（山西專(zhuān)版）2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第四篇 選考題 熱點(diǎn)22 選修3-4精練（含解析）

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1、熱點(diǎn)22　選修3-4 熱考題型 　　1.機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波部分 　　從近三年的高考試題看,該考點(diǎn)多以選擇題、填空題形式出現(xiàn),但試題信息量大,一道題中考查多個(gè)概念、規(guī)律。對(duì)機(jī)械振動(dòng)的考查著重放在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征和振動(dòng)圖象上,同時(shí)也通過(guò)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律考查力學(xué)的相關(guān)知識(shí)。對(duì)機(jī)械波的考查重點(diǎn)在波的形成過(guò)程、傳播規(guī)律、波長(zhǎng)和波動(dòng)圖象及波的多解問(wèn)題上。(1)要將兩種圖象加以比較、區(qū)別及了解其之間的聯(lián)系。兩種圖象形式相似,但物理意義完全不同,只有深刻理解了它們的不同物理意義才可能對(duì)某些問(wèn)題作出正確的判斷。(2)熟練掌握波速、波長(zhǎng)、周期和頻率的關(guān)系。(3)培養(yǎng)理解能力、推理能力、分析綜合能力和周密思考問(wèn)題的

2、能力。 　　2.光學(xué)部分 　　分為光的傳播和光的波動(dòng)性以及光的粒子性三部分,高考對(duì)本部分的考查一般以選擇題的形式出現(xiàn),考查光線(xiàn)的方向的定性分析和定量計(jì)算問(wèn)題;同時(shí)幾何光學(xué)還常與力學(xué)中的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、萬(wàn)有引力定律等相結(jié)合命題,考查學(xué)生的綜合分析能力。(1)明確介質(zhì)折射率的大小關(guān)系,進(jìn)而明確光線(xiàn)的偏折方向。(2)當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),應(yīng)注意全反射臨界角條件的判定。(3)注意理解折射過(guò)程中的幾何關(guān)系,這往往是解決許多題目的關(guān)鍵。 題型一　振動(dòng)圖象與波動(dòng)圖象的考查 1.(多選)如圖甲為某一列沿x軸正向傳播的簡(jiǎn)諧橫波在t=1s時(shí)刻的波形圖,圖乙為參與波動(dòng)的某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖

3、像,則下列說(shuō)法正確的是(　　) A.該簡(jiǎn)諧橫波的傳播速度為4m/s B.從此時(shí)刻起,經(jīng)過(guò)2秒,P質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)了8米的路程 C.從此時(shí)刻起,P質(zhì)點(diǎn)比Q質(zhì)點(diǎn)先回到平衡位置 D.乙圖可能是甲圖x=2m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像 E.此時(shí)刻M質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度小于Q質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度 答案　ACD　由甲圖可得:λ=4m,由乙圖可得:T=1s,所以該簡(jiǎn)諧橫波的傳播速度為:v=λT=4m/s,故A正確;t=2s=2T,則從此時(shí)刻起,經(jīng)過(guò)2秒,P質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的路程為s=8A=8×0.2m=1.6m,故B錯(cuò)誤;簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正向傳播,此時(shí)刻Q質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng),而P質(zhì)點(diǎn)直接向下運(yùn)動(dòng),所以P質(zhì)點(diǎn)比Q質(zhì)點(diǎn)先回到平衡位置,故C正確

4、;由乙圖知t=0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移為0,振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向,與甲圖x=2m處t=0時(shí)刻的狀態(tài)相同,所以乙圖可能是甲圖x=2m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像,故D正確;質(zhì)點(diǎn)越靠近平衡位置速度越大,則此時(shí)刻M質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度大于Q質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度,故E錯(cuò)誤。 題型二　光的折射和全反射 2.如圖所示梯形玻璃磚ABCD,∠A=45°,∠B=105°,AB邊長(zhǎng)為L(zhǎng)。一束平行于AB邊的光線(xiàn)由AD邊入射,經(jīng)折射后在AB邊中點(diǎn)發(fā)生全反射,直接射到BC邊,且與BC邊成45°角射出玻璃磚。求: (1)玻璃磚的折射率; (2)光在玻璃磚內(nèi)傳播的時(shí)間。 答案　(1)2　(2)(3+1)L2c 解析　(1)光路如圖所示

5、 由幾何關(guān)系α+β=45° 105°+β+90°-α=180°,得α=30° 折射率:n=sin45°sinα 解得:n=2 (2)設(shè)光在玻璃磚中傳播兩段距離分別為x1和x2 由正弦定理有:L2sin(90°+α)=x1sin45° L2sin(90°-α)=x2sin105° 聯(lián)立得x1=66L,x2=6+3212L 又因?yàn)?n=cv,t=x1+x2v 聯(lián)立解得:t=(3+1)L2c 題型三　光的特性與機(jī)械波傳播的組合 3.(1)(多選)如圖,一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚,在玻璃磚底面上的入射角為θ,經(jīng)折射后射出a、b兩束光線(xiàn)。則(　　) A.在玻璃中

6、,a光的傳播速度小于b光的傳播速度 B.在真空中,a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng) C.玻璃磚對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率 D.若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大,則折射光線(xiàn)a首先消失 E.分別用a、b光在同一個(gè)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置上做實(shí)驗(yàn),a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距 (2)波源S的振動(dòng)圖像如圖甲所示,由此產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧波向右傳播,已知波上兩點(diǎn)S、P相距1.5m,如圖乙所示,波速v=6m/s,求: (ⅰ)作出t=0.25s時(shí)S、P間的波形圖; (ⅱ)在t=0到t=0.5s內(nèi),P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的路程。 答案　(1)ABD　(2)(ⅰ)圖見(jiàn)解析　(ⅱ)25cm 解析　(1)從光路圖

7、看,入射角相同,a光的折射角較大,所以玻璃磚對(duì)a光的折射率較大,a光的頻率較大,波長(zhǎng)較短,B正確,C不正確;根據(jù)n=cv知va

8、0.2×4A=5A=25cm 題型四　波的基礎(chǔ)知識(shí)與幾何光學(xué)的組合 4.(1)(多選)圖甲是一列簡(jiǎn)諧橫波在t=1.2s時(shí)刻的圖像,圖乙是波上A質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像,下列說(shuō)法正確的是　　　　。(填正確答案標(biāo)號(hào))? A.位于這列波右邊的人感覺(jué)這列波的頻率可能為0.6Hz B.這列波的波速是12.5m/s C.從t=1.2s開(kāi)始,質(zhì)點(diǎn)P比質(zhì)點(diǎn)Q晚0.4s回到平衡位置 D.從t=1.2s開(kāi)始,緊接著的0.6s時(shí)間內(nèi),A質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的路程是4m E.若該波在傳播過(guò)程中遇到一個(gè)尺寸為10m的障礙物,不能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象 (2)如圖所示,一束平行光由真空垂直射向半圓形玻璃磚左側(cè)面,該玻璃對(duì)光的折射

9、率為233,半圓形玻璃磚的半徑為R,光在真空中的速度為c。 ①求光在玻璃磚中的傳播速度; ②為使射向半圓形玻璃磚左側(cè)面的光不能從右側(cè)的圓弧面射出,可在右側(cè)的圓弧面貼上不透明的遮光紙,試求遮光紙的長(zhǎng)度。 答案　(1)ACD　(2)①32c?、?πR3 解析　(1)由振動(dòng)圖像可知,t=1.2s時(shí)A質(zhì)點(diǎn)沿y軸正方向振動(dòng),根據(jù)波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的關(guān)系,這列波沿x軸負(fù)方向傳播,根據(jù)多普勒效應(yīng),A正確;這列波的波速v=λT=201.2m/s=503m/s,B錯(cuò)誤;由y=Acos2πTt可求得Q質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)0.1s回到平衡位置,P質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)0.5s回到平衡位置,所以C正確;0.6s=T2,質(zhì)點(diǎn)

10、振動(dòng)的路程為s=2A=4m,選項(xiàng)D正確;發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物的尺寸與波的波長(zhǎng)差不多或比波的波長(zhǎng)小,所以E錯(cuò)誤。 (2)①由n=cv得光在玻璃磚中的傳播速度為v=cn=32c ②如圖所示,設(shè)光射到M點(diǎn)處恰好發(fā)生全反射,臨界角為C, 則 sinC=1n=32 得C=60° 在M與對(duì)稱(chēng)的N之間有光射出,故遮光紙的長(zhǎng)度就是MN之間的弧長(zhǎng)L=R×2π3=2πR3。 跟蹤集訓(xùn) 1.(1)(多選)如圖所示為某時(shí)刻的兩列簡(jiǎn)諧橫波在同一介質(zhì)中沿相同方向傳播的波形圖,此時(shí)a波上某質(zhì)點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)方向如圖所示,則下列說(shuō)法正確的是(　　) A.兩列波具有相同的波速 B.此時(shí)b波上的質(zhì)點(diǎn)

11、Q正向上運(yùn)動(dòng) C.一個(gè)周期內(nèi),Q質(zhì)點(diǎn)沿x軸前進(jìn)的距離是P質(zhì)點(diǎn)的1.5倍 D.在P質(zhì)點(diǎn)完成30次全振動(dòng)的時(shí)間內(nèi)Q質(zhì)點(diǎn)可完成20次全振動(dòng) E.a波和b波在空間相遇處會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣 (2)某工件由相同透明玻璃材料的三棱柱和14圓柱組成,其截面如圖,該玻璃材料的折射率為n=2。ABC為直角三角形,∠ABC=30°,CDE為14圓,半徑為R,CE貼緊AC。一束單色平行光沿著截面從AB邊射入工件后垂直CE進(jìn)入14圓。 (ⅰ)求該平行光進(jìn)入AB界面時(shí)的入射角θ。 (ⅱ)若要使到達(dá)CD面的光線(xiàn)都能從CD面直接折射出來(lái),該14圓至少要沿AC方向向上移動(dòng)多大距離。 答案　(1)ABD　(2

12、)(ⅰ)45°　(ⅱ)2-22R 解析　(1)機(jī)械波的傳播速度由介質(zhì)決定,故波速相同,A項(xiàng)正確;由質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)方向可知,波沿x軸負(fù)方向傳播,故質(zhì)點(diǎn)Q正向上運(yùn)動(dòng),B項(xiàng)正確;質(zhì)點(diǎn)Q和P沿y軸方向振動(dòng),并不沿x軸運(yùn)動(dòng),C項(xiàng)錯(cuò)誤;由波的圖像可知,a波波長(zhǎng)是b波波長(zhǎng)的23,根據(jù)v=λf可知a波的頻率應(yīng)是b波頻率的32,D項(xiàng)正確;a、b兩波的頻率不同,所以在空間相遇處不會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣,E項(xiàng)錯(cuò)誤。 (2)(ⅰ)光路如圖,光線(xiàn)在BC界面發(fā)生反射后垂直進(jìn)入CE,由折射定律有 sinθsinα=2 由幾何關(guān)系可知光線(xiàn)在BC界面的入射角β=60°,在AB界面的折射角α=30°,解得θ=45°

13、(ⅱ)設(shè)該材料的臨界角為γ,則1sinγ=n 解得γ=45° 則該14圓至少要上移的距離d=R-Rsinγ=2-22R。 2.(1)(多選)一列簡(jiǎn)諧橫波在某介質(zhì)中沿直線(xiàn)由a點(diǎn)向b點(diǎn)傳播,a、b兩點(diǎn)的平衡位置相距2.5m,如圖所示,圖中實(shí)線(xiàn)表示a點(diǎn)的振動(dòng)圖像,圖中虛線(xiàn)表示b點(diǎn)的振動(dòng)圖像,則下列說(shuō)法中正確的是　　　　。? A.質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)方程為y=2sin10πt+π6cm B.從0時(shí)刻起經(jīng)過(guò)0.40s,質(zhì)點(diǎn)a、b運(yùn)動(dòng)的路程均為16cm C.在t=0.45s時(shí)質(zhì)點(diǎn)b又回到平衡位置 D.在0.1~0.15s內(nèi),質(zhì)點(diǎn)b向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),做加速度逐漸變大的減速運(yùn)動(dòng) E.此波的傳播速度

14、可能為1.2m/s (2)一立方體透明物體橫截面如圖所示,BC和CD側(cè)均鍍銀(圖中粗線(xiàn)),P、M、Q、N分別為AB邊、BC邊、CD邊、AD邊的中點(diǎn),虛線(xiàn)在ABCD所在的平面內(nèi)并與AB平行。虛線(xiàn)上有一點(diǎn)光源S,從S發(fā)出一條細(xì)光線(xiàn)射到P點(diǎn)時(shí)與PA的夾角成30°,經(jīng)折射后直接射到M點(diǎn),最后從透明物體的AD面上射出且剛好可以回到S點(diǎn)。試求:(2=1.41,6=2.45,sin15°=0.26) (ⅰ)透明物體的折射率n; (ⅱ)若光在真空中的速度為c,正方形ABCD的邊長(zhǎng)為a,則光從S點(diǎn)發(fā)出后,經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間射回S點(diǎn)。 答案　(1)ABD　(2)(ⅰ)1.225　(ⅱ)5.3ac 解析　(

15、1)由圖像可知,周期T=0.2s。在t=0.40s時(shí)質(zhì)點(diǎn)b又回到平衡位置,在t=0.45s時(shí)質(zhì)點(diǎn)b到達(dá)最大位移處,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)題述a、b兩點(diǎn)的平衡位置相距2.5m,可得λ12+nλ=2.5m,解得:λ=301+12nm。此波的傳播速度為v=λT=1501+12nm/s,其中n=0,1,2,3…,故傳播速度不可能為1.2m/s,選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 (2)(ⅰ)根據(jù)題意作光路圖,光線(xiàn)在P點(diǎn)發(fā)生折射時(shí),入射角為60°,折射角為45°。 故透明物體的折射率n=sin60°sin45°=62=1.225 (ⅱ)連接PN,由幾何關(guān)系可得PN、PM、QN、QM的長(zhǎng)均為22a,∠PSN=30°,SN=SP=PN2sin15° 光在透明物體中的速度v=cn 光在透明物體中傳播所用的時(shí)間 t1=PM+QM+QNv 光在透明物體外傳播所用的時(shí)間t2=SP+SNc 故光從S點(diǎn)發(fā)出到射回S點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間 t=t1+t2≈5.3ac。 10