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1、【优化探究】2015高考物理二轮专题复习 素能提升 1-7 振动和波动 光及光的本性（含解析）新人教版1(2014年高考江苏卷)(1)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_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(2)在“探究单摆的周期与摆长的关系”实验中，某同学准备好相关实验器材后，把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度后释放，同时按下秒表开始计时，当单摆再次回到释放位置时停止计时，将记录的这段时间作为单摆的周期以上操作中有不妥之处，请对其中两处加以改正(
2、3)Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉电子显微镜下鳞片结构的示意图见下图一束光以入射角i从a点入射，经过折射和反射后从b点出射设鳞片的折射率为n，厚度为d，两片之间空气层厚度为h.取光在空气中的速度为c，求光从a到b所需的时间t.解析：(1)由甲和乙两图可知改变条件以后条纹变宽，由x可知，只有B正确(2)摆球通过平衡位置时具有较大的速度，此时开始计时，误差较小若只测量一次全振动的时间会产生较大的误差，而测量多次全振动的时间求平均值可减小误差(3)设光在鳞片中的折射角为，折射定律sin insin ，在鳞片中传播的路程l1，传播速
3、度v，传播时间t1，解得t1.同理，在空气中的传播时间t2，则tt1t2.答案：(1)B(2)应在摆球通过平衡位置时开始计时；应测量单摆多次全振动的时间，再计算出周期的测量值(或在单摆振动稳定后开始计时)(3)2(2014年高考新课标全国卷)(1)图a为一列简谐横波在t2 s时的波形图，图b为媒质中平衡位置在x1.5 m处的质点的振动图象，P是平衡位置为x2 m 的质点下列说法正确的是_A波速为0.5 m/sB波的传播方向向右C02 s时间内，P运动的路程为8 cmD02 s时间内，P向y轴正方向运动E当t7 s时，P恰好回到平衡位置(2)一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半
4、圆的直径，O为圆心，如图所示玻璃的折射率为n.()一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？()一细束光线在O点左侧与O相距R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置解析：(1)由图a可知，波长2 m，由图b可知周期T4 s，则波速v0.5 m/s，A正确t2 s时，x1.5 m处的质点振动方向向下，则波向左传播，B错.02 s时间内，P质点由波峰向波谷振动，通过的路程s4A8 cm，C项正确，D错误t0时，P质点位于正向最大位移处，故P质点达到平衡位置的时刻为t(2n1)，则n3时，t7 s，P恰好回到平衡位置，E
5、项正确(2)()在O点左侧，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角，则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图由全反射条件有sin 由几何关系有OERsin 由对称性可知，若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为l2OE联立式，代入已知数据得lR.()设光线在距O点R 的C点射入后，在上表面的入射角为，由几何关系及式和已知条件得60光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G点射出，如图由反射定律和几何关系得OGOCR射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出答案：(1)ACE(2)见解析3(2014年高考山东卷)(1)(多选)一列简谐横波沿直线
6、传播以波源O由平衡位置开始振动为计时零点，质点A的振动图象如图所示，已在O、A的平衡位置相距0.9 m以下判断正确的是_a波长为1.2 mb波源起振方向沿y轴正方向c波速大小为0.4 m/sd质点A的动能在t4 s时最大(2)如图，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射已知15，BC边长为2L，该介质的折射率为.求：入射角i；从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c，可能用到：sin 75或tan 152)解析：(1)由图可知波源起振后3 s质点A开始振动，故波速大小v0.3 m/s，c错
7、误；由图知波的周期即质点A的振动周期T4 s，故该波的波长vT1.2 m，a正确；因介质中各质点的起振方向与波源的起振方向相同，故由图知b正确；由图知t4 s时质点A处于正向最大位移处，此时质点A的速度为零、动能为零，故d错误(2)根据全反射规律可知，光线在AB面上P点的入射角等于临界角C，由折射定律得sin C代入数据得C45设光线在BC面上的折射角为r，由几何关系得r30由折射定理得n联立式，代入数据得i45.在OPB中，根据正弦定理得设所用的时间为t，光线在介质中的速度为v，得vtv联立式，代入数据得tL.答案：(1)ab(2)45L4(1)一列简谐横波在t0.6 s时刻的图象如图甲所示
8、，波上A质点的振动图象如图乙所示，则以下说法正确的是()A这列波沿x轴正方向传播B这列波的波速为 m/sC从t0.6 s开始，质点P比质点Q晚0.4 s回到平衡位置D从t0.6 s开始，紧接着的t0.6 s时间内，A质点通过的路程为4 mE若该波在传播过程中遇到一个尺寸为10 m的障碍物，不能发生明显衍射现象(2)半径为R的透明薄圆柱体，如图所示，一条光线由A点入射到OM面上，OAR，入射角60，该光线第一次从MN面折射出去的折射角30.求该透明薄圆柱体的折射率解析：(1)由两图可知波长20 m，周期T1.2 s，波速v m/s，B正确，根据波长和障碍物尺寸可知E错误；由A的位置和A在0.6
9、s时向下振动可知该波沿x轴正方向传播，则P比Q先回到平衡位置，A正确，C错误；质点A半个周期通过的路程为4 m，D正确(2)画出该光线从入射到第一次射出透明薄圆柱体的光路图如图所示，在A点：n在C点：n在OBC中：由解得R.在ABO中：tan ，得30，代入得n.答案：(1)ABD(2)5(1)2009年诺贝尔物理学奖授予科学家高锟以及威拉德博伊尔和乔治史密斯.3名得主的成就分别是发明光纤电缆和电荷耦合器件(CCD)图像传感器光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是_A用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现
10、象C在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象D光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象(2)如图所示，一截面为正三角形的棱镜，其折射率为.今有一束单色光射到它的一个侧面，经折射后与底边平行，则入射光线与水平方向的夹角是_(3)如图所示是某时刻一列横波上A、B两质点振动图象，该波由A传向B，两质点沿波的传播方向上的距离x6.0 m，波长大于10.0 m，求：再经过0.7 s，质点A通过的路程这列波的波速解析：(1)选项A是利用光的干涉现象，选项B是利用光的色散现象，选项C是利用光的全反射现象，选项D是利用光的薄膜干涉现象，故D正确(2)由题意可知，折射角r30，由n可得i60，故入射光线与水平方向夹
11、角是30.(3)由振动图象知T0.4 s，t0.7 s1 T，故质点A通过的路程为sA0.35 m，由振动图象知x，解得24 m，故v60 m/s.答案：(1)D(2)30(3)0.35 m60 m/s课时跟踪训练1.(2014年高考重庆卷)(1)打磨某剖面如图所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角切磨在12，光线一定在OP边发生全反射B若2，光线会从OQ边射出C若1，光线会从OP边射出D若1，光线会在OP边发生全反射(2)一竖直悬挂的弹簧振子，下端装有一记录笔，在竖直面内放置有一记录纸当振子上下振动时，以速率v水平向左匀速拉动记录纸，记录笔在纸上留下如图所示的图象y1、y2、x0、2x
12、0为纸上印迹的位置坐标由此图求振动的周期和振幅解析：(1)作出12时的光路如图所示由图中几何关系有i190，290i190i2180，即i1i22.则有i2390.可见越大时i2越大、i1越小要使光线在OP上发生全反射，应有i1C，即90C；要使光线在OQ上发生全反射，应有i2C，即30.可见在OP边和OQ边都发生全反射时应满足12时一定有90C，光线一定不会在OP边上发生全反射，同时也一定有30，即光线若能射在OQ边上，一定会发生全反射，故A、B皆错误当1时，一定有90C，即光线一定在OP边发生全反射，C错误，D正确(2)设周期为T，振幅为A，由题意得T和A.答案：(1)D(2)2.(1)(
13、多选)如图所示，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()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Da光在水中的临界角大于b光在水中的临界角(2)如图所示是一列横波上A、B两质点的振动图象，质点A在B的左侧，两质点间的距离x1.0 m(小于一个波长)则这列波的波长为_ m，该列波的波速为_ m/s.解析：(1)由题图知，a光的折射率小，波长长，波速大，临界角大，故A、D正确，C错误；任何光的衍射条纹宽度都不均匀，故B
14、错误(2)波向右从A向B传播时，AB间是个波长，所以x1，解得14 m，波向左从B向A传播时，AB间是个波长，所以x2，解得2 m波的周期等于质点的振动周期T0.4 s，波向右传播时，波速v110 m/s，波向左传播时，波速v2 m/s.答案：(1)AD(2)4或10或3(1)光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知()A折射现象的出现说明光是纵波B光总会分为反射光和折射光C折射光与入射光的传播方向总是不同的D发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同(2)如图所示，一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t0时刻的波形如图中的实线所示，此时这列波恰好传播到P点，且再经过1.2 s，坐标为x
15、8 m处的Q点开始振动，P点位移x随时间t变化的关系式为_ m，从t0时刻到Q点第一次达到波峰时，振源O点所经过的路程s_m.(3)如图所示，ABC是一个透明的薄壁容器，内装液体，当光垂直射向AC面时，光在AB面恰好发生全反射，已知光在真空中的传播速度为c，求液体的折射率及光在该液体中传播速度解析：(1)折射是横波、纵波共有的现象，光是一种电磁波，而电磁波是横波，A错误；当光从光密介质射向光疏介质而且入射角不小于临界角时，就只有反射光而无折射光，B错误；当入射角等于0时折射光与入射光传播方向相同，C错误；由惠更斯原理对折射的解释可知D正确(2)波速v5 m/s，由v得T0.4 s，由xAsin
16、(t)求得x0.03sin(5t)，t0时刻O点沿y轴负方向振动，由t0时刻至Q点第一次到达波峰，经历时间t1.2 sT1.5 s3T，所以O点通过的路程为s30.12 m0.45 m.(3)设液体的折射率为n，光在该液体中传播的速度为v，发生全发射的临界角为C，则由题意知C60，所以n.又因为n，所以vc.答案：(1)D(2)x0.03sin(5t)0.45(3)c4(2014年山东高三质检)(1)(多选)铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动普通钢
17、轨长为12.6 m，列车固有振动周期为0.315 s下列说法正确的是()A列车的危险速率为40 m/sB列车过桥需要减速，是为了防止列车发生共振现象C列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的D增加钢轨的长度有利于列车高速运行(2)如图所示，由某种透明物质制成的直角三棱镜ABC，折射率为n，A30.一细束光线在纸面内从O点射入棱镜，光线与AB面间法线的夹角为.通过观察，此时无光线从AC面射出，有光线垂直于BC从棱镜射出稍减小角，则可以观察到有光线从AC面射出求：该透明物质的折射率n；光线与AB面垂线间的夹角的正弦值解析：(1)火车在行驶过程中与铁轨间隙的碰撞，给火车施加了一个周期性的驱动力，
18、要使火车不发生危险，应使驱动力的周期远离火车的固有周期，因固有周期T00.315 s，所以驱动力周期TT00.315 s时使火车发生共振，振幅最大，最为危险，则由T得危险速度v40 m/s，所以A项正确列车过桥时应防止桥梁发生共振导致桥梁坍塌，而不是防止列车发生共振，基本的做法是减小火车速度，所以B项错误物体受迫振动时的振动频率总等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关，所以C项错误增加铁轨的长度，使驱动力频率远离火车的固有频率，是提高火车车速的一种措施，所以D项正确(2)由题意知光线恰好在AC面发生全反射，反射光线垂直于BC面从棱镜射出，光路如图所示设全反射临界角为C，由几何关系有C1260，
19、又因sin C，解得n.由几何关系有30，由折射定律知n，解得sin .答案：(1)AD(2)5(1)一列简谐波沿x轴正向传播，在x1.0 m处有一质点M.已知该简谐波的波速为1 m/s，t0时刻波形如图所示则t_ s时质点M开始振动，开始振动的方向为_(2)如图是透明圆柱介质的横截面，C、D为圆上两点一束单色光沿BC方向入射，从D点射出，已知COD90，BCO120.求介质的折射率；改变BCO的大小，能否在介质的内表面发生全反射？解析：(1)质点M开始振动的时间t s0.8 s，由图可知振源开始向上运动，所以M开始振动的方向沿y轴正方向(2)光路图如图所示，由几何关系知，入射角i60，折射角
20、r45，由折射定律得n.设发生全反射的临界角为C，此时入射角为i2，则sin C，C57.假设能发生全反射，则rC，n，i290.入射角i290时，光不能进入圆柱介质中，故不能发生全反射答案：(1)0.8y轴正方向(2)不能6在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示(1)画出完整的光路图；(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖折射率n_(保留三位有效数字)；(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和_(填“A”
21、或“B”)解析：(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点，并延长与玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方向光路如图所示(2)设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为i，折射角为r，则sin i0.798，sin r0.521所以玻璃的折射率n1.53.(3)光路图如图，光线经两边相互平行的玻璃砖，出射光线平行于入射光线，即MNP4B.P1P2光线从棱镜右边侧面射出向底边偏折，如图P3A，所以填A.答案：(1)图见解析(2)1.53(说明：0.03范围内都可)(3)A7.(1)如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹，
22、要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以()A增大S1与S2的间距B减小双缝屏到光屏的距离C将绿光换为红光D将绿光换为紫光(2)某同学设计了一个测定激光波长的实验装置，如图甲所示，激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装双缝、另一端装有感光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮点，图乙中的黑点代表亮点的中心位置通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长据资料介绍：若双缝的缝间距离为a，双缝到感光片的距离为L，感光片相邻两点间的距离为b，则光的波长.该同学测得L1.000 0 m，双缝间距a0.220 mm，用带十分度游标的卡尺测感光片上的点间距离时，尺与点的中心位置如图乙所示图乙中第1个
23、光点到第4个光点的距离是_mm.实验中激光的波长_m(保留两位有效数字)如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两光点间的距离将_解析：(1)在双缝干涉实验中，相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离x，要想增大条纹间距可以减小两缝间距d，或者增大双缝屏到光屏的距离l，或者换用波长更长的光做实验由此可知，选项C正确，选项A、B、D错误(2)由乙图可知第1个光点到第4个光点间的距离b8.6 mm，b2.9 mm.则b2.9103 m6.4107 m.如果实验时将红激光换成蓝激光，变小了，由b可得，屏上相邻两光点的间距将变小答案：(1)C(2)8.66.4107变小8(2014年高考新课标全国卷)(1)图a为
24、一列简谐横波在t0.10 s时刻的波形图，P是平衡位置在x1.0 m处的质点，Q是平衡位置在x4.0 m处的质点；图b为质点Q的振动图象下列说法正确的是_A在t0.10 s时，质点Q向y轴正方向运动B在t0.25 s时，质点P的加速度方向与y轴正方向相同C从t0.10 s到t0.25 s，该波沿x轴负方向传播了6 mD从t0.10 s到t0.25 s，质点P通过的路程为30 cmE质点Q简谐运动的表达式为y0.10sin 10t(国际单位制)(2)一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上已知圆
25、纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率解析：(1)由图a得8 m，由图b得T0.2 s，所以v40 m/s.由图b知，在t0.10 s时，质点Q通过平衡位置向y轴负方向运动，A错误结合图a，由“同侧法”判得波沿x轴负方向传播，画出t0.25 s时的波形图，标出P、Q点，如图，此时P点在x轴下方，其加速度向上，B正确t0.25 s0.10 s0.15 s，xvt6.0 m，C正确P点起始位置不在平衡位置或最大位移处，故D错误由图知A0.1 m，10 rad/s，所以Q点简谐运动表达式为y0.10sin 10t(国际单位制)，E正确(2)如图，考虑从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃上表面的A点折射，根据折射定律有nsin sin 式中，n是玻璃的折射率，是入射角，是折射角现假设A恰好在纸片边缘由题意，在A点刚好发生全反射，故设AA线段在玻璃上表面的投影长为L，由几何关系有sin 由题意，纸片的半径应为RLr联立以上各式得n.答案：(1)BCE(2) - 14 -