高中物理专题练习-机械振动与机械波光及光的本性（含答案）(时间：45分钟)1．(江苏单科,12B)(12分)(1)某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到如图甲所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如乙图所示.他改变的实验条件可能是________.A．减小光源到单缝的距离B．减小双缝之间的距离C．减小双缝到光屏之间的距离D．换用频率更高的单色光源(2)在“探究单摆的周期与摆长的关系”实验中,某同学准备好相关实验器材后,把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度后释放,同时按下秒表开始计时,当单摆再次回到释放位置时停止计时,将记录的这段时间作为单摆的周期.以上操作中有不妥之处,请对其中两处加以改正.(3)Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒,这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉.电子显微镜下鳞片结构的示意图如图.一束光以入射角i从a点入射,经过折射和反射后从b点出射.设鳞片的折射率为n,厚度为d,两片之间空气层厚度为h.取光在空气中的速度为c,求光从a到b所需的时间t.2．(江苏单科,12B)(12分)(1)一渔船向鱼群发出超声波,若鱼群正向渔船靠近,则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比________.A．波速变大B．波速不变C．频率变高D．频率不变(2)用2×106 Hz的超声波检查胆结石,该超声波在结石和胆汁中的波速分别为2 250 m/s和1500 m/s,则该超声波在结石中的波长是胆汁中的________倍.用超声波检查胆结石是因为超声波的波长较短,遇到结石时________(选填“容易”或“不容易”)发生衍射.(3)人造树脂是常用的眼镜镜片材料.如图所示,光线射在一人造树脂立方体上,经折射后,射在桌面上的P点.已知光线的入射角为30°,OA＝5 cm,AB＝20 cm,BP＝12 cm,求该人造树脂材料的折射率n.3．(新课标全国卷Ⅰ,34)(15分)(1)(5分)在双缝干涉实验中,分别用红色和绿色的激光照射同一双缝.在双缝后的屏幕上,红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比,Δx1____Δx2(填“＞”、“＝”或“＜”).若实验中红光的波长为630 nm,双缝与屏幕的距离为1.00 m,测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm,则双缝之间的距离为________ mm.(2)(10分)甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播,波速均为v＝25cm/s.两列波在t＝0时的波形曲线如图所示.求：(ⅰ)t＝0时,介质中偏离平衡位置位移为16 cm的所有质点的x坐标；(ⅱ)从t＝0开始,介质中最早出现偏离平衡位置位移为－16 cm的质点的时间.4．(新课标全国卷Ⅱ,34)(15分)(1)(5分)如图,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为θ,经折射后射出a、b两束光线.则________.(填正确答案标号.选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分.每选错1个扣3分,最低得分为0分)A．在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度B．在真空中,a光的波长小于b光的波长C．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则折射光线a首先消失E．分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距(2)(10分)平衡位置位于原点O的波源发出的简谐横波在均匀介质中沿水平x轴传播,P、Q为x轴上的两个点(均位于x轴正向),P与O的距离为35 cm,此距离介于一倍波长与二倍波长之间.已知波源自t＝0时由平衡位置开始向上振动,周期T＝1 s,振幅A＝5 cm.当波传到P 点时,波源恰好处于波峰位置；此后再经过5 s,平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置.求：(ⅰ)P、Q间的距离；(ⅱ)从t＝0开始到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源在振动过程中通过的路程.5．(山东理综,38)(12分)(1)如图,轻弹簧上端固定,下端连接一小物块,物块沿竖直方向做简谐运动.以竖直向上为正方向,物块简谐运动的表达式为y＝0.1sin(2.5πt)m.t＝0时刻,一小球从距物块h高处自由落下；t＝0.6 s时,小球恰好与物块处于同一高度.取重力加速度的大小g＝10 m/s2.以下判断正确的是________.(双选,填正确答案标号)a．h＝1.7 mb．简谐运动的周期是0.8 sc．0.6 s内物块运动的路程是0.2 md．t＝0.4 s时,物块与小球运动方向相反(2)半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体,过其轴线OO′的截面如图所示.位于截面所在平面内的一细束光线,以角i0由O点入射,折射光线由上边界的A点射出.当光线在O点的入射角减小至某一值时,折射光线在上边界的B点恰好发生全反射.求A、B两点间的距离.答案1．解析(1)改变条件后亮条纹之间的间距变大,由公式Δx＝ldλ可知,要使Δx增大,可增大双缝到光屏之间的距离l,C错误；减小双缝之间的距离d,B对；换用波长更长,即频率更低的单色光,D错；改变光源到单缝的距离不会改变Δx,A错.(2)见答案.(3)设光在鳞片中的折射角为γ,由折射定律sin i＝n sin γ在鳞片中传播的路程l1＝2dcos γ,传播速度v＝cn,传播时间t1＝l1v解得t1＝2n2dc n2－sin2i,同理,在空气中的传播时间t2＝2hc cos i则t＝t1＋t2＝2n2dc n2－sin2i ＋2hc cos i.答案(1)B(2)①应在摆球通过平衡位置时开始计时；②应测量单摆多次全振动的时间,再计算出周期的测量值.(或在单摆振动稳定后开始计时) (3)2n 2d c n 2－sin 2i＋2h c cos i 2．解析 (1)在同种介质中,超声波的传播速度保持不变,根据多普勒效应可知,频率变高,所以B 、C 正确.(2)根据λ＝v f ,在传播过程中,频率保持不变,所以λ1λ2＝v 1v 2＝1.5；根据波长越长越容易发生衍射,所以超声波遇到结石时,不容易发生衍射. (3)设折射角为γ,由折射定律n ＝sin isin γ,其中i ＝30° 由几何关系知sin γ＝BP －OAOP ,且OP ＝（BP －OA ）2＋AB 2 代入数据解得n ＝44914(或n ≈1.5)答案 (1)BC (2)1.5 不容易 (3)44914(或n ＝1.5)3．解析 (1)双缝干涉条纹间距Δx ＝ld λ,红光波长长,所以红光的双缝干涉条纹间距较大,即Δx 1＞Δx 2.相邻条纹间距Δx ＝10.5 mm 5＝2.1 mm ＝2.1×10－3m,根据Δx ＝l d λ可得d ＝lλΔx ＝0.3mm.(2)(ⅰ)两列波的振幅均为8 cm,故偏离平衡位置位移为16 cm 的质点应为两列波的波峰相遇处的质点.根据波形图可知,甲、乙的波长分别为 λ乙＝60 cm,λ甲＝50 cm则甲、乙两列波的波峰坐标分别为 x 甲＝(50＋k 1×50)cm (k 1＝0,±1,±2,±3,…) x 乙＝(50＋k 2×60)cm (k 2＝0,±1,±2,±3,…) 综上分析,所有波峰和波峰相遇的质点x 坐标应为 x ＝(50＋300n ) cm (n ＝0,±1,±2,±3,…)(ⅱ)偏离平衡位置位移为－16 cm 对应为两列波的波谷相遇.t ＝0时,波谷之差Δx ＝[50＋(2n 1＋1)×602]－[50＋(2n 2＋1)×502] 整理可得Δx ＝10(6n 1－5n 2)＋5,其中n 1、n 2均为整数 波谷之间最小的距离为Δx ′＝5 cm 两列波相向传播,相对速度为2v ＝50 cm/s所以出现偏离平衡位置位移为－16 cm 的最短时间 t ＝Δx ′2v ＝0.1 s答案 (1)＞ 0.3 (2)(ⅰ)x ＝(50＋300n ) cm (n ＝0,±1,±2,±3,…) (ⅱ)0.1 s4．解析 (1)由题图可知,a 光的折射角大于b 光的折射角,根据折射定律可以判断出玻璃砖对a光的折射率大于对b 光的折射率,故C 错误；根据n ＝cv 可知,在玻璃中,a 光的传播速度小于b 光的传播速度,故A 正确；a 光的频率大于b 光的频率,根据λ＝cν可知,在真空中a 光的波长小于b 光的波长,故B 正确；若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,因为a 光的折射率大,则折射光线a 首先消失,故D 正确；a 光的波长小于b 光的波长,分别用a 、b 光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a 光的干涉条纹间距小于b 光的干涉条纹间距,故E 错误. (2)(ⅰ)由题意,O 、P 两点间的距离与波长λ之间满足OP ＝54λ＝35 cm 解得λ＝28 cm ① 波速为v ＝λT ＝28 m/s ②在t ＝5 s 的时间间隔内,波传播的路程为s ＝v t ＝140 m ③ 由题意有s ＝PQ ＋λ4④ 解得PQ ＝133 cm ⑤(ⅱ)Q 处的质点第一次处于波峰位置时,波源运动的时间为 t 1＝t ＋54T ＝6T ＋T 4⑥波源从平衡位置开始运动,每经过T4,波源运动的路程为A . 故t 1时间内,波源运动的路程为s ＝25A ＝125 cm ⑦ 答案 (1)ABD (2)(ⅰ)133 cm (ⅱ)125 cm5．解析 (1)t ＝0.6 s 时,物块的位移为y ＝0.1sin(2.5π×0.6)m ＝－0.1 m,则对小球h ＋|y |＝12gt 2,解得h ＝1.7 m,选项a 正确；简谐运动的周期是T ＝2πω＝2π2.5π s ＝0.8 s,选项b 正确；0.6 s 内物块运动的路程是3A ＝0.3 m,选项c 错误；t ＝0.4 s ＝T2,此时物块在平衡位置向下振动,则此时物块与小球运动方向相同,选项d 错误. (2)光路如图；当光线从A 点射出时,设折射角为r ,由光的折射定律可知：n ＝sin i 0sin r ,则A 点到左端面的距离为x 1＝R tan r ；若在B 点发生全反射时,则sin C ＝1n ,故B 点离左端面的距离x 2＝R tan C ,联立解得A 、B 间的距离为Δx ＝x 2－x 1＝R (1n 2－1－n 2－sin 2i 0sin i 0)答案 (1)ab (2)R (1n 2－1－n 2－sin 2i 0sin i 0)。