18版高考物理二轮复习第1部分专题整合突破专题限时集训16振动和波动光及光的本性

1 专题限时集训(十六) 振动和波动 光及光的本性

(对应学生用书第147页)

(限时：40分钟)

一、选择题(本题共8小题，每小题5分，共40分．每小题的五个选项中有三个选项符合题目要求，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错一个扣3分，最低得分为0分．)

1．(2017·沈阳模拟)如图16­13是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况，以波源S1、S2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰(实线)和波谷(虚线)，S1的振幅A1＝3 cm，S2的振幅A2＝2 cm，则下列说法正确的是(

)

图16­13

A．质点D是振动减弱点

B．质点A、D在该时刻的高度差为10 cm

C．再过半个周期，质点A、C是振动加强点

D．质点C的振幅为1 cm

E．质点C此刻以后将向下振动

BDE [两个波源的振动步调一致，图中A、D到两个波源路程差为零，是振动加强点，而B、C是波峰与波谷相遇，是振动减弱点，故A错误；图示时刻，质点A的位移为＋3 cm＋2 cm＝＋5 cm，质点D的位移为－3 cm－2 cm＝－5 cm，故质点A、D在该时刻的高度差为10 cm，故B正确；振动的干涉图象是稳定的，A、D一直是振动加强点，而B、C一直是振动减弱点，故C错误；质点C是振动减弱点，振幅为3 cm－2 cm＝1 cm，故D正确；质点C是振动减弱点，此刻在上方最大位移处，故质点C此刻以后将向下振动，故E正确．]

2．如图16­14所示，a、b、c、d是均匀媒质中x轴上的四个质点，相邻两点的间距依次为2 m、4 m和6 m．一列简谐横波以2 m/s的波速沿x轴正向传播，在t＝0时刻到达质点a处，质点a由平衡位置开始竖直向下运动，t＝3 s时a第一次到达最高点．下列说法正确的是(

)

图16­14

A．在t＝6 s时刻波恰好传到质点d处

B．在t＝5 s时刻质点c恰好到达最高点

C．质点b开始振动后，其振动周期为4 s 2 D．在4 s

E．当质点d向下运动时，质点b一定向上运动

ACD [由波的传播知t＝6 s时波传播的距离s＝vt＝2×6 m＝12 m，即传到d点，选项A正确；t＝0时a由平衡位置开始向下振动，t＝3 s时第一次到达最高点，则34T＝3 s，得T＝4 s，各质点振动周期相同，选项C正确；波传到c点所需时间t＝sv＝62 s＝3 s，此时c点由平衡位置开始向下振动，1 s后到达最低点，所以4 s

3．(2017·高三第二次大联考(新课标卷Ⅰ))有关电磁波与振动和波的知识，下列说法正确的是( )

A．日光灯是紫外线的荧光效应的应用

B．单摆在做受迫振动时，它的周期等于单摆的固有周期

C．机械波从一种介质进入另一种介质后，它的频率保持不变

D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在

E．弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变

ACE [日光灯应用了紫外线的荧光效应，选项A正确；当单摆做受迫振动时，它振动的周期等于驱动力的周期，不一定等于它的固有周期，选项B错误；机械波从一种介质进入另一种介质，频率不变，选项C正确；麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，选项D错误；弹簧振子做简谐振动时，只有动能和势能参与转化，根据机械能守恒条件可知，振动系统的势能与动能之和保持不变，选项E正确．]

4.如图16­15所示，两束单色光a、b从水下射向A点后，光线经折射合成一束光c，则下列说法中正确的是(

)

图16­15

A．用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距 3 B．用a、b光分别做单缝衍射实验时，它们的衍射条纹宽度都是均匀的

C．在水中a光的速度比b光的速度小

D．a光在水中的临界角大于b光在水中的临界角

E．a光的频率小于b光的频率

ADE [由题图可判断a光的折射率小、频率小、波长长，因此同一装置下的干涉条纹间距大，故A、E正确．衍射条纹都是不均匀的，故B错误．由v＝cn知，a光在水中的传播速度大，故C错误．由sin C＝1n知，a光在水中的临界角大，故D正确．]

5．[2017·高三第一次大联考(新课标卷Ⅱ)]一列简谐横波在某时刻的波形如图16­16所示，此时刻质点P的速度为v，经过1 s后它的速度大小、方向第一次与v相同，再经过0.2

s它的速度大小、方向第二次与v相同，则下列判断正确的是( )

【导学号：19624183】

图16­16

A．波沿x轴负方向传播，且周期为1.2 s

B．波沿x轴正方向传播，且波速为10 m/s

C．质点M与质点Q的位移大小总是相等，方向总是相反

D．若某时刻N质点速度为零，则Q质点一定速度为零

E．从图示位置开始计时，在3 s时刻，质点M偏离平衡位置的位移y＝－10 cm

ADE [根据图示时刻质点P的速度为v，经过1 s它的速度大小、方向第一次与v相同，质点P运动到关于平衡位置对称的位置，再经过0.2 s它的速度大小、方向第二次与v相同时，回到原来位置，完成一次全振动，则P振动的周期T＝1.2 s，根据回到对称点时间长，从对称点回到原来位置时间短可判断初始P点在向下振动，据此判断波的传播方向向左，选项A对，B错．MQ之间的距离不是λ2的奇数倍，不属于反相点，故振动步调不总是相反，C错误．NQ之间的距离为λ2，为反相点，若某时刻N质点速度为零，Q质点一定速度为零，D正确．从图示位置开始计时，在3 s时刻即经过了52T，根据对称性可得质点M在y＝－10 cm处，E正确．]

6．如图16­17甲为一列简谐横波在t＝0.10 s时刻的波形图，P是平衡位置在x＝1.0 m处4 的质点，Q是平衡位置在x＝4.0 m处的质点；图乙为质点Q的振动图象．下列说法正确的是(

)

甲 乙

图16­17

A．在t＝0.10 s时，质点Q向y轴正方向运动

B．在t＝0.25 s时，质点P的加速度方向与y轴正方向相同

C．从t＝0.10 s到t＝0.25 s，该波沿x轴负方向传播了6 m

D．从t＝0.10 s到t＝0.25 s，质点P通过的路程为30 cm

E．质点Q简谐运动的表达式为y＝0.10sin 10πt(国际单位制)

BCE [由y­t图象可知，t＝0.10 s时质点Q沿y轴负方向运动，选项A错误；由y­t图象可知，波的振动周期T＝0.2 s，由y­x图象可知λ＝8 m，故波速v＝λT＝40 m/s，根据振动与波动的关系知波沿x轴负方向传播，则波在0.10 s到0.25 s内传播的距离Δx＝vΔt＝6 m，选项C正确；Δt＝0.25 s－0.10 s＝0.15 s＝34T,0.25 s时质点P的位移沿y轴负方向，而回复力、加速度方向沿y轴正方向，选项B正确；质点P在其中的12T内路程为20 cm，在剩下的14T内包含了质点P通过最大位移的位置，故其路程小于10 cm，因此在Δt＝0.15 s内质点P通过的路程小于30 cm，选项D错误；由y­t图象可知质点Q做简谐运动的表达式为y＝0.10sin2π0.2t(m)＝0.10sin

10πt(m)，选项E正确．]

7．光纤是现代通信普遍使用的信息传递媒介，现有一根圆柱形光纤，光信号从光纤一端的中心进入，并且沿任意方向进入的光信号都能传递到另一端．下列说法正确的有( )

【导学号：19624184】

图16­18

A．光从空气进入光纤时传播速度变小

B．光导纤维利用了光的偏振原理

C．光导纤维利用了光的全反射原理

D．光纤材料的折射率可能为1.2 5 E．光纤材料的折射率可能为2

ACE [光从空气进入光纤时传播速度变小，A正确；光导纤维利用了光的全反射原理，B错误，C正确；设光的入射角为i，折射角为r，根据折射定律得sin isin r＝n，当入射角i趋于90°时，折射角r最大，此时光在内侧面的入射角最小，只要能保证此时光在侧面恰好发生全反射，即能保证所有入射光都能发生全反射，即sin(90°－r)＝1n，联立可得n＝2，只要折射率大于或等于2就能使所有的光都能发生全反射，E正确，D错误．]

8．(2017·泉州模拟)一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝0时刻的波形如图16­19中实线所示，t＝0.1 s时刻的波形如图中虚线所示．波源不在坐标原点O，P是传播介质中离坐标原点xP＝2.5 m处的一个质点．则以下说法正确的是(

)

图16­19

A．质点P的振幅为0.1 m

B．波的频率可能为7.5 Hz

C．波的传播速度可能为50 m/s

D．在t＝0.1 s时刻与P相距5 m处的质点一定沿x轴正方向运动

E．在t＝0.1 s时刻与P相距5 m处的质点可能是向上振动，也可能是向下振动

ACE [质点P的振幅即波的振幅，为0.1 m，故A正确．

波沿x轴正方向传播，则Δt＝nT＋14T，周期为T＝0.44n＋1 s，频率为f＝1T＝20n＋52 Hz，(n＝0,1,2,3…)，所以波的频率可能为2.5 Hz,12.5 Hz，不可能为7.5 Hz，故B错误．波速为v＝λf＝4×20n＋52 m/s＝(40n＋10) m/s，所以当n＝1时，v＝50 m/s，故C正确．在t＝0.1 s时刻与P相距5 m处的质点只能上下振动，不可能沿x轴正方向运动，故D错误．由于波传播的周期性，波沿x轴正方向传播，在t＝0.1 s时刻与P相隔5 m处的质点与P点相距1 m的质点振动情况完全相同，即距原点为3.5

m或1.5 m的质点的振动情况相同；据虚线波形图和波向右传播可知，3.5 m的质点沿y轴正方向，即与P相距5 m处的质点也一定向上振动；1.5 m的质点沿y轴负方向，即与P相距5 m处的质点也一定向下振动，故E正确．]

二、计算题(本题共4小题，每小题10分，共40分．) 6 9．(10分)(2017·武汉华中师大一附中模拟)一列简谐横波沿直线传播，在传播方向上有P、Q两个质点，它们相距为0.8 m，当t＝0时，P、Q两点的位移恰好是正向最大位移，且P、Q间只有一个波谷，t＝0.6 s末时，P、Q两点正好都处在平衡位置，且P、Q两点间只有一个波峰和一个波谷，且波峰距Q点的距离第一次为λ4，试求：

(1)波由P传至Q，波的周期；

(2)波由Q传至P，波的速度；

(3)波由Q传至P，从t＝0时开始观察，哪些时刻P、Q间(P、Q除外)只有一个质点的位移大小等于振幅？

【导学号：19624185】

【解析】 (1)若波由P传到Q，由题结合波形得到，t＝n＋34T，得T＝4t4n＋3＝2.44n＋3

s(n＝0,1,2，…)．

(2)若波由Q传到P，由题结合波形得到，t＝n＋14T，得T＝2.44n＋1 s．又由题意知波长λ＝0.8 m，则波速v＝λT＝13(4n＋1) m/s(n＝0,1,2，…)．

(3)波形应每隔半个周期时，P、Q间(P、Q除外)只有一个波峰或波谷时，只有一个质点的位移等于振幅，则时间t＝n·T2＝1.2n s(n＝0,1,2,3，…)．

【答案】 (1)2.44n＋3 s，(n＝0,1,2，…)

(2)13(4n＋1) m/s，(n＝0,1,2，…)