2014年高考物理一轮复习章末达标验收:第十二章 波与相对论(选修3-4)
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第37讲 光的波动性 电磁波和相对论1.(多选)(2016·全国卷Ⅱ)关于电磁波,下列说法正确的是( ABC )A .电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B .周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波C .电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D .利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输E .电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失 解析:电磁波在真空中的传播速度为3×108m/s ,与电磁波的频率无关,A 项正确;周期性变化的电场产生周期性变化的磁场,周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场,它们相互激发向周围传播,就形成了电磁波,B 项正确;电磁波是横波,因此其电场强度和磁感应强度均与传播方向垂直,C 项正确;光是电磁波,利用光纤对光的全反射可以传播信息,D 项错误;波源的电磁振荡停止后,已发出的电磁波不会立即消失,还要继续传播,E 项错误.2.(2014·江苏卷)某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到甲图所示的条纹,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(B)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解析:由甲和乙两图可知改变条件以后条纹变宽,由Δx =l d λ可知,只有B 项正确.3.(2014·浙江卷)关于下列光学现象,说法正确的是( CD )A .水中蓝光的传播速度比红光快B .光从空气射人玻璃时可能发生全反射C .在岸边观察前方水中的一条鱼,鱼的实际深度比看到的要深D .分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验,用红光时得到的条纹间距更宽 解析:因为频率f 蓝>f 红,则n 蓝>n 红,又因为在水中v =c n ,得到v 蓝<v 红,则A 项错误;光线由光密介质射向光疏介质时才有可能发生全反射,则B 项错误;在岸边看水中物体时比实际深度浅,则C 项正确;Δx =l d λ,λ红>λ蓝,同一装置l d相同,所以用红光时条纹间距更宽,D 项正确. 4.(2014·四川卷)电磁波已广泛运用于很多领域.下列关于电磁波的说法符合实际的是( C )A .电磁波不能产生衍射现象B .常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C .根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D .光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同。
【创新方案】2014年高考物理一轮复习章末达标验收:第十二章 波与相对论(教师用书独具)(时间:50分钟 满分:100分)一、选择题(本题共12小题,每小题5分,共60分,每小题至少有一个选项正确,选对但选不全得3分,有错选或不答的得0分)1.(2012·开封模拟)下列说法正确的是( )A .X 射线的频率比无线电波的频率高B .做简谐运动的单摆摆长增大为原来的2倍,其周期也增大为原来的2倍C .根据狭义相对论,地面上的人看到高速运行的列车比静止时变短且矮D .用同一装置观察光的双缝干涉现象,蓝光的相邻条纹间距比红光的小解析:选AD 在电磁波谱中,无线电波的波长最长,X 射线的波长较短,故X 射线的频率比无线电波的频率高,A 正确;由单摆周期公式可知,做简谐运动的单摆摆长增大为原来的2倍,其周期增大为原来的2倍,B 错误;根据狭义相对论,地面上的人看到高速运行的列车比静止时变短但高度不变,C 错误;由于蓝光波长比红光短,由双缝干涉条纹间距公式可知,用同一装置进行双缝干涉实验,蓝光的相邻条纹间距比红光的小,D 正确。
2.(2012·苏州调研)图1中关于机械振动和机械波的说法正确的是( )图1A .粗糙斜面上的金属球M 在弹簧的作用下运动,该运动是简谐运动B .单摆的摆长为l ,摆球的质量为m 、位移为x ,此时回复力为F =-mg lxC .质点A 、C 之间的距离就是简谐波的一个波长D .实线为某时刻的波形图,此时质点M 向下运动,经极短时间后波形图如虚线所示 解析:选BD 若斜面光滑,小球在斜面上的运动满足F =-kx ,小球的运动是简谐运动,但斜面有摩擦力且方向发生变化,此时小球的运动不满足F =-kx ,所以选项A 错误;由单摆的特点知B 正确;质点A 、C 之间的距离是简谐波的半个波长,选项C 错误;由波的传播特点知D 正确。
3.(2012·厦门质检)一列简谐横波以1 m/s 的速度沿绳子由A 向B 传播,质点A 、B 间的水平距离x =3 m ,如图2甲所示。
光的折射 全反射对点训练:折射定律1.如图1所示,一条光线从空气垂直射到直角玻璃三棱镜的界面AB 上,棱镜材料的折射率为1.414,这条光线从BC 边射出棱镜后的光线与界面BC 的夹角为( )图1A .90°B .60°C .30°D .45°解析:选D 由sin C =1n =12得:光从玻璃射向真空时,发生全反射时的临界角为:C=45°。
由几何关系可求得在BC 面的入射角为30°,由折射定律知:n =sin rsin i得sin r =n sin i =2·sin 30°=22,所以r =45°,则射出棱镜后的光线与界面BC 的夹角为45°,故D 正确。
2.如图2所示,玻璃球的半径为R ,折射率n =3,今有一束平行直径AB 方向的光照射在玻璃球上,经B 点最终能沿原方向相反方向射出的光线离AB 的距离为( )图2A .3RB .33R C .32R D .R2解析:选C 由题意分析:光线照射在玻璃球上,最终能沿原方向相反方向射出,说明入射光路与出射光路平行对称,作出光路图,由光路图知:θ1=2θ2,又由折射定律得n =sin θ1sin θ2,解以上两式得:cos θ2=32,即θ2=30°,θ1=60°,则d =R sin θ1,所以d =32R ,C 正确。
3.(多选)一束光从空气射向折射率n =2的某种玻璃的表面,如图3所示。
i 代表入射角,则( )图3A .当入射角i =0°时不会发生折射现象B .无论入射角i 是多大,折射角r 都不会超过45°C .欲使折射角r =30°,应以i =60°的角度入射D .当入射角i =arctan 2时,反射光线跟折射光线恰好互相垂直解析:选BD 当入射角i =0°时光能从空气进入玻璃,故发生了折射,A 错误;当入射角是90°时,根据折射定律n =sin isin r ,解得:r =45°,所以无论入射角i 是多大,折射角r 都不会超过45°,B 正确;欲使折射角r =30°,根据折射定律n =sin isin r ,解得:i =45°,故C 错误;当i =arctan 2,有tan i =2,设入射角为i ,折射角为r ,根据折射定律n =sin isin r =tan i ,解得sin r =cos i ,所以反射光线跟折射光线恰好互相垂直,故D 正确。
第37讲光的波动性电磁波和相对论[解密考纲]考查光的干涉、衍射条件、干涉条纹和衍射条纹的区别、干涉条纹宽度的计算、电磁波的理解、狭义相对论的简单了解.1.关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是( B )A.电磁波可以传递信息,声波不能传递信息B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同解析:声波也能传递信息,A项错误;手机通话过程中,手机之间通过电磁波传递信息,人和手机之间通过声波传递信息,B项正确;太阳中的可见光传播速度为光速,即为3×108 m/s,而超声波的传播速度等于声音在空气中(15 ℃下)的传播速度,即为340 m/s,C项错误;红外线的频率小于X射线的频率,故红外线的波长大于X射线的波长,D项错误.2.下列说法正确的是( B )A.麦克斯韦证明了光的电磁说的正确性B.红外线的显著作用是热作用,紫外线最显著的作用是化学作用C.X射线的穿透本领比γ射线更强D.X射线与γ射线的产生机理不同,因此它们的频率范围界线分明,不可能重叠解析:麦克斯韦提出了光的电磁说,赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性.X射线是原子的内层电子受激发而产生的,γ射线是原子核受激发而产生的,产生机理确实不同,但X射线和γ射线都有一个较大的频率范围,较高频率的X射线与较低频率的γ射线产生了重叠,其他相邻电磁波间也存在重叠.综上所述,A、D选项不正确,B选项与事实一致,C选项与事实相反.所以只有选项B正确.3.验钞机发出的电磁波能使钞票上用于防伪的荧光物质发光,电视机的遥控器用它发出的电磁波来控制电视机.对于它们发出的电磁波,下列判断正确的是( D ) A.它们发出的都是红外线B.它们发出的都是紫外线C.验钞机发出的是红外线,遥控器发出的是紫外线D.验钞机发出的是紫外线,遥控器发出的是红外线解析:激发荧光物质发出荧光的是紫外线,用来控制电视机的遥控器发出的电磁波属于红外线,D项正确.4.太阳表面的温度约为 6 000 K,所辐射的电磁波中辐射强度最大的在可见光波段;人体的温度约为310 K,所辐射的电磁波中辐射强度最大的在红外线波段;宇宙空间内的电磁辐射相当于温度为3 K的物体发出的,这种辐射称为“3 K背景辐射”.若要对“3 K背景辐射”进行观测研究,则应选择的观测波段为( D )A .X 射线B .γ射线C .紫外线D .无线电波解析:无线电波用于通信、广播及其他信号传输.天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波,进行天体物理研究.D 项正确.5.惯性系S 中有一边长为l 的正方形,从相对S 系沿x 方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象可能是( C )解析:由相对论知识易得运动方向上的边长变短,垂直运动方向的边长不变,故C 项符合题意.6.(多选)电子的电荷量为1.6×10-19 C ,质量为9.1×10-31 kg ,一个电子被电压为106 V 的电场加速后,关于该电子的质量和速度,以下说法正确的是( BD )A .电子的质量不变B .电子的质量增大C .电子的速度可以达到1.9cD .电子的速度不可能达到c解析:电子被电场加速后,根据相对论效应m =m 01-v c 2可知,随电子速度的增大,其质量也增大,故A 项错,B 项正确;此时不能根据qU =12m 0v 2求速度,任何物体的速度都不可能超过光速c ,故C 项错,D 项正确.7.(多选)某同学以线状白炽灯为光源,利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后,总结出以下几点,你认为正确的是( ACD )A .若狭缝与线状白炽灯平行,衍射条纹与狭缝平行B .若狭缝与线状白炽灯垂直,衍射条纹与狭缝垂直C .衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关D .衍射条纹的间距与光的波长有关解析:若狭缝与线状白炽灯平行,衍射条纹与狭缝平行且现象明显;衍射条纹的疏密程度与缝宽有关,狭缝越小,条纹越疏;条纹间距与波长有关,波长越长,间距越大.8.(多选)在双缝干涉实验中,某同学用黄光作为入射光.为了增大干涉条纹的间距,该同学可以采用的方法有( AC )A .改用红光作为入射光B .改用蓝光作为入射光C .增大双缝到屏的距离D .增大双缝之间的距离解析:根据条纹间距Δx =l d ·λ可知:要增大干涉条纹的间距,可增大λ,λ红>λ黄,A 项正确;λ黄>λ蓝,B 项错误;增大到屏的距离l ,Δx 增大,C 项正确;增大双缝间距d ,Δx 减小,D 项错误.9.(多选)甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样,设相邻两个亮条纹的中心距离为Δx ,看Δx 甲>Δx 乙,则下列说法正确的是( BD )A .甲光能发生偏振现象,乙光则不能发生B .真空中甲光的波长一定大于乙光的波长C .甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量D .在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光解析:偏振现象是横波特有的现象,甲、乙都可以有偏振现象发生,A 项错误;由Δx 甲>Δx 乙和Δx =l dλ可知甲光的波长大于乙光,B 项正确;光子能量取决于光子的频率,而光子频率与波长成反比,C 项错误;波长短的光频率大,在介质中的传播速度慢,D 项正确.10.(多选)在研究材料A 的热膨胀特性时,可采用如图所示的干涉实验法,A 的上表面是一光滑平面,在A 的上方放一个透明的平行板B ,B 与A 上表面平行,在它们间形成一个厚度均匀的空气膜.现在用波长为λ的单色光垂直照射,同时对A 缓慢加热,A 均匀膨胀,在B 上方观察到B 板的亮度发生周期性的变化.当温度为t 1时最亮,然后亮度逐渐减弱至最暗;当温度升到t 2时,亮度再一次回到最亮,则( BD )A .出现最亮时,B 上表面反射光与A 上表面反射光叠加后加强B .出现最亮时,B 下表面反射光与A 上表面反射光叠加后加强C .温度从t 1升至t 2过程中,A 的高度增加λ4D .温度从t 1升至t 2过程中,A 的高度增加λ2解析:出现最亮时,为B 的下表面反射光与A 上表面的反射光叠加后加强,A 项错,B 项对;薄膜干涉中,当薄膜厚度为光在薄膜中半波长的整数倍,反射光加强,为最亮,因此温度由t 1升至t 2时,A 的高度变化为12波长,C 项错,D 项对. 11.在信息技术迅猛发展的今天,光盘是存储信息的一种重要媒介.光盘上的信息通常是通过激光束来读取的.若激光束不是垂直投射到盘面上,则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进方向,如图所示.下列相关说法正确的是( D )A .图中①光是红光,②光是蓝光B .在光盘的透明介质中,①光比②光传播更快C .若①光、②光先后通过同一双缝干涉装置,前者得到的条纹比后者的宽D .若①光、②光先后通过同一单缝衍射装置,前者得到的中央亮纹比后者的中央亮纹窄解析:同种介质对蓝光的折射率比对红光的折射率大,故以相同入射角入射时,折射角较小的①是蓝光,折射角较大的②是红光,A 项错;根据折射率n =c v 可知,②光速度较大,B 项错;通过同一干涉装置,红光的波长大于蓝光的波长,由Δx =l d λ可知,红光干涉条纹较宽,C 项错;通过同一单缝衍射装置,蓝光的中央条纹较窄,D 项正确.12.1801年,托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质.1834年洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃利镜实验).如图为洛埃利镜实验的原理图,S 为单色光源,M 为平面镜,光源S 到平面镜的距离和到屏的垂直距离分别为a 和L ,光的波长为λ,在光屏上形成干涉条纹,则相邻的两条亮纹间距离Δx 为( C )A .L a λB .2L a λC .L 2a λD .3L aλ 解析:由于反射光线过像点,作出光路图,如图,S 和S ′相当双缝,则Δx =L d λ=L2a λ.13.下列所示的图片、示意图或实验装置图大都来源于课本,则下列判断错误的是( B )A .甲图是薄膜干涉的图样,照相机、望远镜的镜头镀的一层膜是薄膜干涉的应用B .乙图是小孔衍射的图样,也被称为“泊松亮斑”C .丙图是在平静无风的海面上出现的“蜃景”,上方是蜃景,下方是景物D .丁图是衍射图样,其最明显的特征是条纹间距不等解析:照相机、望远镜的镜头镀的一层膜是薄膜干涉的应用,A 项正确;乙图是小圆盘衍射的图样,不是小孔衍射的图样,B 项错误;海面上的下层空气的温度比上层低,则下层空气的密度比上层要大,故下层空气的折射率比上层空气的折射率要大,由于人眼认为光线是沿直线传播的,故上方是蜃景,下方是景物,C 项正确;衍射图样最明显的特征是条纹间距不等,D 项正确.14.登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射,尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射,否则将会严重地损伤视力,有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜.他选用的薄膜材料的折射率n =1.5,所要消除的紫外线的频率ν=8.1×1014 kHz ,那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是( C )A .9.25×10-10 m B .1.85×10-10 m C .1.24×10-10 m D .6.18×10-10m 解析:为了减少进入眼睛的紫外线,应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来形成的光叠加后加强,则光程差(大小等于薄膜厚度d 的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍,即2d =N λ′(N =1,2,…)因此,薄膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的12.紫外线在真空中的波长是λ=c ν=3.7×10-10 m ,在膜中的波长是λ′=λn =2.47×10-10 m ,故膜的厚度至少是1.24×10-10 m.15.如图所示,竖直墙上挂着一面时钟,地面上的静止的观察者A 观测到钟的面积为S ,另一观察者B 以0.8倍光速平行y 轴正方向运动,观测到钟的面积为S ′.则S 和S ′的大小关系是 A .(填写选项前的字母)A.S>S′B.S=S′C.S<S′D.无法判断16.如图所示,当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时,在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑.这是光的衍射(填“干涉”“衍射”或“直线传播”)现象,这一实验支持了光的波动说(填“波动说”“微粒说”或“光子说”).解析:当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时,在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑,亮斑的周围是明暗相间的环状衍射条纹,这就是泊松亮斑,是激光绕过不透光的圆盘发生衍射形成的.泊松最初做本实验的目的是推翻光的波动性,而实验结果却证明了光的波动性.。
第35讲 机械波[解密考纲]主要考查机械波的特点、分类、波的干涉和衍射的条件、多普勒效应、分析波的图象,以及波速、波长和频率的关系.1.下列物理现象:(1)在春天里一次闪电过后,有时雷声轰鸣不绝;(2)“闻其声而不见其人”;(3)学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音;(4)当正在鸣笛的火车向着我们疾驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高.分别属于波的( A )A .反射、衍射、干涉、多普勒效应B .折射、衍射、多普勒效应、干涉C .反射,折射、干涉、多普勒效应D .衍射、折射、干涉、多普勒效应解析:在春天里一次闪电过后,有时雷声轰鸣不绝,属于声波的反射,“闻其声而不见其人”属于声波的衍射;学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音属于声波的干涉,当正在鸣笛的火车向着我们疾驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高属于多普勒效应,正确选项是A .2.(2015·四川卷)平静湖面传播着一列水面波(横波),在波的传播方向上有相距 3 m 的甲、乙两小木块随波上下运动,测得两小木块每分钟都上下30次,甲在波谷时,乙在波峰,且两木块之间有一个波峰.这列水面波( C )A .频率是30 HzB .波长是3 mC .波速是1 m/sD .周期是0.1 s解析:由题意知T =6030 s =2 s ,f =1T =0.5 Hz ,A 、D 错误;32λ=3 m ,则λ=2 m ,B错误;由v =λT =22m/s =1 m/s ,所以C 正确.3.一列简谐横波沿直线传播,某时刻该列波上正好经过平衡位置的两质点相距 6 m ,且这两质点之间的波峰只有一个,则该简谐波可能的波长为( C )A .4 m 、6 m 和8 mB .6 m 、8 m 和12 mC .4 m 、6 m 和12 mD .4 m 、8 m 和12 m解析:根据题意,可能的波形有三种,如图所示:则λ12=6 m ,λ1=12 m ,λ2=6 m 32λ3=6 m ,λ3=4 m .因此选项C 正确. 4.(多选)一列简谐横波沿x 轴传播,a 、b 为x 轴上的两质点,平衡位置分别为x =0,x =x b (x b >0).a 点的振动规律如图所示.已知波速为v =10 m/s ,在t =0.1 s 时b 的位移为0.05 m ,则下列判断可能正确的是( BC )A .波沿x 轴正向传播,x b =0.5 mB .波沿x 轴正向传播,x b =1.5 mC .波沿x 轴负向传播,x b =0.5 mD .波沿x 轴负向传播,x b =1.5 m解析:由振动图象可知,振动周期T =0.2 s ,所以λ=vT =10×0.2 m=2 m ;由题意可知在t =0.1 s 时,a 向上振动,b 在最大位移处,这时如果波沿x 轴正向传播,根据“同侧法”,a 、b 之间的距离为⎝ ⎛⎭⎪⎫n +34λ(n =0,1,2,3,…),所以x b =⎝ ⎛⎭⎪⎫n +34λ=(2n +1.5)m(n=0,1,2,3,…);这时如果波沿x 轴负向传播,根据“同侧法”,a 、b 之间的距离为⎝ ⎛⎭⎪⎫n +14λ(n =0,1,2,3,…),所以x b =⎝ ⎛⎭⎪⎫n +14λ=(2n +0.5) m(n =0,1,2,3,…).B 、C 正确. 5.(多选)(2017·江苏启东模拟)一列简谐横波沿直线传播,该直线上平衡位置相距9 m 的a 、b 两质点的振动图象如图甲所示,下列描述该波的图象可能正确的是( AC )解析:由振动图象可知,在t =0时,质点a 处在波峰位置,质点b 处在平衡位置且向下运动,若简谐横波沿直线由b 向a 传播,有34λ+n λ=9 m ,解得波长的表达式:λ=364n +3m(n =0,1,2,3,4,…),其波长可能值为12 m,5.14 m ,…,选项C 正确;若简谐横波沿直线由a 向b 传播,有14λ+n λ=9 m ,解得波长的表达式:λ=364n +1m(n =0,1,2,3,4,…),其波长可能值为36 m,7.2 m,4 m ,…,选项A 正确.6.介质中坐标原点O 处的波源在t =0时刻开始振动,产生的简谐波沿x 轴正向传播,t 0时刻传到L 处,波形如图所示.下列能描述x 0处质点振动的图象是( C )解析:由波动图象知,L 处质点的振动方向沿y 轴负方向,故x 0处质点起振方向沿y 轴负方向,A 、B 两项错误;又由波动图象知,t 0时刻x 0处质点沿y 轴负方向运动,C 项正确,D 项错误.7.一列简谐横波沿x 轴正方向传播,某一时刻的波形图如图所示,此时质点P 、S 跟质点Q 、R 的振动位移大小相等、方向相反.由图可知,在此后的任一时刻( D )A .质点P 和S 的振动加速度大小和方向总相同B .质点P 和Q 的振动位移大小总相同、方向总相反C .质点P 和S 的振动速度大小和方向总相同D .质点P 和R 的振动加速度大小总相同、方向总相反解析:由波动图象可得,P 、R 两点相隔半个波长,所以在振动过程中的位移、加速度总是大小相等、方向相反,故只有D 项对.8.如图甲所示,一列机械横波沿ab 直线向右传播,已知a 、b 两点间的距离为1 m ,a 、b 两点的振动情况如图乙所示,下列说法中正确的是 ( C )A .波速可能是116 m/sB .波速可能大于1 m/sC .波长可能是411mD .波长可能大于4 m解析:由振动图象可知,T =4 s ,由题意结合a 、b 两点的振动情况可得,(34+n )λ=1m ,解得,λ=44n +3 m(n =0,1,2,…),选项C 正确,D 错误;波速可能值是v =λT =14n +3m/s(n =0,1,2,…),选项A 、B 错误.9.如图所示,一束激光频率为ν0,传播方向正对卫星飞行方向,已知真空中光速为c ,卫星速度为u ,则卫星上观测到激光的传播速度为__c __,卫星接收到激光的频率ν大于(填“大于”“等于”或“小于”)ν0.解析:由光速不变原理可知,卫星上观测到激光的传播速度是c .由多普勒效应可知,卫星与激光靠近时,卫星接收到激光的频率ν大于ν0.10.一列简谐横波在t =0时刻的波形图如图所示,波速的大小是1 m/s ,此时x =1 m 处的质点振动方向沿+y 方向,则波的传播方向为+x (填“+x ”或“-x ”)方向;x =0处的质点在8 s 内运动的路程是0.8_m.解析:根据“上坡下坡”法或“波形微平移”法可得出波沿+x 轴方向传播;由图可知波长λ=2 m ,根据T =λv =21 s =2 s ,x =0处的质点在8 s 内运动的路程为s =n ·4A =82×4×5 cm=80 cm =0.8 m.11.空间中有相距1 m 的两质点a 、b ,当a 处于波峰时,b 质点恰处于平衡位置且向上振动,已知振动周期为2 s ,求该波的波速.解析:当波向右传播时,由波的传播方向和质点的振动方向可知,a 、b 之间平衡位置的距离最少相差14λ,如图①所示,则有Δx =1=n λ+14λ,λ=44n +1m(n =0,1,2,…),v =λT =24n +1m/s(n =0,1,2…),同理当波向左传播时,Δx =n λ+34λ,v =24n +3m/s(n =0,1,2…). 答案: 24n +1 m/s 或24n +3m/s12.如图所示实线是一列简谐横波在t 1=0时刻的波形,虚线是这列波在t 2=0.5 s 时刻的波形,这列波的周期T 符合:3T <t 2-t 1<4T ,问:(1)若波速向右,波速多大? (2)若波速向左,波速多大?(3)若波速大小为74 m/s ,波速方向如何? 解析:(1)波向右传播时,传播距离Δx 满足 Δx =k λ+38λ(k =0,1,2,3…)由Δt =Δxv知传播时间满足Δt =kT +38(k =0,1,2,3…)由于3T <t 2-t 1<4T 因此k 取3 故Δt =3T +38T由波形图知λ=8 m 波速v =λT解得v =54 m/s(2)波向左传播时,传播距离Δx 满足 Δx =k λ+58λ(k =0 ,1, 2,3…)传播时间满足Δt =kT +58T (k =0,1,2,3…)由3T <t 2-t 1<4T 可知k 取3 故Δt =3T +58T波速v =λT解得v =58 m/s(3)波速大小为74 m/s 时,波在Δt 时间内传播的距离为 Δx =v Δt =74×0.5 m=37 m =(4λ+5)m 所以波向左传播答案: (1)54 m/s (2)58 m/s (3)波向左传播。
(教师用书独具)(时间:50分钟 满分:100分)一、选择题(本题共12小题,每小题5分,共60分,每小题至少有一个选项正确,选对但选不全得3分,有错选或不答的得0分)1.(2012·开封模拟)下列说法正确的是( )A .X 射线的频率比无线电波的频率高B .做简谐运动的单摆摆长增大为原来的2倍,其周期也增大为原来的2倍C .根据狭义相对论,地面上的人看到高速运行的列车比静止时变短且矮D .用同一装置观察光的双缝干涉现象,蓝光的相邻条纹间距比红光的小解析:选AD 在电磁波谱中,无线电波的波长最长,X 射线的波长较短,故X 射线的频率比无线电波的频率高,A 正确;由单摆周期公式可知,做简谐运动的单摆摆长增大为原来的2倍,其周期增大为原来的2倍,B 错误;根据狭义相对论,地面上的人看到高速运行的列车比静止时变短但高度不变,C 错误;由于蓝光波长比红光短,由双缝干涉条纹间距公式可知,用同一装置进行双缝干涉实验,蓝光的相邻条纹间距比红光的小,D 正确。
2.(2012·苏州调研)图1中关于机械振动和机械波的说法正确的是( )图1A .粗糙斜面上的金属球M 在弹簧的作用下运动,该运动是简谐运动B .单摆的摆长为l ,摆球的质量为m 、位移为x ,此时回复力为F =-mg lx C .质点A 、C 之间的距离就是简谐波的一个波长D .实线为某时刻的波形图,此时质点M 向下运动,经极短时间后波形图如虚线所示 解析:选BD 若斜面光滑,小球在斜面上的运动满足F =-kx ,小球的运动是简谐运动,但斜面有摩擦力且方向发生变化,此时小球的运动不满足F =-kx ,所以选项A 错误;由单摆的特点知B 正确;质点A 、C 之间的距离是简谐波的半个波长,选项C 错误;由波的传播特点知D 正确。
3.(2012·厦门质检)一列简谐横波以1 m/s 的速度沿绳子由A 向B 传播,质点A 、B 间的水平距离x =3 m ,如图2甲所示。
若t =0时波刚传到质点A ,且A 从平衡位置开始向上振动,其振动图象如图乙所示,则B 点的振动图象为图3中的( )图2图3解析:选B 介质中各质点的起振方向和波源的起振方向一致,即从平衡位置向上振动,且B 点的起振时间要落后于A 点,选项A 、C 、D 错误,B 正确。
4.(2012·泉州质检)如图4所示,a 、b 两种单色光沿不同方向射向玻璃三棱镜,经三棱镜折射后沿同一方向射出,下列说法中正确的是( )图4A .在玻璃中,a 光传播速度较大B .若a 为绿光,则b 可能为黄光C .光从玻璃射向空气时,a 光发生全反射的临界角较小D .若用同一干涉装置做实验,则a 光的干涉条纹间距较小解析:选A a 、b 光由玻璃射向空气时,折射角相同,由折射定律可知,入射光入射角越大,该光对应的折射率越小,故a 光在玻璃中的折射率小于b 光在玻璃中的折射率,即n a <n b ,又因为光在介质中的速度v =c n,故v a >v b ,选项A 正确;红橙黄绿蓝靛紫七种单色光在同一介质中的折射率依次增大,若a 为绿光,则b 可能为蓝光、靛光或紫光,选项B 错误;由全反射的规律知n =1sin C,因为n a <n b ,所以光从玻璃射向空气时,b 光发生全反射的临界角较小,选项C 错误;干涉条纹的间距Δx =l dλ,光的频率越高,折射率越大,又由λ=c f可知λa >λb ,用同一干涉装置做实验时l 、d 相同,故此时a 光的干涉条纹间距较大,选项D 错误。
5.(2012·河南适应性测试)下列说法中正确的是( )A.波的图象表示介质中“某个质点”和“各个时刻”的位移B.光的偏振现象说明光是横波C.均匀变化的磁场产生均匀变化的电场,均匀变化的电场产生均匀变化的磁场D.狭义相对论认为,在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的,真空中的光速都是相同的解析:选BD波的图象表示介质中“所有质点”在“某一时刻”的位移,A错误;光的偏振现象说明光是横波,B正确;由麦克斯韦电磁场理论可知均匀变化的磁场产生恒定的电场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,C错误;根据狭义相对论的内容,D正确。
6.图5是杨氏双缝干涉实验示意图,其中S1、S2为双缝,D为光屏,实验中观察到屏上O点为中央亮纹的中心,P1为第一级亮纹的中心,若将双缝间的距离变小,其他条件不变,则()图5A.屏上的干涉条纹的间距将变大B.屏上的O点可能出现暗条纹C.屏上P1位置仍然可能为亮条纹的中心D.屏上P1位置可能为暗条纹的中心解析:选AD干涉条纹间距Δx=ldλ,d为双缝间距,d减小,Δx变大,A正确;O点到双缝的路程差为零,所以O点始终是亮纹,B错误;P1到双缝的路程差小于一个波长,有可能是暗条纹,C错误,D正确。
7. (2012·宝鸡质检)一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上,穿过玻璃后从下表面射出,变为a、b两束平行单色光,如图6所示。
对于两束单色光,下列说法正确的是()图6A.a光在玻璃中的折射率比b光在玻璃中的折射率大B.a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长C.用同样装置做光的双缝干涉实验,a光比b光得到的干涉条纹间距大D.若逐渐减小复色光与平板玻璃上表面的夹角,b光先从玻璃下表面消失解析:选AB相同入射角,a光的折射角小于b光的折射角,故a光在玻璃中的折射率比b光在玻璃中的折射率大,A正确;a光的频率大于b光的频率,所以a光在真空中的波长小于b 光在真空中的波长,B 正确;由光的双缝干涉实验条纹间距公式可知,a 光比b 光得到的条纹间距小,C 错误;光射到置于空气中的平板玻璃上,出射光线与入射光线平行,若逐渐减小复色光与平板玻璃上表面的夹角,b 光不会从玻璃下表面消失,D 错误。
8.(2012·黑龙江质检)一列简谐横波沿x 轴正方向传播,在x =0与x =2 m 的两质点振动图线分别如图7中实线与虚线所示,由此可得出( )图7A .该波的波长可能是4 mB .该波的周期是5 sC .波的传播速度可能是2 m/sD .在t =2 s 时刻,x =2 m 处的质点正向上运动解析:选C x =2 m 处质点比x =0处质点振动晚⎝⎛⎭⎫14+n 个周期,所以有⎝⎛⎭⎫n +14λ=2 m ,波长可能为8 m,1.6 m ,…,故A 错;由图象知波的周期为4 s ,B 错;λ=84n +1m(n =0,1,2…),所以波速v =24n +1m/s(n =0,1,2…),n =0时,v =2 m/s ,C 正确;t =2 s 时,x =2 m 处质点向下振动,D 错。
9.下列声学现象属于多普勒效应的是( )A .有经验的战士可以根据炮弹飞行时的尖叫声判断飞行的炮弹是接近还是远离他B .敲响一只音叉,另一只与其相隔不远的音叉也能发出声音C .敲响一只音叉,在其周围某些区域声音较强,某些区域声音较弱D .屋子外的人虽然看不到屋内的人,但却能听到屋内人的谈笑声解析:选A 炮弹飞行时战士听到的频率变化的尖叫声属于多普勒效应,选项A 正确;敲响一只音叉,另一只与其相隔不远的音叉由于共振也能发出声音,选项B 错误;敲响一只音叉,由于干涉,在其周围某些区域声音较强,某些区域声音较弱,选项C 错误;屋子外的人虽然看不到屋内的人,但却能听到屋内人的谈笑声属于衍射现象,选项D 错误。
10.下列说法中正确的是( )A .人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射B .麦克斯韦预言并用实验证实了电磁波的存在C .离开地球的高速火箭里的人认为地球上人的寿命变长了D .单摆在周期性外力作用下做受迫振动,其振动周期与单摆的摆长有关解析:选AC 缝越窄(或障碍物的尺寸越小),波长越长,衍射现象越明显,与超声波相比,可听见的声波的频率更小,波长更长(因为波速相同),更容易发生衍射现象,故A 正确;麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹用实验证实了电磁波的存在,B 错误;选取火箭为参考系,地球在高速运行,所以火箭里的人会感觉地球上的时间变慢了,即认为地球上人的寿命变长了,C 正确;单摆做受迫振动的频率或周期由驱动力的频率或周期决定,与摆长无关,D 错误。
11.一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角θ射入,穿过玻璃砖自下表面射出。
已知该玻璃对红光的折射率为1.5。
设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为t 1和t 2,则在θ从0°逐渐增大至90°的过程中( )A .t 1始终大于t 2B .t 1始终小于t 2C .t 1先大于后小于t 2D .t 1先小于后大于t 2 解析:选B 假设玻璃砖的厚度为d ,光线在玻璃砖中的折射角θ′,由折射定律可得n =sin θsin θ′,光线在玻璃砖中的传播速度v =c n ,光线在玻璃砖中的传播距离L =d cos θ′,可知光线穿过玻璃砖所用的时间t =L v =nd c ·cos θ′=d ·sin θc ·cos θ′·sin θ′=2d sin θc ·sin 2θ′。
因为红光的折射率小于蓝光的折射率,所以红光的折射角大于蓝光的折射角。
由题意知n 红=1.5,可知红光的折射角小于45°,两种光线在θ从0°逐渐增大到90°的过程中,折射角θ′的2倍都小于90°,因此sin 2θ′也会随着θ的增大而增大,且红光的折射角大于蓝光的。
所以,整个过程中红光所用的时间始终小于蓝光所用的时间,故选B 。
12.如图8甲所示,一列机械横波沿ab 直线向右传播,已知a 、b 两点间的距离为1 m ,a 、b 两点的振动情况如图乙所示,下列说法中正确的是( )图8A .波速可能是116m/s B .波速可能大于1 m/s C .波长可能是411m D .波长可能大于4 m 解析:选C 由振动图象可知,T =4 s ,由题意结合a 、b 两点的振动情况可得,⎝⎛⎭⎫34+n λ=1 m ,解得,λ=44n +3m ,选项C 正确,而D 错误;波速可能值是v =λT =14n +3 m/s ,选项A 、B 错误。
二、非选择题(本题共4小题,共40分,按题目要求作答,解答题应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤,有数值计算的要注明单位)13.(12分)在用单摆测定重力加速度实验中,单摆的摆角θ应________,从摆球经过________开始计时,测出n 次全振动的时间为t ,用毫米刻度尺测出摆线长为L ,用游标尺测出摆球的直径为d 。
(1)用上述数据的符号写出测重力加速度的一般表达式为g =__________。