振動和波動 光及光的本性

中國權(quán)威高考信息資源門戶本卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分。滿分100分，考試時間90分鐘。第Ⅰ卷(選擇題共20分)一、選擇題(共5小題，每小題4分，共20分，在每小題給出的四個選項中，有的小題只有一個選項符合題目要求，有的小題有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分)1．(2013·四川理綜)光射到兩種不同介質(zhì)的分界面，分析其后的傳播情形可知()A．折射現(xiàn)象的出現(xiàn)說明光是縱波B．光總會分為反射光和折射光C．折射光與入射光的傳播方向總是不同的D．發(fā)生折射是因為光在不同介質(zhì)中的傳播速度不同[答案]D[解析]光波是橫波，A錯；當(dāng)發(fā)生全反射時，只有反射光線，沒有折射光線，B錯；若入射光線垂直于分界面，則折射光和入射光的方向相同，C錯；發(fā)生折射的原因是光在不同介質(zhì)中的傳播速度不同，即不同介質(zhì)的折射率不同，D正確。2．(2013·遼寧大連雙基測試)下列說法正確的是()A．“聞其聲而不見其人”現(xiàn)象說明遇到同樣障礙物時聲波比光波易發(fā)生衍射B．做簡諧運動的物體所受回復(fù)力一定是物體所受的合外力C．用超聲波被血流反射回來其頻率發(fā)生變化可測血流速度，這是利用多普勒效應(yīng)現(xiàn)象D．做受迫振動的物體，其穩(wěn)定時的振動頻率不一定等于驅(qū)動力的頻率E．用標(biāo)準(zhǔn)平面來檢查光學(xué)面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象[答案]AC[解析]“聞其聲而不見其人”現(xiàn)象說明聲波的波長大于光波的波長，聲波比光波易發(fā)生衍射，A正確；單擺做簡諧運動的回復(fù)力不等于物體受的合外力，B錯誤；超聲波被血流反射回來其頻率發(fā)生變化，這是多普勒效應(yīng)，利用多普勒效應(yīng)可測血流速度，C正確；做受迫振動的物體，其穩(wěn)定時的振動頻率一定等于驅(qū)動力的頻率，D錯誤；用標(biāo)準(zhǔn)平面來檢查光學(xué)面的平整程度是利用光的干涉現(xiàn)象，E錯誤。3．(2013·山東棗莊一模)下列四幅圖的有關(guān)說法正確的是()A．由圖甲中兩個簡諧運動的圖象可知，它們的相位差為eq\f(π,2)或者πB．在圖乙中，當(dāng)球與橫梁之間存在摩擦?xí)r，球的振動不是簡諧運動C．由圖丙可知，頻率相同的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱D．如圖丁所示，當(dāng)簡諧波向右傳播時，質(zhì)點A此時的速度沿y軸正方向[答案]BC[解析]由圖甲中兩個簡諧運動的圖象可知，它們的最小相位差為eq\f(π,2)或eq\f(3π,2)，A錯誤；根據(jù)簡諧運動的定義可知。圖乙中，當(dāng)球與橫梁之間存在摩擦?xí)r，球的振動不是簡諧運動，B正確；頻率相同的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，形成穩(wěn)定的干涉圖樣，C正確；圖丁中，當(dāng)簡諧波向右傳播時，質(zhì)點A此時的速度沿y軸負(fù)方向，D錯誤。4．(2013·天津理綜)固定的半圓形玻璃磚的橫截面如圖，O點為圓心，OO′為直徑MN的垂線，足夠大的光屏PQ緊靠玻璃磚右側(cè)且垂直于MN。由A、B兩種單色光組成的一束光沿半徑方向射向O點，入射光線在OO′夾角θ較小時，光屏NQ區(qū)域出現(xiàn)兩個光斑，逐漸增大θ角，當(dāng)θ＝α?xí)r，光屏NQ區(qū)域A光的光斑消失，繼續(xù)增大θ角，當(dāng)θ＝β時，光屏NQ區(qū)域B光的光斑消失，則()A．玻璃磚對A光的折射率比對B光的大B．A光在玻璃磚中傳播速度比B光的大C．α<θ<β時，光屏上只有1個光斑D．β<θ<eq\f(π,2)時，光屏上只有1個光斑[答案]AD[解析]根據(jù)題意可知，A光先發(fā)生全反射，所以玻璃磚對A光的折射率比對B光的折射率大，選項A正確；A光的頻率也大于B光的頻率，由v＝eq\f(c,n)可知，A光在玻璃磚中的傳播速度比B光的小，選項B錯誤；當(dāng)α<θ<β時，B光折射后在N點下方形成一個亮斑，A光發(fā)生全反射，與B光的一部分反射光射出玻璃磚后在N點上方形成一個亮斑，選項C錯誤；當(dāng)β<θ<eq\f(π,2)時、A、B兩束光發(fā)生全反射，射出玻璃磚后在N點上方形成一個亮斑，選項D正確。5．(2013·山東煙臺一模)一列簡諧橫波在t＝0時刻的波形如圖所示，質(zhì)點P此時刻沿－y方向運動，經(jīng)過0.2s第一次回到平衡位置，則()A．該波沿－x方向傳播B．波的周期為0.2sC．波的傳播速度為15m/D．質(zhì)點Q的振動方程為y＝5cos5πt(cm)[答案]ACD[解析]根據(jù)質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向的關(guān)系，可知該波沿－x方向傳播，A正確；質(zhì)點P經(jīng)過0.2s第一次回到平衡位置，所用的時間為eq\f(1,2)T，即0.2s＝eq\f(1,2)T，所以T＝0.4s，B錯誤；由題圖知波長λ＝6m，根據(jù)v＝eq\f(λ,T)得，v＝eq\f(λ,T)＝eq\f(6,0.4)m/s＝15m/s，C正確；根據(jù)y＝Asin(ωt＋φ)得質(zhì)點Q的振動方程為y＝5sin(eq\f(2π,T)t＋eq\f(π,2))(cm)，即y＝5sin(5πt＋eq\f(π,2))(cm)＝5cos5πt(cm)，D正確。第Ⅱ卷(非選擇題共80分)二、非選擇題(共10小題，每小題8分，共80分)6．(2013·臨沂模擬)(1)以下說法中正確的是________。A．水面上的油膜在陽光照射下會呈現(xiàn)彩色，這是光的干涉現(xiàn)象B．麥克斯韋首先預(yù)言了電磁波的存在，并通過實驗加以證實C．兩列波在同一空間相遇，相互疊加一定會形成穩(wěn)定的干涉圖樣D．運動物體速度可以大于真空中的光速(2)如圖所示，是一列橫波在某一時刻的波形圖象。已知這列波的頻率為5Hz，此時，x＝1.5m的質(zhì)點向y軸正方向振動，可以推知：這列波正在沿x軸________(填“正”或“負(fù)”)方向傳播，波速大小為________m/s[答案](1)A(2)負(fù)10[解析]水面上的油膜在陽光照射下，膜的前后兩個界面反射的光相互疊加后形成穩(wěn)定的干涉圖樣，選項A正確；麥克斯韋首先預(yù)言了電磁波的存在，而赫茲通過實驗證實了電磁波的存在，選項B錯誤；兩列波在同一空間相遇，會出現(xiàn)相互疊加，只有當(dāng)兩列波的頻率相同時，才會形成穩(wěn)定的干涉圖樣，選項C錯誤；根據(jù)相對論的知識我們知道真空中的光速是宇宙中的最快速度，運動物體速度不能大于真空中的光速，選項D錯誤。(2)沿波的傳播方向走，下坡向上振動，上坡向下振動，而x＝1.5m處的質(zhì)點正向y軸正方向振動，所以波沿x軸負(fù)方向傳播；由波的圖象可知波長λ＝2m，所以v＝λf＝107．(1)如圖所示，普通的DVD采用紅色激光器作為讀寫光源，而藍(lán)光光盤(BD－ROM)則采用藍(lán)色激光器，由于讀取激光的波長越短，則盤的記錄層記錄的最小凹坑長度越小，所以藍(lán)光光盤單面最高容量比普通DVD存儲量大得多，下列說法中正確的是________。A．紅光頻率高，藍(lán)光頻率低B．在光盤的透明光學(xué)傳輸介質(zhì)層中，紅光束比藍(lán)光束傳播速度更快C．若紅藍(lán)光束先后通過同一單縫衍射裝置，紅藍(lán)光束的中央亮紋一樣寬D．藍(lán)光和紅光的復(fù)合光經(jīng)過三棱鏡折射后，紅光偏折程度較大(2)如圖所示，實線是一列簡諧橫波在t＝0時的波形圖，經(jīng)過Δt＝0.5s的波形圖如圖中虛線所示，已知0<Δt<T，T為質(zhì)點振動的周期，t＝0時，x＝2m處的質(zhì)點A正向y軸正方向振動，這列波沿x軸______方向傳播，從t＝0.5s時刻開始計時，x＝1[答案](1)B(2)正y＝－5sinπt(cm)[解析](1)紅光波長大于藍(lán)光波長，根據(jù)f＝eq\f(c,λ)知紅光頻率低，A項錯誤；在傳輸介質(zhì)中頻率低的光折射率小，根據(jù)v＝eq\f(c,n)可知紅光的速度大，B項正確；在光的單縫衍射現(xiàn)象中，中央亮紋寬度與波長有關(guān)，波長越長，條紋越寬，C項錯誤；由于藍(lán)光折射率越大，所以經(jīng)過三棱鏡后，藍(lán)光光路改變較大，D項錯誤。(2)A點向y軸正向振動，波沿x軸正向傳播，t＝0.5s時刻，x＝1m處質(zhì)點在平衡位置，正向y軸負(fù)方向振動，因此其振動方程為y＝－5sinπt(cm8．(2013·甘肅一模)(1)下列有關(guān)光現(xiàn)象的說法中正確的是()A．雨后天空出現(xiàn)彩虹是光的干涉現(xiàn)象B．刮胡須的刀片的影子邊緣模糊不清是光的衍射現(xiàn)象C．水的視深比實際深度淺些是光的全反射現(xiàn)象D．在太陽光照射下，水面上油膜出現(xiàn)彩色花紋是光的干涉現(xiàn)象E．光導(dǎo)纖維絲內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率大(2)如圖所示，空氣中有一折射率為eq\r(2)的玻璃柱體，其橫截面是圓心角為90°、半徑為R的扇形OAB。一束平行光平行于橫截面，以45°入射角照射到OA上，OB不透光。若只考慮首次入射到圓弧AB上的光，則AB上有光透出部分的弧長為多長？[答案](1)BDE(2)eq\f(1,4)πR[解析](1)雨后天空出現(xiàn)彩虹是光的折射現(xiàn)象，A錯誤；水的視深比實際深度淺些是光的折射現(xiàn)象，C錯誤；正確的選項是B、D、E。(2)由sinC＝eq\f(1,n)，可知光在玻璃柱中發(fā)生全反射的臨界角C＝45°由折射定律得：eq\f(sin45°,sinr)＝eq\r(2)解得r＝30°，即所有光線從AO進(jìn)入玻璃柱后的折射角均為30°。從O點入射后的折射光線將沿半徑從C點射出。假設(shè)從E點入射的光線經(jīng)折射后到達(dá)D點時剛好發(fā)生全反射，則∠ODE＝45°。如圖所示，由幾何關(guān)系可知θ＝45°光線從弧DC之間透出，故弧長s＝eq\f(1,4)πR9.(2013·山東日照一模)如圖所示，玻璃棱鏡ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三個直角三棱鏡組成。一束頻率為5.3×1014Hz的單色細(xì)光束從AD面入射，在棱鏡中的折射光線如圖中ab所示，ab與AD面的夾角α＝60°。已知光在真空中的速度c＝3×108m/(1)這束入射光線的入射角多大？(2)光在棱鏡中的波長是多大？[答案](1)arcsineq\f(3,4)(2)3.77×10－7m[解析](1)設(shè)光在AD面的入射角、折射角分別為θ1、θ2，θ2＝30°根據(jù)n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)得sinθ1＝nsinθ2＝1.5×sin30°＝eq\f(3,4)，θ1＝arcsineq\f(3,4)(2)根據(jù)n＝eq\f(c,v)，得v＝eq\f(c,n)＝eq\f(3×108,1.5)m/s＝2×108m/s根據(jù)v＝λν，得λ＝eq\f(v,ν)＝eq\f(2.0×108,5.3×1014)m≈3.77×10－7m10．(2013·山東理綜)如圖甲所示，在某一均勻介質(zhì)中，A、B是振動情況完全相同的兩個波源，其簡諧運動表達(dá)式均為x＝0.1sin(20πt)m，介質(zhì)中P點與A、B兩波源間的距離分別為4m和5m，兩波源形成的簡諧橫波分別沿AP、BP方向傳播，波速都是10m/(1)求簡諧橫波的波長。(2)P點的振動________(填“加強”或“減弱”)。[答案](1)1m[解析](1)設(shè)簡諧波的波速為v，波長為λ，周期為T，由題意知T＝0.1s①由波速公式v＝eq\f(λ,T)②代入數(shù)據(jù)得λ＝1m(2)BP－AP＝1m11.(2013.湖北八市調(diào)考)某同學(xué)欲測直角棱鏡ABC的折射率。他讓一束平行光以一定入射角從空氣投射到三棱鏡的側(cè)面AB上(不考慮BC面上的光束反射)，經(jīng)棱鏡兩次折射后，又從另一側(cè)面AC出射。逐漸調(diào)整在AB面上的入射角，當(dāng)側(cè)面AC上恰無出射光時，測出此時光在AB面上的入射角為α。(1)在右面圖上畫出光路圖。(2)若測得α＝60°，寫出折射率n計算公式，并求出n值。[答案](1)見解析圖(2)eq\f(\r(7),2)[解析](1)光路如圖所示(2)在AC面上光發(fā)生全反射，則sinγ＝eq\f(1,n)β＋γ＝eq\f(π,2)cosβ＝sinγ＝eq\f(1,n)所以sinβ＝eq\r(1－cos2β)＝eq\f(\r(n2－1),n)在AB面上光發(fā)生折射，則eq\f(sinα,sinβ)＝nsinα＝nsinβ＝eq\r(n2－1)所以n＝eq\r(1＋sin2α)＝eq\f(\r(7),2)12.(2013·陜西寶雞一模)S1、S2是同一種介質(zhì)中相距4m的兩個波源，其在垂直紙面方向振動的周期分別為T1＝0.8s和T2＝0.4s，振幅分別為A1＝2cm和A2＝1cm，在介質(zhì)中形成的機械波的波速為v＝5m/s。S是介質(zhì)中一質(zhì)點，它到S1的距離為3m，且SS1⊥S1S2，在t＝0時刻，S(1)S1、S2在t＝0時的振動傳到S質(zhì)點的時間差；(2)t＝10s時質(zhì)點S離開平衡位置的位移大小。[答案](1)0.4s(2)2[解析](1)t1＝eq\f(SS1,v)＝0.6s，t2＝eq\f(SS2,v)＝1s，所以S1、S2在t＝0時的振動傳到S的時間差Δt＝t2－t1＝0.4s(2)t＝10s時質(zhì)點S按S1的振動規(guī)律已經(jīng)振動了Δt1＝t－t1＝9.4s＝(11＋eq\f(3,4))T1即t＝10s時S1的振動引起質(zhì)點S的位移大小為：x1＝A1＝2t＝10s時質(zhì)點S按S2的振動規(guī)律已經(jīng)振動了Δt2＝t－t2＝9s＝(22＋eq\f(1,2))T2即t＝10s時S2引起質(zhì)點S的位移為x2＝0t＝10s時質(zhì)點S離開平衡位置的位移為S1和S2引起質(zhì)點S振動的位移矢量和，所以可得：x＝2cm13.(2013·湖北武漢調(diào)研)如圖所示，在桌面上方有一倒立的玻璃圓錐，頂角∠AOB＝120°，頂點O與桌面的距離為4a，圓錐的底面半徑R＝eq\r(3)a，圓錐軸線與桌面垂直。有一半徑為R的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上，光束的中心軸與圓錐的軸重合。已知玻璃的折射率n＝eq\r(3)，求光束在桌面上形成的光斑的面積。[答案]4πa2[解析]如圖所示，射到OA界面的入射角α＝30°，則sinα＝eq\f(1,2)<eq\f(1,n)，故入射光能從圓錐側(cè)面射出。設(shè)折射角為β，無限接近A點的折射光線為AC，根據(jù)折射定律sinβ＝nsinα解得β＝60°過O點作OD∥AC，則∠O2OD＝β－α＝30°在Rt△O1AO中O1O＝Rtan30°＝eq\f(\r(3),3)·eq\r(3)a＝a在Rt△ACE中，EC＝AEtan30°＝eq\f(5a,\r(3))故O2C＝EC－R＝eq\f(2a,\r(3))在Rt△OO2D中，O2D＝4atan30°＝eq\f(4a,\r(3))光束在桌面上形成光環(huán)的面積S＝π·O2D2－π·O2C2＝4πa14．一列橫波自坐標(biāo)原點O起振，0.4s后剛好傳播到A點，其波形如圖所示，P點到O點的距離是70cm(1)P點振動時起振方向如何？(2)該波從原點向右傳播開始計時，經(jīng)多長時間P點第一次到達(dá)波峰？[答案](1)向下(2)1.7s[解析](1)P點的起振方向與20cm處的A點起振方向相同，該點起振方向向下，波傳播到P點，P點的起振方向也一定向下。(2)由題意知，波的傳播速度為v＝eq\f(λ,T)＝eq\f(20cm,0.4s)＝50cm/s波從波源傳播到70cm處的傳播時間為t1＝s/v＝eq\f(70,50)s＝1.4s此時，P點振動方向向下，P點從平衡位置處到第一次形成波峰的時間t2＝eq\f(3,4)T＝0.3s所以該波從原點向右傳播開始計時，P點第一次到達(dá)波峰的時間為t＝t1＋t2＝1.4s＋0.3s＝1.7s15．(2013·山東理綜)如圖所示，ABCD是一直角梯形棱鏡的橫截面，位于截面所在平面內(nèi)的一束光線由O點垂直AD邊射入。已知棱鏡的折射率n＝eq\r(2)，AB＝BC＝8cm，OA＝2cm，∠OAB＝60°。(1)求光線第一次射出棱鏡時，出射光線的方向。(2)第一次出射點距C________cm。[答案](1)見解析(2)eq\f(4\r(3),3)cm[解析](1)設(shè)發(fā)生全反射的臨界角為C，由折射定律得sinC＝eq\f(1,n)代入數(shù)據(jù)得C＝45°光路圖如圖所示，由幾何關(guān)系可知光線在AB邊和BC邊的入射角均為60°，均發(fā)生全反射。設(shè)光線在CD邊的入射角為α，折射角為β，由幾何關(guān)系得α＝30°，小于臨界角，光線第一次射出棱鏡是在CD邊，由折射定律得n＝eq\f(sinβ,sinα)⑥代入數(shù)據(jù)得β＝45°⑦(2)由于AO＝2cm，∠OAB＝60°可得AE＝4cm由△EBF為等腰三角形可知，BF＝4cmFC＝4因為α＝30°，則出射點跟C的距離l＝FC·tan30°＝eq\f(4\r(3),3)c