2020届高考物理总复习第十七单元选修34模块单元滚动检测教师用书含解析
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选修3-4模块单元滚动检测 选修3-4模块由“机械振动与机械波”“电磁振荡与电磁波”“几何光学”“相对论”等四个知识板块构成,考纲要求考查的有18个知识点和3个实验,其中重点考查的Ⅱ级考点有3个,分别是“简谐运动的公式和图象”“横波的图象”以及“光的折射定律”。
近几年高考基本上采用固定形式考查该部分知识,一个多选题(或填空题),一个计算题,共计15分,选择题往往综合性比较强,但难度较低,计算题考查的内容基本上是在“机械振动与机械波”“几何光学”两部分轮换,难度中等。
预计2020年高考对选修3-4的考查仍然将以“机械振动与机械波图象”和“光的折射定律”为主,考查热点可能有:(1)振动图象与波动图象综合问题;(2)利用折射定律及几何知识计算折射率;(3)波速、频率、波长之间的关系计算;(4)麦克斯韦电磁场理论,相对论的两个基本假设;(5)用单摆测量重力加速度;(6)用双缝干涉测量光的波长。
要特别关注对简谐运动、机械波的周期性与多解性的考查,以及折射定律结合全反射的考查。
1.(2017江西重点学校联考)(1)(多选)绳波是一种简单的横波,如图甲,一根水平张紧的弹性长绳上有等间距的E、F、O、G、H五个质点,相邻两质点间距离均为1 m。
t=0时刻,O点从平衡位置开始沿y轴正方向振动,并产生分别向左、向右传播的波,O点振动图象如图乙所示,当O点第一次达到正方向最大位移时,G点刚开始振动,则( )。
A.这列波的周期为4 sB.O点振动0.5 s后,G点和F点开始振动C.当E点第一次达到正向最大位移时,O点通过的路程为21 cmD.当t=15 s时,H点振动的速度最小,加速度最大E.若O质点振动的周期减为1 s,则沿绳传播的波速增大为4 m/s丙(2)如图丙所示,AB 为竖直放置的平面镜,一束光线与镜面成30°角射到平面镜上,反射后在与平面镜平行的光屏上留下一光点P 。
现在将一块玻璃砖(虚线所示)贴在平面镜上,则进入玻璃砖的光线经平面镜反射后再从玻璃砖左表面射出,打在光屏上的P'点,P'在P 的正下方3.0 cm 的位置。
已知光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s,玻璃砖对光的折射率为,求玻璃砖的厚度d 和光在玻璃砖中传播的时间t 。
3【解析】(1)根据“当O 点第一次达到正方向最大位移时,G 点刚开始振动”,可得OG 长度是四分之一个波长,这列波的周期为4 s,A 项正确;O 点振动0.5 s 后,波还没有传播到G 点、H 点,B 项错误;当E 点第一次达到正向最大位移时,O 点振动了四分之三个周期,运动的路程为3个振幅,大小为21 cm,C 项正确;当t=15 s 时,H 点已振动13 s =3T , 处于波峰位置,振动的速度最小,加速度最大,D 项正确;波速是由介质决定的,不会14因周期的改变而改变,E 项错误。
丁(2)光路图如图丁所示。
由=n 得θ2=30°,由题意及光路图得Δs=2d tan θ1-2d tan θ2,代入数sin θ1sin θ2值解得d=cm,光在玻璃砖里传播的速度v=,光在玻璃砖里传播的路程s=,所以光在玻璃砖里运动的334c n 2dcos θ2时间t=, 解得t=×10-10 s 。
s v 3【答案】(1)ACD (2) cm ×10-10 s33432.(2019山东烟台二中模拟)(1)(多选)《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献,书中对彩虹作了如下描述:“虹乃雨中日影也,日照雨则有之。
”图甲是彩虹成因的简化示意图,设水滴是球形的,图中的圆代表水滴过球心的截面,入射光线在过此截面的平面内,a 、b 是两种不同频率的单色光。
下列说法正确的是( )。
A.雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹B.水滴对a 光的临界角大于对b 光的临界角C.在水滴中,a 光的传播速度大于b 光的传播速度D.在水滴中,a 光的波长小于b 光的波长E.a 、b 光分别通过同一双缝干涉装置,a 光的相邻亮条纹间距较小甲(2)有两列简谐横波a 、b 在同一介质中分别沿x 轴正方向和负方向传播。
两列波在t=0时刻的波形曲线如图乙所示,已知a 波的周期T a =1 s 。
乙①求两列波的传播速度。
②从t=0时刻开始,最短经过多长时间x=1.0 m 的质点偏离平衡位置的位移为0.16 m?丙【解析】雨后彩虹是由太阳光入射到水滴中发生折射时,不同色光偏折程度不同而形成的,即发生色散形成的,A 项正确;画出光路图如图丙所示,分析可知,第一次折射时,b 光的折射角较大,而入射角相等,根据折射率公式n=可知,b 光的折射率较小,由sin C=可得,水滴对a 光的临界角小于对b 光的临界角,B 项错误;sinisinr 1n 由公式v=可知,在水滴中,a 光的传播速度小于b 光的传播速度,C 项错误;a 光的折射率大于b 光的折射率,c n 则a 光的频率大于b 光的频率,a 光的波长小于b 光的波长,D 项正确;干涉条纹的间距与波长成正比,则a 光的相邻亮条纹间距较小,E 项正确。
(2)①由图乙可知a 、b 两列波的波长分别为λa =2.5 m,λb =4.0 m 两列波在同种介质中的传播速度相同,有v==2.5 m/s 。
λaT a ②a 波的波峰传播到x=1.0 m 的质点经历的时间t a ==Δx a v1+m λa vb 波的波峰传播到x=1.0 m 的质点经历的时间t b ==Δx b v1.5+n λbv又t a =t b =t联立解得5m-8n=1(式中m 、n 均为正整数)分析可知,当m=5、n=3时,x=1.0 m 处的质点偏离平衡位置的位移为0.16 m 时经过时间最短将m=5代入t=1+m λav解得t=5.4 s 。
【答案】(1)ADE (2)①2.5 m/s ②5.4 s3.(2019河南信阳模拟)(1)(多选)在坐标原点的波源产生一列沿x 轴正方向传播的简谐横波,波速v=200 m/s,已知t=0时刻,波刚好传播到x=40 m 处,如图甲所示。
在x=400 m 处有一接收器(图中未画出),则下列说法正确的是( )。
甲A.波源开始振动时方向沿y 轴负方向B.从t=0开始经0.15 s,x=40 m 的质点运动的路程为0.6 mC.接收器在t=2 s 时才能接收到此波D.若波源向x 轴正方向运动,接收器收到波的频率可能为9 HzE.若该波与另一列频率为5 Hz 沿x 轴负方向传播的简谐横波相遇,不能产生稳定的干涉图样乙(2)如图乙所示,真空中两束细平行单色光a 和b 从一透明半球的左侧以相同速率沿半球的平面方向向右移动,光始终与透明半球的平面垂直。
当b 光移动到某一位置时,两束光都恰好从透明半球的左侧球面射出(不考虑光在透明介质中的多次反射后再射出球面)。
此时a 和b 都停止移动,在与透明半球的平面平行的足够大的光屏M 上形成两个小光点,已知透明半球的半径为R ,对单色光a 和b 的折射率分别为n 1=和n 2=2,光屏M 到233透明半球的平面的距离L=R ,不考虑光的干涉和衍射,真空中光速为c ,求:(12+32)①两束细单色光a 和b 的距离d 。
②两束光从透明半球的平面入射直至到达光屏传播的时间差Δt 。
【解析】波源S 开始振动时的方向与图示时刻x=40 m 处质点的振动方向相同,沿y 轴负方向,A 项正确;由图可读出波长λ=20 m,则该波的周期T==0.1 s,t=0.15 s =1.5T ,所以x=40 m 的质点在t=0.15 s 时经过λv 的路程为1.5×4A=1.5×0.4 m=0.6 m,B 项正确;波传到接收器所用的时间t==s=1.8 s,C 项错误;波s v 400-40200的频率为10 Hz,若波源向x 轴正方向运动,根据多普勒效应可知,接收器接收到波的频率应大于10 Hz,不可能为9 Hz,D 项错误;波的频率为10 Hz,若该波与另一列频率为5 Hz 沿x 轴负方向传播的简谐横波相遇,不能产生稳定的干涉图样,E 项正确。
(2)①由sin C=得,透明半球对a 光和b 光的临界角分别为60°和30°,画出光路如图丙所示1n丙A 、B 为两单色光在透明半球面的出射点,设折射光线在光屏上形成的光点为D 和C ,则AD 、BC 均沿切线方向。
由几何关系得d=R sin 60°-R sin 30°=R 。
3-12②a 光在透明介质中的速度v 1==ccn 132传播时间t 1==Rcos60°v 13R 3c 光屏M 到透明半球的平面的距离L=R(12+32)AF=L-R cos 60°=R32AD==RAFcos30°故a 光在真空中传播的时间t 1'==AD c Rc 则t a =t 1+t 1'=(3+3)R 3c同理,b 光在透明介质中的速度v 2==c n 2c2传播时间t 2==Rcos30°v 23R c 在真空中,由几何关系得BC=Rt 2'=Rc则t b =t 2+t 2'=(3+1)R c 故Δt=t b -t a =。
23R 3c【答案】(1)ABE (2)①R ②3-1223R3c4.(2018安徽皖南八校联考)(1)(多选)如图所示,两列简谐横波分别沿x 轴正方向和负方向传播,两波源分别位于x=-0.2 m 和x=1.2 m 处,两列波的速度均为v=0.4 m/s,两列波的振幅均为2 cm 。
图甲为t=0时刻两列波的图象(传播方向如图甲所示),此刻平衡位置处于x=0.2 m 和x=0.8 m 的P 、Q 两质点刚开始振动。
质点M 的平衡位置处于x=0.5 m 处,下列说法正确的是( )。
甲A .t=0.75 s 时刻,质点P 、Q 都运动到M 点B .质点M 的起振方向沿y 轴负方向C .t=2 s 时刻,质点M 的纵坐标为-2 cmD .0~2 s 这段时间内质点M 通过的路程为20 cmE .M 点振动后的振幅是4 cm(2)如图乙所示,厚度为D 的玻璃砖与水平实验桌面成45°角放置。
红色激光束平行于水平桌面射到玻璃砖的表面,在桌面上得到两个较亮的光点A 、B ,测得A 、B 间的距离为L 。
求玻璃砖对该红色激光的折射率。
乙【解析】(1)P 、Q 两质点在各自的平衡位置来回振动,不沿波的传播方向移动,故A 项错误;由同侧法可判断B 项正确;两列波叠加,M 点为振动加强点,振幅为4 cm,故E 项正确;波的周期为1 s,波传播到M 点的时间是0.75 s,当t=2 s 时,M 点振动的时间为1.25 s,是周期的倍,路程为5倍振幅,即20 cm,质点M 的纵坐标54为-4 cm,故C 项错误,D 项正确。