資源簡介

(共34張PPT)
專題分層突破練12　振動與波
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基礎鞏固
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1.(2024湖北武漢一模)“噴水魚洗”是我國珍貴的古代文物,具有很高的科學價值、歷史價值和藝術價值。魚洗是在先秦時期普遍使用的一種金屬制盥洗用具。“噴水魚洗”大約出現在唐代。“噴水魚洗”的大小像一個洗臉盆,底部是扁平的,盆沿左右各有一個把柄,稱為雙耳。“噴水魚洗”最奇妙的地方是,用雙手快速且有節奏地摩擦雙耳,盆內水波蕩漾;摩擦得法,可噴出水柱。
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下列說法正確的是(　　)
A.該現象是波的衍射形成的
B.“噴水魚洗”中的水位越低,振動越明顯,噴出的水柱越高
C.“噴水魚洗”做受迫振動,當摩擦力引起的振動頻率和“噴水魚洗”振動的頻率相等或十分接近時,“噴水魚洗”產生了共振而使水劇烈振蕩
D.“噴水魚洗”中的水做受迫振動,當摩擦力引起的振動頻率和水波振動的頻率相等或十分接近時,水產生了共振而劇烈振蕩
答案 C
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解析 “噴水魚洗”做受迫振動,當摩擦力引起的振動頻率和“噴水魚洗”振動的頻率相等或十分接近時,“噴水魚洗”產生了共振而使水劇烈振蕩,“噴水魚洗”中的水位越低,則水與“噴水魚洗”接觸部分越少,水的振動越不明顯,則越不容易噴出水柱,A、B、D錯誤,C正確。
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2.(2024福建卷)某簡諧運動的y-t圖像如圖所示,則以下說法正確的是(　　)
A.振幅為2 cm B.頻率為2.5 Hz
C.0.1 s時速度為0 D.0.2 s時加速度方向豎直向下
答案 B
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解析 由題圖可知,該簡諧運動的振幅是1 cm,周期是0.4 s,所以頻率是f= =2.5 Hz,選項A錯誤,B正確。y-t圖像的斜率大小表示速度大小,0.1 s時速度方向豎直向下,大小不為0,選項C錯誤。簡諧運動的加速度方向與位移方向相反,故0.2 s時加速度方向豎直向上,選項D錯誤。
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3.(2024浙江溫州三模)蜻蜓在水面上“點水”激起一圈圈波紋,如圖所示。水面上有一開有兩小孔A、B的擋板,A、B離波源S的距離分別為30 cm、40 cm,AB間距為50 cm,O為AB中點,AB中垂線上的C點,距O點100 cm。波源在水面處振動形成的水波視為簡諧橫波,t=0時,波源自平衡位置起振。已知波速為20 cm/s,小孔A處質點第一次處于波谷時,小孔B處質點剛好第一次處于波峰,下列說法正確的是(　　)
A.波源S起振方向向下
B.t=4 s時,A、B兩處質點振動方向相反
C.OC線段的中點為加強點
D.若蜻蜓點水的頻率增大,則波速增大
答案 B
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解析 A、B離波源S的距離分別為30 cm、40 cm,A離波源S較近,則A先振動,小孔A處質點第一次處于波谷時,小孔B處質點剛好第一次處于波峰,可知波源S起振方向向上,且A、B兩處質點振動方向總相反,故t=4 s時,A、B兩處質點振動方向相反,OC線段的中點到A、B兩點距離相等,則該點為減弱點,A、C錯誤,B正確;波速只與介質有關,若蜻蜓點水的頻率增大,波速不變, D錯誤。
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4.(多選)(2024新課標卷)位于坐標原點O的波源在t=0時開始振動,振動圖像如圖所示,所形成的簡諧橫波沿x軸正方向傳播。平衡位置在x=3.5 m處的質點P開始振動時,波源恰好第2次處于波谷位置,則(　　)
A.波的周期是0.1 s
B.波的振幅是0.2 m
C.波的傳播速度是10 m/s
D.平衡位置在x=4.5 m處的質點Q開始振動時,質點P處于波峰位置
答案 BC
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解析 本題考查簡諧運動、簡諧波以及相應圖像的理解。
由題圖可知,T=0.2 s,A=0.2 m,選項A錯誤,B正確。
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5.(2023浙江6月選考)如圖所示,置于管口T前的聲源發出一列單一頻率聲波,分成兩列強度不同的聲波分別沿A、B兩管傳播到出口O。先調節A、B兩管等長,O處探測到聲波強度為400個單位,然后將A管拉長d=15 cm,在O處第一次探測到聲波強度最小,其強度為100個單位。已知聲波強度與聲波振幅二次方成正比,不計聲波在管道中傳播的能量損失,則(　　)
A.聲波的波長λ=15 cm
B.聲波的波長λ=30 cm
C.兩聲波的振幅之比為3∶1
D.兩聲波的振幅之比為2∶1
答案 C
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6.(2024河北模擬預測)魚漂是垂釣時反映魚兒咬鉤訊息的工具。如圖甲所示,當魚漂靜止時,P點恰好在水面處。將魚漂緩慢向下壓,松手后,魚漂在豎直方向上做簡諧運動,其振動圖像如圖乙所示,取豎直向上為位移的正方向,則(　　)
A.在t=0.3 s時刻,魚漂的速度
方向豎直向下
B.在t=0.3 s時刻,魚漂的加速度
方向豎直向上
C.魚漂的振動頻率為1.25 Hz
D.魚漂在振動的過程中,存在速度和加速度均減小的時間段
答案 C
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解析 由圖乙可知在t=0.3 s時刻,魚漂的速度方向豎直向上,此時魚漂的位移豎直向上,則魚漂的加速度方向豎直向下,A、B錯誤。魚漂的振動頻率為f= Hz=1.25 Hz,C正確。魚漂離平衡位置越遠,速度越小,位移越大,加速度越大;魚漂離平衡位置越近,速度越大,位移越小,加速度越小;則魚漂在振動的過程中,不存在速度和加速度均減小的時間段,D錯誤。
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7.(2024山東聊城二模)甲、乙兩列機械波在同一種介質中沿x軸相向傳播,甲波波源位于O點,乙波波源位于x=8 m處,兩波源均沿y軸方向振動。t=0時刻,甲波的波形圖如圖1所示,此時乙波波源開始振動,其振動圖像如圖2所示。已知乙波的傳播速度v乙=2.0 m/s,質點P的平衡位置處于x=5 m處。若兩波源一直振動,則下列說法正確的是(　　)
A.甲波的周期為2 s
B.t=2.0 s時,質點P開始振動
C.t=3.0 s時,質點P處于平衡
位置且向y軸負方向振動
D.在0~3.5 s時間內質點P運動
的路程為42 cm
C
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解析 兩列波傳播速度大小相等,由圖1可知,甲波的波長為2 m,所以周期為
=1.5 s,B錯誤;t=3 s時,若只有乙波,質點P經過平衡位置,且向下振動,若只有甲波,質點P也是經過平衡位置向下振動,所以t=3 s時,質點P處于平衡位置且向y軸負方向振動,C正確;由于兩波源振動步調相反,質點P到兩波源的波程差等于1 m,即半波長,所以質點P的平衡位置為振動加強點,其振幅為7 m,所以在0~3.5 s時間內,質點P的路程為s=2A乙+6(A甲+A乙)=48 cm,D錯誤。
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8.(10分)發生地震時,我國地震局能記錄地震過程中的振動圖像和波的圖像,圖甲為傳播方向上距離震源2 km的質點P的振動圖像,圖乙為地震發生后,質點P振動1.0 s時的地震簡諧橫波圖像,假設地震簡諧橫波傳播的速度大小不變,求:
(1)該地震簡諧橫波的傳播方向和t=1.0 s時質點P的振動方向;
(2)該地震簡諧橫波傳播的速度大小;
(3)質點P振動30 s后,該地震簡諧橫波
能到達的最遠位置與震源之間的距離。
答案 (1)沿x軸正方向,沿y軸正方向
(2)4×103 m/s　
(3)1.22×105 m
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解析 (1)由振動圖像和波的圖像可知,該地震簡諧橫波的傳播方向沿x軸正方向。t=1.0 s時,質點P沿y軸正方向振動。
(2)由振動圖像和波的圖像可知波長λ=4 km,周期T=1.0 s,有
解得v=4×103 m/s。
(3)質點P振動30 s后,波沿x軸正方向傳播的距離為
Δx=vt
又dmax=Δx+x0
解得dmax=1.22×105 m。
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綜合提升
9.(2024湖南卷)如圖所示,健身者在公園以每分鐘60次的頻率上下抖動長繩的一端,長繩自右向左呈現波浪狀起伏,可近似為單向傳播的簡諧橫波。長繩上A、B兩點平衡位置相距6 m,t0時刻A點位于波谷,B點位于波峰,兩者之間還有一個波谷。下列說法正確的是(　　)
A.波長為3 m
B.波速為12 m/s
C.t0+0.25 s時刻,B點速度為0
D.t0+0.50 s時刻,A點速度為0
答案 D
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A.兩列波可以發生干涉
B.t=0時,P(0,6,0)處質點的位移為0
C.t=0時,Q(-3 ,6,0)處質點的位移為0.2 m
D.t=0時,波源S1和S2的加速度相同
AB
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解析 兩列波的頻率均為f= Hz,兩列波的相位差為π,且都在z方向上振動,則兩列波可以發生干涉,A正確;兩波源產生的波相位差為π,而P點到兩波源的距離之差為零,則P點為振動減弱點,振幅為零,則t=0時,P(0,6,0)處質點的位移為0,B正確;
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11.(多選)(2024河北二模)如圖所示,池塘分為A、B、C三個區域,淺水區A、C兩部分水深相同,深水區B中水波波長是淺水區中水波波長的2倍,淺水區水深40 cm。O、N分別處于深淺兩部分水面分界線上,xOM=xNP,xON=3 m,t=0時刻O處水波從平衡位置開始向上振動,t=2.5 s時O處水波第二次達到波峰,此時M處水波第一次達到波谷,設水波在三個區域的振幅均為A=6 cm,水波的速度v與水的深度h間的關系滿足v= ,式中重力加速度g取10 m/s2,下列說法正確的是(　　)
A.深水區水深80 cm
B.O、M間距離為2 m
C.t=1.25 s時P處水開始振動
BD
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12.(多選)(2024山東濟寧一模)位于x=-3 cm和x=13 cm處的兩波源都只做了一次全振動,形成兩列分別沿x軸正方向和負方向傳播的簡諧橫波,振幅均為A=5 cm,t=0時刻的波形圖如圖甲所示,此時波剛好傳到M、N兩點,M、P、Q、N在x軸上的坐標分別為1 cm、3 cm、5 cm、9 cm,平衡位置在M處的質點振動圖像如圖乙所示。下列說法正確的是(　　)
A.t=2 s時,平衡位置在M處的質點
剛好運動到P點
B.t=5 s時,平衡位置在Q處的質點
的位移為-10 cm
C.P處質點振動過程中的最大位移大小為5 cm
D.平衡位置坐標為x=4 cm的質點在振動過程中通過的總路程為10 cm
BC
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根據題意可知,當沿x軸正方向傳播的波剛離開P點時,沿x軸負方向傳播的波剛好傳到P點,以后P點只參與沿x軸負向傳播的波引起的振動,故P處質點最大位移為振幅值,即5 cm,C正確;沿x軸正方向傳播的波先傳到x=4 cm的位置,振動半個周期后,即通過路程為10 cm后,沿x軸負方向的波傳到x=4 cm的位置,此時兩列波在該點疊加位移為零,然后沿x軸負方向的波在該處質點振動半個周期,路程為10 cm,則在振動過程中該處質點通過的總路程為20 cm,D錯誤。
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13.(12分)均勻介質中質點A、B的平衡位置位于x軸上,坐標分別為0和xB=16 cm。某簡諧橫波沿x軸正方向傳播,波速為v=20 cm/s,波長大于20 cm,振幅為y0=1 cm,且傳播時無衰減。t=0時刻A、B偏離平衡位置的位移大小相等、方向相同,運動方向相反,此后每隔Δt=0.6 s兩者偏離平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1時刻(t1>0),質點A位于波峰。求:
(1)從t1時刻開始,質點B最少要經過多長時間位于波峰;
(2)t1時刻質點B偏離平衡位置的位移。
答案 (1)0.8 s
(2)-0.5 cm
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14.(12分)(2024山東煙臺一模)如圖所示,一列簡諧橫波沿x軸負方向傳播,圖中實線a是t=0時刻的波形圖,虛線b為t=3 s時刻的波形圖,實線c為t=5 s時刻的波形圖。
(1)求t=0時刻,位于x=3 m處的質點偏離平衡位置的位移y;
(2)若該波傳播速度小于20 m/s,求該波波速。
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14(共34張PPT)
專題分層突破練13　光學
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選擇題:每小題6分,共60分
1.下列關于光學現象的說法正確的是(　　)
A.圖甲,光信號在光導纖維中發生全反射,
則內芯的折射率小于外套的折射率
B.圖乙觀看3D電影時需要佩戴特殊的眼
鏡,此過程利用了光的偏振現象,光是橫波
C.讓激光束通過一個狹縫,可能觀察到光屏上
出現圖丙所示的現象,波長越長,條紋間距越大
D.在圖丁中,激光束沿液流傳播,若改用折射率
更小的液體,則實驗現象更明顯
B
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解析 圖甲,光信號在光導纖維中發生全反射,則內芯的折射率大于外套的折射率,A錯誤;觀看3D電影時需要佩戴特殊的眼鏡,此過程利用了光的偏振現象,光是橫波,B正確;圖丙是雙縫干涉圖樣,讓激光束通過一個狹縫,不可能觀察到光屏上出現丙圖所示的現象,C錯誤;在圖丁中,激光束沿液流傳播,若改用折射率更大的液體,光發生全反射時,臨界偏角越小,光在液體中的路程更長,實驗現象更明顯,D錯誤。
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2.(2024江蘇泰州一模)微波爐是利用微波(高頻電磁波)進行工作的。微波能穿透玻璃、陶瓷等容器,遇到金屬爐壁會反射,遇到水和食物等會被吸收,并使食物內水分子劇烈振動而達到加熱目的。某次利用微波爐加熱食物時出現了受熱不均的情況,造成該現象的主要原因是(　　)
A.電磁波在食物內部發生了干涉 B.電磁波在食物內部發生了折射
C.電磁波在食物表面發生了反射 D.電磁波經過食物時發生了衍射
答案 A
解析 利用微波爐加熱食物時出現了受熱不均的情況,造成該現象的主要原因是電磁波在食物內部發生了干涉,形成振動加強區和減弱區,從而使食物受熱不均,A正確;B、C、D錯誤。
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3.(2023江蘇卷)地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大,太陽光斜射向地面的過程中會發生彎曲。下列光路圖中能描述該現象的是(　　)
A
解析 光線越接近地面,折射率越大,折射角越小,選項A正確。
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4.我國唐代賈公彥是第一個提出指紋鑒別的人(指紋上凸出部位稱為嵴,凹陷部位稱為峪)。某款手機采用的是光學指紋識別,其識別原理示意圖如圖甲所示,手指按壓指紋識別區時,與鏡片接觸的嵴線破壞接觸區域的全反射,使得反射光線出現明暗分布,CCD圖像傳感器通過識別光線的強弱對指紋進行識別,如圖乙所示。
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若鏡片的折射率為n1=1.45,實驗測得人手指折射率n2在1.50~1.56之間,下列說法正確的是(　　)
A.手指未按壓指紋識別區時,光線在鏡片的上表面不能發生全反射
B.手指按壓指紋識別區時,光線在與鏡片接觸的嵴線處不能發生全反射
C.手指未按壓指紋識別區時,入射角i越大,光線在鏡片的上表面越不容易發生全反射
D.當光線垂直入射鏡片下表面時,仍然可以實現指紋識別功能
B
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解析 手指未按壓指紋識別區時,光線在鏡片上表面能發生全反射,當手指按壓指紋識別區時,因為n2>n1,故接觸部分不能發生全反射,A錯誤,B正確;手指未按壓指紋識別區時,入射角i越大,則折射角越大,故光線在鏡片的上表面越容易發生全反射,C錯誤;當光線垂直入射鏡片下表面時,入射角為0°,反射角也為0°,則無法識別指紋,D錯誤。
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5.(2024山東卷)檢測球形滾珠直徑是否合格的裝置如圖甲所示,將標準滾珠a與待測滾珠b、c放置在兩塊平板玻璃之間,用單色平行光垂直照射平板玻璃,形成如圖乙所示的干涉條紋。若待測滾珠與標準滾珠的直徑相等為合格,下列說法正確的是(　　)
A.滾珠b、c均合格
B.滾珠b、c均不合格
C.滾珠b合格,滾珠c不合格
D.滾珠b不合格,滾珠c合格
答案 C
甲
乙
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解析 若滾珠b、c均合格,則平板玻璃間距離處處相等,不會產生干涉條紋。由題圖乙干涉條紋可知,平板玻璃間存在高度差,形成劈尖干涉。由條紋分布可知,滾珠a、b處高度一致,滾珠c處與滾珠a、b處存在高度差,故選項C正確。
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6.(2024山東三模)導光管照明系統可以把太陽光或自然光傳輸到需要照明的地方,該系統主要由采光區、傳輸區和漫射區三部分組成,傳輸區為透明材料制成的實心傳輸通道。某導光管照明系統的直角傳輸區截面如圖所示,采光區采集的光垂直于AD邊進入傳輸區,經傳輸后在BC邊垂直進入漫射區。已知∠A=53°,sin 53°= ,cos 53°= 。
要使傳輸區內傳輸的光不能從側壁射出,
則傳輸區的折射率最小為(　　)
A
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解析 光在傳輸區發生全反射,當入射角最大時,對應折射率最小,
如圖所示,當光垂直于AD邊進入傳輸區,
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7.(2023湖北卷)如圖所示,楔形玻璃的橫截面POQ的頂角為30°,OP邊上的點光源S到頂點O的距離為d,垂直于OP邊的光線SN在OQ邊的折射角為45°。不考慮多次反射,OQ邊上有光線射出部分的長度為(　　)
C
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8.(10分)光纖通信已成為現代主要的有線通信方式。現有一長為1 km、直徑為d=0.2 mm的長直光纖,一束單色平行光從該光纖一端沿光纖方向射入,經過5×10-6 s在光纖另一端接收到該光束。已知光速c=3×108 m/s。
(1)求該光纖的折射率。
(2)如圖所示,該光纖繞圓柱轉彎,若平行射入該光纖的光在轉彎處均能發生全反射,求該圓柱體半徑R的最小值。
答案 (1)1.5　(2)0.4 mm
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解得n=1.5。
(2)如圖所示,當光纖中最下面的光線發生全反射,
則平行光在彎曲處全部發生全反射
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綜合提升
9.(2024福建廈門二模)2024年春節,廈門在賞篤湖舉辦了多場燈光展。如圖為白鷺女神雕像燈光秀,展現了廈門的歷史、文化和未來愿景。下列說法正確的是(　　)
A.紅光的頻率比藍光的高
B.紅光從湖水進入空氣后傳播速度變慢
C.在湖水中傳播時,紅光的速度比藍光的大
D.從岸上看到湖水中彩燈的位置比實際位置深
答案 C
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解析 紅光的波長比藍光的長,則紅光的頻率比藍光的低,A錯誤;根據折射率與光速的關系有n= ,折射率大于1,可知紅光從湖水進入空氣后傳播速度變快,B錯誤;在湖水中傳播時,紅光的折射率比藍光的小,結合上述可知,紅光的速度比藍光的大,C正確;從岸上看湖水中的彩燈,彩燈發出的光經過界面進入空氣,入射角小于折射角,人沿折射光反向延長線看過去,看到的虛像位于彩燈實際位置的上方,即從岸上看到湖水中彩燈的位置比實際位置淺,D錯誤。
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10.(2024湖北武漢二模)如圖所示,某透明介質(折射率n> )由兩個半徑分別為2R和R的半球疊合而成,O為二者的球心,OA為與兩半球接觸面垂直的半徑。現有一束細單色光在紙面內從A點以入射角i射入介質,不考慮多次反射,要使折射光能從小半球面射出,
則入射角i的取值范圍是(　　)
A.0°≤i<15°
B.0°≤i<30°
C.0°≤i<45°
D.0°≤i<60°
答案 B
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解析 根據幾何關系可知,入射角i越小,大半球的折射角越小,小半球界面的入射角越小,光越容易從小半球面射出,當入射角i達最大值時,光在小半球
解得imax=30°,即要使折射光能從小半球面射出,則入射角i的取值范圍是0°≤i<30°,故選B。
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11.(多選)(2024廣西卷)如圖所示,S為單色光源,S發出的光一部分直接照在光屏上,一部分通過平面鏡反射到光屏上。從平面鏡反射的光相當于S在平面鏡中的虛像發出的,由此形成了兩個相干光源。設光源S到平面鏡和到光屏的距離分別為a和l,a l,鏡面與光屏垂直,單色光波長為λ。
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下列說法正確的是(　　)
AD
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12.(10分)(2024河北唐山一模)在一水池底部水平放置一條長為1 m的細燈帶,燈帶能夠發出紅光,水對紅光的折射率為 ,細燈帶到水面的豎直高度為1 m,已知光在真空中的速度為c=3×108 m/s,不考慮水面對光線的反射。
(1)求能夠射出水面的光線在水中傳播的最短時間。
(2)計算水面上產生光斑的面積。(可用分數、根式表示)
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13.(10分)透明材料制成的一件藝術擺件的截面圖如圖所示,上半部分是半徑為R的半圓形,一細光束沿徑向射入,在底面B點恰好發生全反射,OA是圓心O到底面的高,已知lOA=lAB= ,光在真空中傳播的速度為c,求:
(1)該透明材料的折射率;
(2)最終從透明藝術擺件射出的光線與最初的入射光線相比偏轉的角度;
(3)光在透明藝術擺件中傳播的時間。
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則∠DCO=α=45°
可得∠CDO=75°,
即最終從透明藝術擺件射出的光線與最初的入射光線相比偏轉了105°。
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14.(10分)(2024山東淄博二模)某激光液位自動監測儀的示意圖如圖所示。矩形ABCD為長方體液池的截面,寬度d=6 m,裝有深度為h=2 m的某種液體,在池底部水平放置寬度d'=5 m的平面鏡,平面鏡的右端與C點重合,在其正上方水平放置一長度等于池寬的標尺AB,池左壁高h0= m處有一激光器S,激光器發出的一束單色光與左池壁成α(0°<α<90°)角射到平面鏡上,經平面鏡反射后再從液體的上表面射出,打在標尺上形成一亮點。改變α角,測得此截面上能折射出光線的液面EF的長度為L=3( -1) m,不考慮光在液面上的反射光。
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(1)求該液體的折射率n。
(2)若保持α=30°,發現液體的深度從h發生變化,變化后標尺上亮點向右移動了Δx= m,試問液面高度是上升還是下降 液面高度變化量是多少
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解析 (1)當改變α角時,由題意可知,在F點發生全反射,光路圖如圖甲所示
甲
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(2)根據題意可知,亮點向右移動了,光路圖如圖乙所示
由圖乙可知,液面下降,設下降后液面的高度為h',由幾何關系可知
(h+h0)tan α=(h'+h0)tan α+Δx
解得h'=(2 -1) m
即液面高度變化量為Δh=h-h'=1 m。
乙

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