2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 第二部分 熱點(diǎn)專練 熱點(diǎn)十四 選修3－4專項(xiàng)訓(xùn)練

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1、熱點(diǎn)十四　選修3－4 本部分主要有以下兩個(gè)考查方向： 1．機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波：掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征及波動(dòng)的本質(zhì)，掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像及波長(zhǎng)、頻率、波速的關(guān)系，要特別重視振動(dòng)圖像、波動(dòng)圖像相結(jié)合的題目，注意振動(dòng)和波動(dòng)的區(qū)別和聯(lián)系。 2．光學(xué)：對(duì)于幾何光學(xué)的題目，首先要能夠根據(jù)光的折射定律、全反射規(guī)律作出光路圖，然后用幾何方法解題，注意發(fā)生全反射的條件和折射率的計(jì)算，光的本性部分要掌握光的干涉條件和發(fā)生明顯衍射的條件，知道什么是偏振現(xiàn)象，還要注意幾何光學(xué)和光的本性的結(jié)合點(diǎn)(光的折射率和頻率)。 考向一　振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像 　(多選)如圖1甲所示為一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝0.20 s

2、時(shí)刻的波形圖，在波傳播路徑上有P、Q、R三個(gè)質(zhì)點(diǎn)，它們的平衡位置分別在x1＝1.2 m、x2＝2.5 m和x3＝4 m處，圖乙為質(zhì)點(diǎn)R的振動(dòng)圖像，則 圖1 A．此簡(jiǎn)諧波沿x軸正向傳播 B．從圖甲時(shí)刻，再經(jīng)過(guò)0.10 s質(zhì)點(diǎn)R傳到x＝8 m處 C．質(zhì)點(diǎn)Q從圖甲所示時(shí)刻開(kāi)始，第一次回到平衡位置所用的時(shí)間為0.062 5 s D．質(zhì)點(diǎn)P比質(zhì)點(diǎn)Q早0.3 s回到平衡位置 E．從圖甲時(shí)刻，再經(jīng)過(guò)0.08 s，x＝3.2 m處的質(zhì)點(diǎn)剛好回到平衡位置 [解析]　由圖乙可知，t＝0.20 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)R正從平衡位置沿y軸正向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)波動(dòng)與振動(dòng)的關(guān)系可知，波沿x軸正向傳播，A項(xiàng)正確；質(zhì)點(diǎn)并不沿波

3、傳播的方向發(fā)生遷移，B錯(cuò)誤；波傳播的速度為v＝ m/s＝40 m/s，因此質(zhì)點(diǎn)Q經(jīng)過(guò)t2＝＝ s＝0.062 5 s回到平衡位置，C項(xiàng)正確；質(zhì)點(diǎn)P經(jīng)過(guò)t1＝＝ s＝0.03 s回到平衡位置，因此比Q點(diǎn)早0.032 5 s回到平衡位置，D項(xiàng)錯(cuò)誤；從圖甲時(shí)刻開(kāi)始，經(jīng)過(guò)0.08 s，波形移動(dòng)的距離為x＝vt＝3.2 m，將波形沿x軸正向移動(dòng)3.2 m，會(huì)發(fā)現(xiàn)x＝3.2 m處的質(zhì)點(diǎn)剛好回到平衡位置，E項(xiàng)正確。 [答案]　ACE 考向二　振動(dòng)和波的綜合問(wèn)題 　(2016·全國(guó)卷Ⅱ)一列簡(jiǎn)諧橫波在介質(zhì)中沿x軸正向傳播，波長(zhǎng)不小于10 cm。O和A是介質(zhì)中平衡位置分別位于x＝0和x＝5 cm處的兩個(gè)質(zhì)

4、點(diǎn)。t＝0時(shí)開(kāi)始觀測(cè)，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)O的位移為y＝4 cm，質(zhì)點(diǎn)A處于波峰位置，t＝ s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)O第一次回到平衡位置，t＝1 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)A第一次回到平衡位置。求： (1)簡(jiǎn)諧波的周期、波速和波長(zhǎng)。 (2)質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式。 [解析]　(1)設(shè)振動(dòng)周期為T。由于質(zhì)點(diǎn)A在0到1 s內(nèi)由最大位移處第一次回到平衡位置，經(jīng)歷的是個(gè)周期，由此可知T＝4 s① 由于質(zhì)點(diǎn)O與A的距離5 cm小于半個(gè)波長(zhǎng)，且波沿x軸正向傳播，O在t＝ s時(shí)回到平衡位置，而A在t＝1 s時(shí)回到平衡位置，時(shí)間相差 s。兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置的距離除以傳播時(shí)間，可得波的速度v＝7.5 cm/s ② 利用波長(zhǎng)、波速和周期的關(guān)

5、系λ＝vT得，簡(jiǎn)諧波的波長(zhǎng)λ＝30 cm③ (2)設(shè)質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系為 y＝A cos(＋φ0)④ 將①式及題給條件代入上式得4＝A cosφ0⑤ 0＝A cos(＋φ0)⑥ 解得φ0＝，A＝8 cm 質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式為 y＝0.08 cos(＋)(國(guó)際單位制)⑧ 或y＝0.08 cos(＋)(國(guó)際單位制)。 [答案]　(1)4 s　7.5 cm/s　30 cm (2)y＝0.08 cos(＋)或y＝0.08 cos(＋) 考向三　光的折射和全反射 　如圖2所示，在足夠?qū)挼囊翰壑蟹庞心撤N液體，M是可轉(zhuǎn)動(dòng)的平面鏡，M與水平面的夾角α＝30°。光線

6、從液槽的側(cè)壁水平射入液體中，當(dāng)光線射出液面時(shí)與液面的夾角為β＝45°。 圖2 (1)求該液體的折射率n； (2)改變?chǔ)两强梢允构饩€射出液面時(shí)的方向發(fā)生變化，若要使經(jīng)平面鏡反射后的光線能從液面射出，求α的取值范圍。 [解析]　本題考查考生的理解能力，需要考生利用幾何關(guān)系解題。 (1)作出光線經(jīng)平面鏡反射后從液面射出的光路圖如圖甲所示，由幾何關(guān)系知，在液面發(fā)生折射的入射角 i＝30° 折射角r＝45° 由折射定律有＝n 解得n＝ (2)設(shè)光線在液體中發(fā)生全反射的臨界角為C，則 sin C＝ 解得C＝45° 若光在右側(cè)發(fā)生全反射，作出光路圖如圖乙所示，則由幾何關(guān)系可

7、知2α1＋C＝90° 若光在左側(cè)發(fā)生全反射，作出光路圖如圖丙所示，則由幾何關(guān)系可知 2(90°－α2)＋C＝90° 即α1＜α＜α2 解得22.5°＜α＜67.5°。 [答案]　(1)　(2)22.5°＜α＜67.5° 1．(1)(多選)在坐標(biāo)原點(diǎn)的波源產(chǎn)生一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波，波速v＝200 m/s，已知t＝0時(shí)，波剛好傳播到x＝40 m處。如圖3所示。在x＝400 m處有一接收器(圖中未畫出)，則下列說(shuō)法正確的是________。 圖3 A．波源開(kāi)始振動(dòng)時(shí)方向沿y軸負(fù)方向 B．從t＝0開(kāi)始經(jīng)0.15 s，x＝40 m處的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的路程為0.6 m

8、C．接收器在t＝2 s時(shí)才能接收到此波 D．若波源向x軸正方向運(yùn)動(dòng)，接收器接收到波的頻率可能為9 Hz E．若該波與另一列頻率為5 Hz沿x軸負(fù)方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波相遇，不能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣 (2)如圖4所示的直角三角形ABC是玻璃磚的橫截面，∠B＝90°，∠A＝30°，BC邊長(zhǎng)等于L。一束平行于AB邊的光束從AC邊上的某點(diǎn)射入玻璃磚，進(jìn)入玻璃磚后，在BC邊上的E點(diǎn)被反射，E點(diǎn)是BC邊的中點(diǎn)，EF是從該處反射的光線，且EF恰與AC邊平行。求： 圖4 ①玻璃磚的折射率； ②該光束從E點(diǎn)反射后，直到第一次有光線從玻璃磚射出所需的時(shí)間(真空中的光速用符號(hào)“c”表示)。 解析　(1)

9、根據(jù)波動(dòng)圖像和波的傳播方向可知，波源開(kāi)始振動(dòng)時(shí)方向沿y軸負(fù)方向，選項(xiàng)A正確；根據(jù)波動(dòng)圖像可知波長(zhǎng)λ＝20 m，振幅A＝10 cm。周期T＝＝20 m÷200 m/s＝0.1 s，從t＝0開(kāi)始經(jīng)過(guò)0.15 s(1.5個(gè)周期)，x＝40 m處的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)路程為六個(gè)振幅，即6×0.1 m＝0.6 m，選項(xiàng)B正確；接收器在t＝＝ s＝1.8 s時(shí)就能夠接收到此波，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；波源頻率為f＝＝10 Hz，若波源向x軸正方向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)多普勒效應(yīng)，接收器接收到波的頻率大于10 Hz，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；根據(jù)頻率相同的兩列波相遇才能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉可知，若該波與另一列頻率為5 Hz沿x軸負(fù)方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波相遇，不能產(chǎn)生穩(wěn)

10、定的干涉圖樣，選項(xiàng)E正確。 (2)①根據(jù)題述畫出光路圖如圖所示。入射角i＝60°，折射角r＝30° 根據(jù)折射定律可得n＝＝ ②根據(jù)圖中幾何關(guān)系，OE＝CE＝BE＝，EF＝＝L 光束在玻璃磚中傳播速度v＝＝ 光在玻璃磚中的全反射臨界為 sin C＝＝＜，故C＜60° 光束從E點(diǎn)反射后，再經(jīng)一次全反射可射出玻璃磚，光路圖如圖所示 則光束從E點(diǎn)反射后，在玻璃磚中的總路程為 s＝L＋ 故所需時(shí)間為t＝＝。 答案　(1)ABE　(2)①?、? 2．(1)(多選)下列說(shuō)法正確的是________。 A．單擺在周期性外力作用下做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)周期與單擺的擺長(zhǎng)無(wú)關(guān) B．變化的電

11、場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng) C．在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若僅將入射光由紅光改為綠光，則干涉條紋間距變窄 D．光纖通信的工作原理是全反射，光纖通信具有容量大，抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) E．用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的偏振 (2)如圖5所示，位于原點(diǎn)O處的波源在t＝0時(shí)刻從平衡位置(在x軸上)開(kāi)始沿y軸正方向做周期T＝0.4 s、振幅A＝3 cm的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，該波源產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播，當(dāng)平衡位置坐標(biāo)為(6 m,0)的質(zhì)點(diǎn)P剛開(kāi)始振動(dòng)時(shí)波源剛好位于波谷。 圖5 ①質(zhì)點(diǎn)P在開(kāi)始振動(dòng)后的Δt＝2.5 s內(nèi)通過(guò)的路程是多少？ ②該簡(jiǎn)諧橫波的

12、最大波速是多少？ 解析　(1)單擺在周期性外力作用下做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)周期由驅(qū)動(dòng)力的周期決定，與單擺的固有周期無(wú)關(guān)，故與擺長(zhǎng)無(wú)關(guān)，選項(xiàng)A正確；變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，而均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若僅將入射光由紅光改為綠光，根據(jù)條紋間距公式Δx＝λ，波長(zhǎng)變短，則干涉條紋間距變窄，選項(xiàng)C正確；光纖通信的工作原理是全反射，光纖通信具有容量大、抗干擾性強(qiáng)、衰減小等優(yōu)點(diǎn)，選項(xiàng)D正確；用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平整度是利用了薄膜干涉，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 (2)①由于質(zhì)點(diǎn)P從平衡位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，并且 Δt＝2.5 s＝6T＋

13、T 質(zhì)點(diǎn)P在開(kāi)始振動(dòng)后的Δt＝2.5 s內(nèi)通過(guò)的路程 s＝6×4A＋A＝25A＝75 cm ②設(shè)該簡(jiǎn)諧橫波的速度為v，O、P間的距離為Δx，由題意可得： Δx＝λ＝6 m(n＝0,1,2，…) 所以：v＝＝ m/s(n＝0,1,2，…) 當(dāng)n＝0時(shí)，波速最大為vm＝20 m/s。 答案　(1)ACD　(2)①75 cm?、?0 m/s 3.(1)(多選)《夢(mèng)溪筆談》是中國(guó)科學(xué)技術(shù)史上的重要文獻(xiàn)。書中對(duì)彩虹做了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨則有之”。如圖6是彩虹成因的簡(jiǎn)化示意圖。設(shè)水滴是球形的，圖中的圓代表水滴過(guò)球心的截面，入射光線在過(guò)此截面的平面內(nèi)，a、b是兩種不同頻率的單

14、色光。下列說(shuō)法正確的是________。 圖6 A．雨后太陽(yáng)光入射到水滴中發(fā)生色散而形成彩虹 B．水滴對(duì)a光的臨界角大于對(duì)b光的臨界角 C．在水滴中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度 D．在水滴中，a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng) E．a(chǎn)、b光分別通過(guò)同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距較小 (2)一列簡(jiǎn)諧橫波沿＋x軸方向傳播，t＝0時(shí)刻的波形如圖7甲所示， A、B、P和Q是介質(zhì)中的四個(gè)質(zhì)點(diǎn)，t＝0時(shí)刻波剛好傳播到B點(diǎn)。質(zhì)點(diǎn)A的振動(dòng)圖像如圖乙所示，求： 圖7 ①該波的傳播速度是多大？ ②從t＝0到t＝1.6 s，質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程為多少？ ③經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間質(zhì)點(diǎn)Q第二次到達(dá)波

15、谷？ 解析　(1)太陽(yáng)光射入水滴中發(fā)生色散形成彩虹，選項(xiàng)A正確；根據(jù)光路圖可知，a光的折射率n大，全反射的臨界角小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由v＝可得，a光在水滴中的傳播速度小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；折射率越大，波長(zhǎng)越小，選項(xiàng)D正確；根據(jù)公式Δx＝λ可知，波長(zhǎng)越小，干涉條紋間距越小，選項(xiàng)E正確。 (2)①由題圖甲可知該波的波長(zhǎng)為λ＝20 m，由題圖乙知，該波的周期T＝0.8 s 傳播速度v＝＝25 m/s ②從t＝0到t＝1.6 s，質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程 s＝2×4A＝16 m ③質(zhì)點(diǎn)P、Q平衡位置之間的距離 L＝85 m－10 m＝75 m，由L＝vt，解得t＝3 s 即經(jīng)過(guò)3 s時(shí)間質(zhì)點(diǎn)Q第一次到達(dá)

16、波谷，經(jīng)過(guò)3.8 s時(shí)間質(zhì)點(diǎn)Q第二次到達(dá)波谷。 答案　(1)ADE　(2)①25 m/s?、?6 m?、?.8 s 4．(1)(多選)下列說(shuō)法中正確的是________。 A．光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若僅將入射光從紅光改為紫光，則相鄰亮條紋間距一定變小 B．做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的物體，經(jīng)過(guò)同一位置時(shí)，加速度可能不同 C．在受迫振動(dòng)中，驅(qū)動(dòng)力的頻率不一定等于物體的固有頻率 D．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，要在鏡頭前加裝一個(gè)偏振以增加透射光的強(qiáng)度 E．在波的傳播方向上兩相鄰的相對(duì)平衡位置的位移始終相同的質(zhì)點(diǎn)間距離等于波長(zhǎng) (2)如圖8三角形ABC為某透明介質(zhì)的橫截面，O為BC邊的中點(diǎn)，位于截面所在平

17、面內(nèi)的一束光線自O(shè)以角i入射，第一次到達(dá)AB邊恰好發(fā)生全反射。已知θ＝15°，BC邊長(zhǎng)為2L，該介質(zhì)的折射率為。求： 圖8 (1)入射角i； (2)從入射到發(fā)生第一次全反射所用的時(shí)間(設(shè)光在真空中的速度為c，可能用到：sin 75°＝或tan 15°＝2－)。 解析　(1)根據(jù)公式Δx＝λ，入射光的波長(zhǎng)減小，相鄰亮條紋間距一定變小，A正確；做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的物體，每次經(jīng)過(guò)同一位置時(shí)，加速度一定相同，B錯(cuò)誤；物體做受迫振動(dòng)時(shí)，其驅(qū)動(dòng)頻率不一定等于固有頻率，等于固有頻率時(shí)，發(fā)生共振，C正確；拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加一個(gè)偏振片以過(guò)濾櫥窗玻璃的反射光，D錯(cuò)誤；根據(jù)波長(zhǎng)的定義可知E正確。 (2)①根據(jù)全反射規(guī)律可知，光線在AB面上P點(diǎn)的入射角等于臨界角C，由折射定律得sin C＝① 代入數(shù)據(jù)得C＝45°② 設(shè)光線在BC面上的折射角為r，由幾何關(guān)系得 r＝30°③ 由折射定律得n＝④ 聯(lián)立③④式，代入數(shù)據(jù)得 i＝45°⑤ ②在△OPB中，根據(jù)正弦定理得 ＝⑥ 設(shè)所用時(shí)間為t，光線在介質(zhì)中的速度為v，得 ＝vt⑦ v＝⑧ 聯(lián)立⑥⑦⑧式，代入數(shù)據(jù)得t＝L。 答案　(1)ACE　(2)①45°?、贚 9