.当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为___▲____.

答案

（2）大于c（或光速）

解析：

根据运动的尺子缩短，A测得两飞船间的距离大于地面上测得的距离L.根据狭义相对论的光速不变假设，当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为c.

11（3）题12B-3图为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，AB

BC.光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出.

若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是多少？

（计算结果可用三角函数表示）

解析：

（3）由题意知,入射角

°

则折射率最小值

12（2013高考山东理综第37

（2）题）

（2）如图乙所示，ABCD是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入.已知棱镜的折射率n=

，AB=BC=8cm，OA=2cm，∠OAB=60°.

①求光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向.

②第一次的出射点距Ccm.

解析：

①设发生全反射的临界角为C，由折射定律得

sinC=1/n，

代入数据得：

C=45°.

光路如图所示，由几何关系可知光线在AB边和BC边的入射角均为60°，均发生全反射.设光线在CD边的入射角为α，折射角为β，由几何关系得，α=30°，小于临界角，光线第一次射出棱镜在CD边，由折射定律得

n=sinβ/sinα，

代入数据解得：

β=45°.

②

13.（2013全国新课标理综1第34题）

（2）（9分）图示为一光导纤维（可简化为一长玻璃丝）的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面.已知光在真空中的传播速度为c.

（i）为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足的条件；

（ii）求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所藉的最长时间.

解析：

（i）设光线在端面AB上C点（见右图）的入射角为i，折射角为r，由折射定律有：

sini=nsinr.

设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为α，为了使该光线在此光导纤维中传播，应有：

α≥θ.

式中θ为该光线在玻璃丝内发生全反射的临界角，它满足：

nsinθ=1.由几何关系得：

r+α=90°.

由上述各式联立解得：

sini≤

.

（ii）该光线在玻璃丝内传播速度的大小为v=c/n，

光速在玻璃丝轴线方向的分量为：

vx=vsinα

光线从玻璃丝端面AB传播到另一端面所需时间为T=L/vx

光线在玻璃丝中传播，在刚好发生全反射时，光线从端面AB传播到另一端面所需时间最长，由上述各式联立解得：

Tmax=Ln2/C.

14.（2013全国新课标理综II第34题）

（2）如图，三棱镜的横截面为直角三角形ABC，∠A=30°，∠B=60°.一束平行于AC边的光线自AB边的P点射入三棱镜，在AC边发生反射后从BC边的M点射出.若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等.

（i）求三棱镜的折射率；

（ii）在三棱镜的AC边是否有光线透出？

写出分析过程.（不考虑多次反射）

解析：

（1）光路图如图所示，图中N点为光线在AC边发生反射的入射点.设光线在P点的入射角为i、折射角为r，在M点的入射角为r’、折射角依题意也为i，有：

i=60°.

由折射定律有：

sini=nsinr，

nsinr'=sini，

联立解得：

r=r’.

OO’为过M点的法线，∠C为直角，OO’//AC.由几何关系有：

∠MNC=r’.

由反射定律可知：

∠PNA=∠MNC.

联立解得：

∠PNA=r.

由几何关系得：

r=30°.

联立解得：

n=

.

（ii）设在N点的入射角为r’，由几何关系得：

i’=60°.

此三棱镜的全反射临界角满足nsinθC=1，

联立解得：

i’>θC.

此光线在N点发生全反射，三棱镜的AC边没有光线透出.

15（2013高考福建理综第16题）如图，t=0时刻，波源在坐标原点从平衡位置沿y轴正方向开始振动，振动周期为0.4s，在同一均匀介质中形成沿x轴正、负两方向传播的简谐横波.下图中能够正确表示t=0.6时波形的图是

答案：

C

解析：

波源振动在同一均匀介质中形成沿x轴正、负两方向传播的简谐横波.t=0.6时沿x轴正、负两方向各传播1.5个波长，能够正确表示t=0.6时波形的图是C.

16．（2013高考上海物理第4题）做简谐振动的物体，当它每次经过同一位置时，可能不同的物理量是

（A）位移（B）速度（C）加速度（D）回复力

答案：

B

解析：

做简谐振动的物体，当它每次经过同一位置时，位移相同，加速度相同，位移相同，可能不同的物理量是速度，选项B正确.

17．（2013高考上海物理第14题）一列横波沿水平绳传播，绳的一端在t＝0时开始做周期为T的简谐运动，经过时间t（

T＜t＜T），绳上某点位于平衡位置上方的最大位移处.则在2t时，该点位于平衡位置的

（A）上方，且向上运动

（B）上方，且向下运动

（C）下方，且向上运动

（D）下方，且向下运动

答案：

B

解析：

由于再经过T时间，该点才能位于平衡位置上方的最大位移处，所以在2t时，该点位于平衡位置的上方，且向上运动，选项B正确.

18．（2013全国高考大纲版理综第21题）在学校运动场上50m直跑道的两端，分别安装了由同一信号发生器带动的两个相同的扬声器.两个扬声器连续发出波长为5m的声波.一同学从该跑道的中点出发，向某一端点缓慢行进10m.在此过程中，他听到扬声器声音由强变弱的次数为（）

A．2B．4

C．6D．8

答案：

B

解析：

向某一端点每缓慢行进2.5m，他距离两波源的路程差为5m，听到扬声器声音强，缓慢行进10m，他听到扬声器声音由强变弱的次数为4次，选项B正确.

19.（2013全国新课标理综1第34题）

（1）（6分）如图，a.b,c.d是均匀媒质中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（填正确答案标号.选对I个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分.每选错I个扣3分，最低得分为0分）

A．在t=6s时刻波恰好传到质点d处

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

答案：

ACD

解析：

根据题述“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”可知周期为T=4s.波长λ=vT=2×4m=8m.在t=6s时刻波恰好传到质点d处，选项A正确.在t=3s时刻波传播到质点C，在t=5s时刻质点c恰好回到平衡位置，在t=6s时刻到达最高点，选项B错误.质点b开始振动后，其振动周期为4s，选项C正确.在4s

20.（2013高考江苏物理第12B题）

（1）如题12B-1图所示的装置，弹簧振子的固有频率是4Hz.现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz，则把手转动的频率为___▲____.

（A）1Hz

（B）3Hz

（C）4Hz

（D）5Hz

答案：

A

解析：

根据受迫振动的频率等于驱动力的频率，把手转动的频率为1Hz，选项A正确.

21．（2013高考上海物理第23题）如图，在：

半径为2.5m的光滑圆环上切下一小段圆弧，放置于竖直平面内，两端点距最低点高度差H为1cm.将小环置于圆弧端点并从静止释放，小环运动到最低点所需的最短时间为＿＿＿＿s，在最低点处的加速度为＿＿＿＿m/s2.（取g＝10m/s2）

答案：

0.7850.08

解析：

小环运动沿圆弧的运动可类比于单摆的简谐运动，小环运动到最低点所需的最短时间为t=T/4=

=0.785s.由机械能守恒定律，mgH=

mv2，在最低点处的速度为v=

.在最低点处的加速度为a=

=

=0.08m/s2.

22（2013全国新课标理综II第34题）

（1）如图.一轻弹簧一端固定，另一端连接一物块构成弹簧振子，该物块是由a、b两个小物块粘在一起组成的.物块在光滑水平桌面上左右振动.振幅为A0，周期为T0.,.当物块向右通过平衡位置时，a、b之间的粘胶脱开；以后小物块a振动的振幅和周期分别为A和T，则：

AA0（填“>”、“<”或“=”），TT0（填“>”、“<”或“=”），

34.

（1）<<

解析:

小球通过平衡位置时弹性势能为零，动能最大.向右通过平衡位置，a由于受到弹簧弹力做减速运动，b做匀速运动.小物块a与弹簧组成的系统机械能小于原来系统，所以小物块a的振幅减小，A

23.（2013高考北京理综第15题）一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波，波速为4m/s.某时刻波形如图所示，下列说法正确的是

A．这列波的振幅为4cm

B．这列波的周期为1s

C．此时x=4m处质点沿y轴负方向运动

D．此时x=4m处质点的加速度为0

答案：

D

解析：

这列波的振幅为2cm，波长λ=8cm，这列波的周期为T=λ/v=2s，选项AB错误.此时x=4m处质点沿y轴正方向运动，加速度为零，选项C错误D正确.

24．（2013高考四川理综第5题）图1是一列简谐横波在t=1.25s时的波形图，已知c位置的质点比a位置的晚0.5s起振.则图2所示振动图像对应的质点可能位于

A．

B．

C．

D．

答案：

D

解析：

根据题述“C位置的质点比a位置的晚0.5s起振”可知波动周期为1s，波沿x轴正方向传播.画出t=0时的波形图如图.则图2所示振动图像对应的质点可能位于

，选项D正确.

25.（2013高考山东理综第37

（1）题）

（1）如图甲所示，在某一均匀介质中，AB是振动情况完全相同的两个波源，其简谐运动表达式均为x=0.1sin（20πt）m，介质中P点与A、B两波源间的距离分别为4m和5m.两波源形成的简谐横波分别沿AP、BP方向传播，波速都是10m/s.

①求简谐横波的波长.

②P点的振动（填写“加强”或“减弱”）

（2）①②

解析：

①设简谐横波的波速为v，波长为λ，周期为T，由题意知

T=0.1s，

由波速公式v=λ/T，

代入数据得：

λ=1m.

②加强.

26.（2013高考安徽理综第24题）如图所示，质量为M\倾角为α的斜面体（斜面光滑且足够长）放在粗糙的水平地面上，底部与地面的动摩擦因数为μ，斜面顶端与劲度系数为k、自然长度为L的轻质弹簧相连，弹簧的另一端连接着质量为m的物块.压缩弹簧使其长度为3L/4时将物块由静止开始释放，且物块在以后的运动中，斜面体始终处于静止状态.重力加速度为g.

（1）求物块处于平衡位置时弹簧的长度；

（2）选物块的平衡位置为坐标原点，沿斜面向下为正方向建立坐标轴，用x表示物块相对于平衡位置的位移，证明物块做简谐运动；

（3）求弹簧的最大伸长量；

（4）为使斜面始终处于静止状态，动摩擦因数μ应满足什么条件（假设滑动摩擦力等于最大静摩擦力）？

解析:

（1）设物块在斜面上平衡时,弹簧伸长量为△L,有

mgsinα-k△L=0,

得：

△L=

此时弹簧的长度为L+△L=L+

..

（2）当物块位移为x时，弹簧伸长量为x+△L，物块所受合力为

F合=mgsinα-k（x+△L）

联立以上各式解得F合=-kx，

可知物块做简谐运动.

（3）物块做简谐振动的振幅为

由对称性可知,最大伸长量为

（4）设物块位移x为正，则斜面体受力情况如图所示.由于斜面平衡，所以有：

水平方向：

f+FN1sinα-Fcosα=0，

竖直方向：

FN2-Mg-FN1cosα-Fsinα=0，

又F=k（x+△L），FN1=mgcosα，

联立解得：

f=kxcosα，FN2=Mg+mg+kxsinα.

为使斜面体始终处于静止，结合牛顿第三定律，应有│f│≤μFN2，所以：

μ≥

=

.

当x=-A时上式右端达到最大值，于是有：

μ≥

.