第十四章　选修3－4　机械振动　机械波　光学.docx

第十四章　选修3－4　机械振动　机械波　光学 做真题　明方向 1．[2023·全国乙卷][物理——选修3－4] (1)一列简谐横波沿x轴传播，图(a)是t＝0时刻的波形图；P是介质中位于x＝2 m处的质点，其振动图像如图(b)所示．下列说法正确的是(　　) A．波速为2 m/s B．波向左传播 C．波的振幅是10 cm D．x＝3 m处的质点在t＝7 s时位于平衡位置 E．质点P在0～7 s时间内运动的路程为70 cm (2)如图，一折射率为的棱镜的横截面为等腰直角三角形△ABC，AB＝AC＝l，BC边所在底面上镀有一层反射膜．一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜，若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A，求M点到A点的距离． 2．[2023·全国甲卷][物理——选修3－4] (1) 等腰三角形△abc为一棱镜的横截面，ab＝ac；一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜，在bc边反射后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两束，甲光的出射点在乙光的下方，如图所示．不考虑多次反射．下列说法正确的是(　　) A．甲光的波长比乙光的长 B．甲光的频率比乙光的高 C．在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大 D．该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率 E．在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光的大 (2)分别沿x轴正向和负向传播的两列简谐横波P、Q的振动方向相同，振幅均为5 cm，波长均为8 m，波速均为4 m/s.t＝0时刻，P波刚好传播到坐标原点，该处的质点将自平衡位置向下振动；Q波刚好传到x＝10 m处，该处的质点将自平衡位置向上振动．经过一段时间后，两列波相遇． (ⅰ)在给出的坐标图上分别画出P、Q两列波在t＝2.5 s时刻的波形图(P用虚线，Q波用实线)； (ⅱ)求出图示范围内的介质中，因两列波干涉而振动振幅最大和振幅最小的质点的平衡位置． 专题82　简谐运动　共振 1．下列说法不正确的是(　　) A．弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变 B．如图简谐运动装置，若撤去A振动周期变小 C．单摆装置，摆球在运动过程中摆线的拉力始终大于重力 D．系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率 2．(多选)如图甲所示，由劲度系数k＝20 N/m的弹簧和质量为m＝0.1 kg的小球套在水平光滑杆上组成的弹簧振子，振子以O点为平衡位置，在a、b两点之间做简谐运动，其振动图象如图乙所示，由振动图象可知(　　) A．振幅A＝3 cm B．在t2时刻，振子的加速度为零 C．在t1时刻，振子的加速度为零 D．振子的最大加速度大小为a＝6 m/s2 3．如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是(　　) A．若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相等，则图线Ⅱ是月球上的单摆共振曲线 B．若两次受迫振动均在地球上同一地点进行的，则两次摆长之比为l1∶l2＝4∶25 C．图线Ⅱ若是在地球表面上完成的，则该单摆摆长约为1 m D．若摆长均为1 m，则图线Ⅰ是在地球表面上完成的 4. [2023·江苏连云港二模]飞力士棒(Flexi­bar)是德国物理治疗师发明的一种康复器材，它由一根PVC软杆、两端的负重头和中间的握柄组成，棒的固有频率为4.5 Hz，如图所示．下列说法正确的是(　　) A．用力越大，棒振动的越快 B．增大手驱动的频率，棒的振幅一定变大 C．增大手驱动的频率，棒的振动频率可能减小 D．双手驱动该棒每分钟振动270次，则棒的振幅最大 5．[2023·湖南卷]如图(a)，在均匀介质中有A、B、C和D四点，其中A、B、C三点位于同一直线上，AC＝BC＝4 m，DC＝3 m，DC垂直AB.t＝0时，位于A、B、C处的三个完全相同的横波波源同时开始振动，振动图像均如图(b)所示，振动方向与平面ABD垂直，已知波长为4 m．下列说法正确的是(　　) A．这三列波的波速均为2 m/s B．t＝2 s时，D处的质点开始振动 C．t＝4.5 s时，D处的质点向y轴负方向运动 D．t＝6 s时，D处的质点与平衡位置的距离是6 cm 6．[2023·江苏省期中调研考试]如图所示，水平弹簧振子以O点为平衡位置，在A、B两点间做简谐运动，A、B之间的距离为0.4 m，P点为O、B的中点．某时刻，振子从P点以速度v向B点运动，经过时间t＝1.8 s，振子的速度第二次变为－v.求： (1)弹簧振子的振动周期T； (2)振子经过P点向右运动作为计时起点的振动方程． 专题83　机械波 　 1．[2023·新课标卷]船上的人和水下的潜水员都能听见轮船的鸣笛声．声波在空气中和在水中传播时的(　　) A．波速和波长均不同 B．频率和波速均不同 C．波长和周期均不同 D．周期和频率均不同 2．(多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个小孔，O是波源，图中已画出波源所在区域的传播情况，每两条相邻的波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是(　　) A．此时能明显观察到波的衍射现象 B．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象 C．挡板前后波纹之间距离相等 D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，一定能明显观察到衍射现象 3. 生活中手机小孔位置内安装了降噪麦克风，其原理是通过其降噪系统产生与外界噪音相位相反的声波叠加从而实现降噪的效果．图丙表示的是理想情况下的降噪过程，实线表示环境噪声，虚线表示降噪系统产生的等幅反相声波．则(　　) A．降噪过程应用的是声波的干涉原理，P点振动加强 B．降噪过程应用了声波的衍射原理，使噪声无法从外面进入耳麦 C．降噪声波与环境噪声声波的传播速度大小相等 D．质点P经过一个周期向外迁移的距离为一个波长 4. [2023·湖北省华大新高考联考](多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝0时刻的波形如图所示，此时P、Q两质点偏离平衡位置的位移相等，以后最少每隔0.6 s两质点偏离平衡位置的位移相等，已知这列波的周期大于0.6 s，下列说法正确的是(　　) A．波的传播速度为10 m/s B．当质点P处于波峰时，质点Q处于平衡位置 C．质点P的振动方程为y＝4sin (t＋)cm D．0～2.0 s时间内，质点P运动的路程为26 cm 5．[2023·吉林省实验中学高二期中]在x轴上有两个波源，分别位于x＝－0.2 m和x＝1.0 m处，振幅分别为12 cm、8 cm，由它们产生的两列简谐横波甲、乙分别沿x轴正方向和x轴负方向传播．如图所示为t＝0时刻两列波的波形图，此刻平衡位置处于x＝0.2 m和x＝0.6 m处的两质点刚开始振动．已知两列波同时传播到x＝0.4 m处，0～0.2 s时间内，平衡位置处于x＝0.4 m处的质点P运动的路程为L＝24 cm.求： (1)甲波波速的大小； (2)质点P的振动方程． 专题84　实验：用单摆测定重力加速度 1．[2023·山西省三中模拟]在探究单摆运动的实验中： (1)图(a)是用力传感器对单摆振动过程进行测量的装置图，图(b)是与力传感器连接的计算机屏幕所显示的F­t图象，根据图(b)的信息可得，从t＝0时刻开始摆球第一次摆到最低点的时刻为________s，摆长为________m(取π2＝10，重力加速度大小g＝10 m/s2). (2)单摆振动的回复力是________． A．摆球所受的重力 B．摆球重力在垂直摆线方向上的分力 C．摆线对摆球的拉力 D．摆球所受重力和摆线对摆球拉力的合力 (3)某同学的操作步骤如下，其中正确的是________． A．取一根细线，下端系住直径为d的金属小球，上端固定在铁架台上 B．用米尺量得细线长度l，测得摆长为l C．让小球在水平面内做圆周运动，测得摆动周期，再根据公式计算重力加速度 2．[2023·新课标卷]一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实验． (1)用实验室提供的螺旋测微器测量摆球直径．首先，调节螺旋测微器，拧动微调旋钮使测微螺杆和测砧相触时，发现固定刻度的横线与可动刻度上的零刻度线未对齐，如图(a)所示，该示数为________ mm；螺旋测微器在夹有摆球时示数如图(b)所示，该示数为________ mm，则摆球的直径为________ mm. (2)单摆实验的装置示意图如图(c)所示，其中角度盘需要固定在杆上的确定点O处，摆线在角度盘上所指的示数为摆角的大小．若将角度盘固定在O点上方，则摆线在角度盘上所指的示数为5°时，实际摆角________5°(填“大于”或“小于”). (3)某次实验所用单摆的摆线长度为81.50 cm，则摆长为________ cm.实验中观测到从摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点的时间间隔为54.60 s，则此单摆周期为________ s，该小组测得的重力加速度大小为________ m/s2.(结果均保留3位有效数字，π2取9.870) 3．[2023·北京市海淀区期中考试]用单摆测定重力加速度的实验装置如图甲所示． (1)选用合适的器材组装成单摆后，主要步骤如下： ①将单摆上端固定在铁架台上； ②让刻度尺的零刻度线对准摆线的悬点，测摆长L； ③记录小球完成n次全振动所用的总时间t ④根据单摆周期公式计算重力加速度g的大小． 根据图乙所示，测得的摆长L＝________cm； 重力加速度测量值表达式g＝________(用L、n、t表示). (2)为减小实验误差，多次改变摆长L，测量对应的单摆周期T，用多组实验数据绘制T2­L图象，如图丙所示．由图可知重力加速度g＝________(用图中字母表示). (3)关于实验操作或结果分析，下列说法正确的是________(选填选项前的字母). A．测量摆长时，要让小球静止悬挂再测量 B．摆长一定的情况下，摆的振幅越大越好 C．多次改变摆线长l，测量多组对应的50次全振动时间t，通过绘制的t2­l关系图线也可以测定重力加速度 专题85　光的反射、折射、全反射 1．[2023·江苏卷]地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲．下列光路图中能描述该现象的是(　　) 2. [2023·山东省日照市二模]物理社团的同学想测量一透明物体的折射率．如图所示，透明物体左右两侧紧靠遮光板，右下方压着一片小树叶，观察点距离透明物体左上边缘的高度为h、水平距离为2h时，恰好看到树叶．移走透明物体(小树叶和遮光板的位置不动)，观察点水平向右移动，当水平移动距离h时，恰好又看到小树叶．则透明物体的折射率为(　　) A． B． C． D．2 3．[2023·湖南卷]一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示．他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是(　　) A．水的折射率为 B．水的折射率为 C．当他以α ＝ 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60° D．当他以α ＝ 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60° 4．[2023·湖北省华大新高考联盟联考]如图所示，半径为12 cm的半圆形透明柱体与屏幕MN接触于B点，MN垂直于直径AB，一单色光a以入射角53°射向圆心O，反射光线b与折射光线c恰好垂直．已知光在真空中的传播速度为3×108 m/s，则下列说法正确的是(　　) A．柱体的折射率为 B．两个光斑之间的距离为20 cm C．增大光束a的入射角，可以在O点发生全反射 D．光在介质中的传播速率v＝2.25×108 m/s 5．一名潜水员在夜间进行深水作业，其头盔上的照明灯可看做是点光源向各个方向发射光线，在平静的水面上可看到该光源发出的光只从一个半径r＝1.8 m的圆形区域内射出水面，若水的折射率n＝.求： (1)此时潜水员的头部在水面下方的深度h； (2)若在8 s的时间内，我们发现透光的圆形水域半径从1.8 m扩大到6 m，试根据光学知识求出潜水员在水下竖直方向匀速运动的速度vy． 专题86　光的干涉、衍射、偏振 　 1．[2023·辽宁省模拟预测]关于光的干涉和衍射的说法，正确的是(　　) A．光的干涉条件是两列波的振幅必须相等 B．光的衍射条件是光的波长要比障碍物小 C．光的干涉和衍射都能使复色光发生色散 D．光的干涉和衍射现象说明光具有粒子性 2. [2023·江苏卷]用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置．则双缝间的距离变为原来的(　　) A．倍 B．倍 C．2倍 D．3倍 3．[2023·浙江省稽阳联谊学校联考]光的干涉现象在技术中有许多应用．如图甲所示是利用光的干涉检查精密光学平面的平整度，下列说法正确的是(　　) A．图甲中上板是待检查的光学元件，下板是标准样板 B．若换用波长更长的单色光，其它条件不变，则图乙中的干涉条纹变密 C．若出现图丙中弯曲的干涉条件，说明被检查的平面在此处出现了不平整 D．用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，也可以得到间距相等的明暗相间的同心圆环 4．[2023·浙江省强基联盟统测](多选)小刚同学用光传感器研究光的波动现象，实验装置如图甲所示，某次实验中，得到了如图乙所示的光强分布图，则下列说法正确的是(　　) A．该同学观察到的是光的干涉图样 B．该同学观察到的是光的衍射图样 C.若仅减小激光器和中间缝屏的距离，则观察到条纹的宽度将不变 D．若换用光强更大、频率更低的激光，则观察到条纹的宽度将变大 5．[2023·山东枣庄模拟预测]某实验小组用完全相同的双缝干涉实验装置进行实验，仅换用频率不同的单色光a、b得到的干涉图样分别如图甲、乙所示，下列说法正确的是(　　) A．a光更容易发生明显的衍射现象 B．a光子的能量大于b光子的能量 C．从同一种介质射入空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角 D．对于同一金属，a光的截止电压小于b光的截止电压 6．[2023·山东省滨州市二模]将一块平板玻璃放置在另一块平板玻璃上，一端夹入两张纸片，从而在两玻璃间形成一个劈形空气薄膜，光从上方入射后，从上往下看到干涉条纹如图所示．下列说法正确的是(　　) A．若抽去一张纸片，条纹之间的距离变小 B．若把开始的紫光换成红光，条纹之间的距离变小 C.干涉条纹是两个玻璃板上表面的反射光叠加形成的 D．无论条纹是直线还是曲线，任意一条条纹所在的位置下面的空气薄膜的厚度相等 7．[2023·江苏省连云港二模]某一质检部门利用干涉原理测定矿泉水的折射率．如图所示，单缝S0、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上，当双缝与屏之间的介质为空气或矿泉水时，屏上的干涉条纹间距分别为Δx1与Δx2.当介质为矿泉水时，屏上P点处是P0上方第2条亮纹的中心．则(　　) A．Δx2大于Δx1 B．该矿泉水的折射率为 C．当介质为空气时，P0上方第2条亮纹的中心在P点的下方 D．仅将S0水平向左移动少许，就不能观察到干涉图样了 专题87　电磁波　相对论 1．(多选)下列关于机械波和电磁波，下列说法正确的是(　　) A．机械波和电磁波都可以在真空中传播 B．机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波 C．电磁波和机械波都能产生干涉、衍射现象以及多普勒效应 D．波速、波长与频率的关系v＝λf，对机械波和电磁波都适用 2．电磁波的频率范围很广，按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱，如图所示．下列说法正确的是(　　) A．移动电话使用可见光进行Wi­Fi联网 B．冷物体的红外辐射比热物体的红外辐射强 C．紫外线具有的能量足以破坏细胞核中的物质 D．X射线的频率比γ射线的频率高 3．[2023·江苏省十三中期中考试]图甲LC振荡电路中通过Q点的电流(向右为正)变化规律如图乙所示，则(　　) A．t＝0.25 s时，电容器处于充电状态 B．t＝0.25 s时，电容器上极板带正电 C．t＝1.75 s时，Q点的电势比P点低 D．t＝1.75 s时，磁场能向电场能转化 4．地面阳光的成分包括44%的可见光、53%的红外线和3%的紫外线．在大气层之外，阳光中含有10%的紫外线，大多数的紫外线被大气阻挡住而无法到达地表．下列说法正确的是(　　) A.红外线的频率比可见光大 B．紫外线的波长比可见光长 C．红外线的衍射能力比紫外线弱 D．红外线和紫外线在真空中的传播速度相同 5．下列关于电磁波的说法正确的是(　　) A．X射线能在磁场中偏转，穿透力较强，可用来进行人体透视 B．紫外线有很强的荧光效应，可用于防伪 C．麦克斯韦建立了电磁场理论并证实了电磁波的存在 D．红外体温计是依据体温计发射红外线来测量体温的 6．第五代移动通信系统(5G)将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合起来，能为客户提供各种通信及信息服务，与4G相比，5G使用的电磁波频率更高．下列关于电磁波叙述正确的是(　　) A．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 B．电磁波是纵波，不能产生偏振现象 C．电磁波和机械波都依赖于介质才能传播 D．与4G相比，5G使用的电磁波在真空中传播的速度更快，更容易发生衍射 7．收音机中的调谐电路线圈的电感为L，要想接收波长为λ的电台信号，应把调谐电路中电容器的电容调至(c为光速)(　　) A． B． C． D． 专题88　实验：测定玻璃的折射率　用双缝干涉测量光的波长 1．(1)如图所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′.O为直线AO与aa′的交点．在直线AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针．下面关于该实验的说法正确的是________； A．插上大头针P3，使P3挡住P2和P1的像 B．插上大头针P4，使P4挡住P3、P2和P1的像 C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当大些 D．为减小测量误差，P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角应越大越好 (2)某同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系如图所示，他的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图．则该同学测得的折射率测量值________真实值．(填“大于”“小于”或“等于”) 2．如图所示为某同学利用插针法测定半圆形玻璃砖折射率实验，在一半圆形玻璃砖外面插上P1、P2、P3、P4四枚大头针时，P3、P4恰可挡住P1、P2所成的像． (1)以下说法正确的是__________； A.入射角θ越大越好 B．入射角θ越小越好 C．P1、P2及P3、P4之间的距离越小越好 D．P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些 (2)该玻璃砖的折射率n＝________，另一同学将大头针P1和P2插在圆弧外侧某半径延长线位置时，在另一侧任何方向看不到大头针的像，可能的原因是__________________． 3．在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图)： (1)下列说法哪一个是正确的________．(填选项前的字母) A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝 B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐 C．为了减小测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹中心间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx＝ (2)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹的中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示，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乙所示，则图甲读数为________mm，求得这种色光的波长λ＝________m(已知双缝间距d＝0.2 mm，双缝到屏间的距离L＝700 mm，结果保留两位有效数字)