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1、溫馨提示:此套題為Word版,請按住Ctrl,滑動鼠標(biāo)滾軸,調(diào)節(jié)合適的觀看 比例,答案解析附后。關(guān)閉Word文檔返回原板塊。專題檢測卷(十六)振動和波動光及光的本性(45分鐘100分)(17分)(2013 西城區(qū)二模)鋪設(shè)鐵軌時,每兩根鋼軌接縫處都必須留有一 定的間隙,勻速運行列車經(jīng)過軌端接縫處時,車輪就會受到一次沖擊。由于每一 根鋼軌長度相等,所以這個沖擊力是周期性的,列車受到周期性的沖擊做受迫振 動。普通鋼軌長為12.6m,列車固有振動周期為0.315 s。下列說法正確的是()列車的危險速率為40 m/s列車過橋需要減速,是為了防止列車發(fā)生共振現(xiàn)象列車運行的振動頻率和列車的固有頻率總是相等
2、的增加鋼軌的長度有利于列車高速運行(2)如圖所示,由某種透明物質(zhì)制成的百角三棱鏡ABC,折射率為n, ZA=30O 一 細束光線在紙面內(nèi)從O點射入棱鏡,光線與AB面間法線的夾角為a ,通過觀察此 時無光線從AC面射出,有光線垂直于BC從棱鏡射出。稍減小a角,則可以觀察 到有光線從AC面射出。求:該透明物質(zhì)的折射率n;光線與AB面垂線間的夾角a的正弦值。(17分)(2013 寶雞二模)(1)如圖所示是一列簡諧波在t=0時的波形圖像,波 速為v=10m/s,此時波恰傳到I點,下列說法中正確的是()此列波的周期為T=0.4s質(zhì)點B、F在振動過程中位移總是相等質(zhì)點I的起振方向沿y軸負方向當(dāng)t=5.1s
3、時,x=10m的質(zhì)點處于平衡位置處質(zhì)點A、C、E、G、I在振動過程中位移總是相同(2)(2013 新課標(biāo)全國卷11)如圖,三棱鏡的橫截面為百角三角形ABC, ZA=30,/B=60。一束平行于AC邊的光線自AB邊的P點射入三棱鏡,在AC邊發(fā) 生反射后從BC邊的M點射出,若光線在P點的入射角和在M點的折射角相等。求三棱鏡的折射率;在三棱鏡的AC邊是否有光線透出?寫出分析過程。(不考慮多次反射)(17 分)(2013 唐山二模)有一列簡諧橫波在彈性介質(zhì)中 略六 沿x軸正方向以速率v=10m/s傳播,某時刻的波形如圖所示,把一o:土杯3此時刻作為零時刻,質(zhì)點A的振動方程為y=m。(2) 一列沿x軸負
4、方向傳播的橫波在t=0時的波形如圖所示,已知t=0.7s時,P點第二次出現(xiàn)波峰。試計算:y/m這列波的傳播速度多大?從t=0時刻起,經(jīng)多長時間Q點第一次出現(xiàn)波峰?當(dāng)Q點第一次出現(xiàn)波峰時,P點通過的路程為多少?(24 分)(2013 -濰坊二模)如圖所示,一個半徑為R的透明球體放置在水平面上,一束藍光從A點沿水平方向射入球體后經(jīng)B點射出,最后射到水平面上的C點。已知OA蛀,該球體對藍光的折射率為5。則它從球面射出時的出射角。=;若換用一束紫光同樣從A點射向該球體,則它從球體射出后落到水平面上形成的光點與C點相比,位置(選填“偏左”“偏右”或“不變”)。(2)如圖所示是一列簡諧橫波上A、B兩質(zhì)點的
5、振動圖像,兩質(zhì)點平衡位置間的距離乙x=4.0m,波長大于3.0 m,求這列波的傳播速度。5.(25分)(1)如圖所示,一列簡諧波在均勻介質(zhì)中傳播,圖甲表示t=0時刻的波形 圖,圖乙表示圖甲中P質(zhì)點從t=0時刻開始的振動圖像,則這列波()從左向右傳播波的頻率為2 Hz波速為4 m/sP質(zhì)點和D質(zhì)點在振動過程中同一時刻位移總相同(2) 一列簡諧波在x軸上傳播,其波形圖如圖所示,其中實線、虛線分別表示 t=0,t0.05s時的波形,求:這列波的波速。若波速為280m/s,其傳播方向如何?此時質(zhì)點P從圖中位置運動至波谷位置的最短時間是多少?答案解析【解析】選A、。火車在行駛過程中與鐵軌間隙的碰撞,給火
6、車施加了一 個周期性的驅(qū)動力,要使火車不發(fā)生危險,應(yīng)使驅(qū)動力的周期遠離火車的固有周 期,因固有周期T=0.315s,所以驅(qū)動力周期T=T=0.315s時使火車發(fā)生共振,振幅最大,最為危險,則由T=二得危險速度v=m= - :=40m/s,所以A項正確。列車過橋 vT 0.315 s時應(yīng)防止橋梁發(fā)生共振導(dǎo)致橋梁坍塌,而不是防止列車發(fā)生共振,基本的做法是 減小火車速度,所以B項錯誤。物體受迫振動時的振動頻率總等于驅(qū)動力的頻率, 與物體的固有頻率無關(guān),所以C項錯誤。增加鐵軌的長度,使驅(qū)動力頻率遠離火 車的固有頻率,是提高火車車速的一種措施,所以D項正確。由題意知光線恰好在AC面發(fā)生全反射,反射光線垂
7、直于BC面從棱鏡射出, 光路如圖所示。設(shè)全反射臨界角為C,由幾何關(guān)系有:。=。=。2=60 ,又因sinC=_,解得n=-in3由幾何關(guān)系有Y =30 ,由折射定律知n=!_1siny解得:sina=答案:(1)A、D (2)三己33【解析】選A、B、C。從圖像中可以看出,波長為入=4m,周期T=0.4s,A 對;質(zhì)點B、F是同處在波峰的兩個點,它們的振動步調(diào)完全相同,在振動過程中 位移總是相等,B對;各點的起振方向都一樣,此時I點剛起振且起振方向沿y軸 負方向,C對;當(dāng)t=5.1s時,x=10m的質(zhì)點處于負的最大位移處,D錯;從圖像中可 以看出質(zhì)點A、C、E、G、I在該時刻的位移都是零,由于
8、波的傳播方向是向右的, 容易判斷出質(zhì)點A、E、I的速度方向是向下的,而質(zhì)點C、G的速度方向是向上 的,因而這五個點的位移不總是相同,E錯。(2)光路如圖所示,設(shè)光線在P點的入射角為i,折射角為r,因光線平行AC射 入,所以i=60,由折射定律得,對于P處折射有sini二nsinr,對于M處折射有 nsinr=sini,所以 r=r,又 OO/AC,匕MNC=r,匕ANP=匕MNC=r,根據(jù)三角形 的外角等于不相鄰的兩內(nèi)角之和,得r=30 ,所以n二二孔邑sinrA N C發(fā)生全反射的臨界角C滿足sinC=W,由圖可知,在N處反射的入射角i 二 60,即sini 二所以入射角i C,符合發(fā)生全反
9、射的條件,在AC邊沒有光線 透出。答案:(1)A、B、C (2),乙 見解析【解析】由題圖讀出波長和振幅,由波速公式v=Af求出頻率,由=2nf 得出角速度,由于質(zhì)點A開始時刻向下振動,故將相關(guān)數(shù)據(jù)代入y=-AsinE可得 答案。A=0.5m,二三二20 n ,所以 y=-0.5sin20 n tm(2)由圖示:這列波的波長久二4m又:八 t二-T=0.7 s4得 T=0.4s由波速公式:v二二二三二10m/sT 0.4 s第一個波峰到Q點的距離為x=11m,振動傳到Q點需2.5個周期,因質(zhì)點起振方 向向上,第一次到達波峰再需-周期,故t=2.5T+-T=1.1s44振動傳到P點需一個周期,所
10、以當(dāng)Q點第一次出現(xiàn)波峰時,P點已振動了 2個周 24期,則P點通過的路程為s=2- x 4A=9A=0.9m。4答案:(1)-0.5sin20n t 10m/s 1.1 s 0.9 m 【方法技巧】橫波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向判斷“三法”“上、下坡”法:沿著波的傳播方向,“上坡”時質(zhì)點向下振動,“下坡”時 質(zhì)點向上振動。fy/cm同側(cè)法:質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在波的圖像的同一側(cè)。I。土一的傳播方向質(zhì)點振動方向微平移法:沿波的傳播方向?qū)⒉ǖ膱D像進行一微小平移,再由x軸上某一位 置的兩波形曲線上的點來判斷。,y/cmV么5平移后的波形/時刻波形【解析】根據(jù)OA三可知入射角為30 ,由折射定
11、律可得它從球面射出時的 出射角0=60。若換用一束紫光同樣從A點射向該球體,由于紫光的折射率大 于藍光的折射率,則它從球體射出后落到水平面上形成的光點與C點相比,位置 偏左。由振動圖像可知,質(zhì)點振動周期T=0.4s若該波從質(zhì)點A傳到質(zhì)點B,取t=0時刻分析,質(zhì)點A經(jīng)平衡位置向上振動,質(zhì)點B處于波谷,則x=n入+一入(n=0、1、2、3.) 4所以該波波長為入=一 m(n=0、1、2、3.) 4n+ 1 4n+ 1因為有入3.0m的條件,所以取n=0、1 當(dāng) n=0 時,入 i=16m,波速 V=?=40m/s 當(dāng) n=時,入 2=3.2m,波速 v2=8-0m/s 若該波從質(zhì)點B傳到質(zhì)點A,取
12、t=0時刻分析,質(zhì)點A經(jīng)平衡位置向上振動,質(zhì) 點B處于波谷,Ax=n入+上入(n=0、1、2、3.)4所以該波波長為入=二=一 m(n=0、1、2、3.) 4n+3 4n4-3因為有入3.0m的條件,所以取n=0 當(dāng)n=0時,入專m, 波速v?=坦m/s 答案:(1)60 偏左(2)見解析 【變式備選】(2013 長春二模)關(guān)于振動和波動,下列說法正確的是()單擺做簡諧運動的周期與擺球的質(zhì)量有關(guān)部隊過橋不能齊步走而要便步走,是為了避免橋梁發(fā)生共振現(xiàn)象在波的干涉中,振動加強的點位移不一定始終最大各種波均會發(fā)生偏振現(xiàn)象只有橫波才能發(fā)生干涉現(xiàn)象,縱波不能發(fā)生干涉現(xiàn)象 (2)如圖所示,OBCD為半圓柱
13、體玻璃的橫截面,OD為直徑,一 束由紅光和紫光組成的復(fù)色光沿AO方向從真空斜射入玻璃次、C點為兩單色光的射出點(設(shè)光線在B、C處未發(fā)生全反射)。已知從B點 射出的單色光由O到B的傳播時間為t。若OB、OC兩束單色光在真空中的波長分別為入b、入c,試比較入b、入c的大?。ú?必說明理由);求從C點射出的單色光由O到C的傳播時間tc?!窘馕觥窟xB、C。由T=2 n,-知,A錯誤;為防止橋的固有頻率與人齊步走的 頻率接近,發(fā)生共振,故要求便步走,B正確;振動加強點的振幅加大,但仍處于振 動之中,位移在不停變化,C正確;偏振是橫波特有的現(xiàn)象,D錯誤;橫波和縱波都 可以發(fā)生干涉現(xiàn)象,故E錯誤。由于OB偏
14、折比OC偏折更多,所以入B入c。如圖,作界面OD的法線MN,設(shè)圓柱體直徑為由入射角為。,折射角分別為Ob、 0C,連接 DB、DC, 由折射定律得 n=C 日in :-%=氣=二sin0E=sinOc所以tC=t答案:(1)B、C (2)入/入。t【解析】選A、B。由振動圖像可判斷t=0時刻P質(zhì)點是向下振動的,即在 簡諧波圖像上的P質(zhì)點的振動方向是向下的,由此判定波是從左向右傳播的,A正 確;質(zhì)點P振動一個周期,波在介質(zhì)中要傳播一個波長,由振動圖像看出,質(zhì)點P 振動周期T=0.5s,則振動頻率即波的頻率f=2Hz,B正確;由波的圖像可知,波長 入=6m,則波速為:vf f=12m/s,C錯誤;
15、由于P、D兩質(zhì)點相距半個波長,在振動 過程中它們的振動步調(diào)總相反,位移和速度總是等大反向,故D錯誤。題目沒有指明波的傳播方向,因此有左、右傳播方向兩種可能性。若波向右傳播,則在t=0.05s內(nèi)傳播的距離 x =(n+-)入,n=0、1、2、.4此時波速的通式為 v=(n+-) x_=(160n+40)m/s,t 40.05n=0、1、2、.若波向左傳播,則在t=0.05s內(nèi)傳播的距離 x=(n+二)入,n=0、1、2、.4此時波速的通式為:v=(160n+120)m/s,n=0、1、2、.若波速v=280m/s ,在七=0.05s內(nèi)傳播的距離為 x=v t=280 x 0.05=14(m)=即傳播方向向左。4由波形知,波再向左傳 x=7m,可使P點第一次
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