2020版高考物理教科版大一轮复习练习：第十四章 机械振动与机械波　光　电磁波与相对论 本章综合能力提升练 Word版含解析.pdf

本章综合能力提升练本章综合能力提升练 一、多项选择题 1.(2018·河北省衡水中学模拟)关于机械波、电磁波和相对论的下列说法中正确的是( ) A.机械波和电磁波在介质中的传播速度仅由介质决定 B.假设火车以接近光速的速度通过站台，站台上的旅客观察到车上的乘客变矮了 C.简谐机械波传播时单位时间内经过介质中某点的完全波的个数就是这列波的频率 D.用光导纤维束传输图像信息利用了光的全反射 E.在真空中传播的两列电磁波，频率大的波长短 答案 CDE 解析 机械波在介质中的传播速度由介质决定，与波的频率无关，电磁波在介质中的传播速 度与介质和波的频率均有关，故 A 错误；火车以接近光速的速度通过站台时，站台上的旅客 观察到车上的乘客变瘦了，而不是变矮了，故 B 错误；简谐波的振动周期与传播周期相同， 故单位时间内经过介质中某点的完全波的个数就是这列简谐波的频率，故 C 正确；光导纤维 束是用全反射来传输图像信息的，故 D 正确；在真空中传播的两列电磁波，传播速度相同， 由 v f 知，频率越大，波长越短，故 E 正确. T 2.(2018·湖北省黄冈中学三模)下列说法正确的是( ) A.对于同一障碍物，波长越大的光波越容易绕过去 B.白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的干涉现象 C.红光由空气进入水中，波长变长、颜色不变 D.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度利用了光的干涉现象 E.不管光源与惯性参考系中的观察者是否存在相对运动，观察者观察到的真空中的光速都是 不变的 答案 ADE 解析 对于同一障碍物，波长越大的光波越容易发生衍射现象，从而绕过障碍物，选项 A 正 确；白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的色散现象，选项 B 错误； 红光由空气进入 水中，频率不变，颜色不变，波速减小，则波长变短，选项 C 错误； 用透明的标准样板和 单色光检查平面的平整度利用了光的干涉现象，选项 D 正确；根据相对论原理可知，不管光 源与惯性参考系中的观察者是否存在相对运动，观察者观察到的真空中的光速都是不变的， 选项 E 正确. 3.(多选)下列关于单摆运动的说法中，正确的是( ) A.单摆的回复力是摆线的拉力与摆球重力的合力提供的 B.单摆的回复力是摆球重力沿运动轨迹切向的分力 C.单摆的周期与摆球质量、振幅无关，与摆长和当地的重力加速度有关 D.单摆做简谐运动的条件是摆角很小(小于 5°) E. 在山脚下走时准确的摆钟移到高山上走时将变快 答案 BCD 解析 单摆的回复力是摆球重力沿运动轨迹切向的分力提供的，A 错误，B 正确；根据单摆 的周期公式 T2可知，单摆的周期与摆球质量、振幅无关，与摆长和当地的重力加速度 l g 有关，C 正确；在摆角很小时，单摆近似做简谐运动，D 正确；将摆钟从山脚移到高山上时， 摆钟所在位置的重力加速度 g 变小， 根据 T2可知， 摆钟振动的周期变大， 走时变慢， E l g 错误. 4.关于振动和波，下列说法正确的是( ) A.电磁波是纵波 B.单摆摆动时，摆球所需的回复力就是摆球所受的合力 C.波传播方向上各质点与振源振动周期相同，是因为各质点的振动均可看做在其相邻的前一 质点驱动力作用下的受迫振动 D.做简谐振动的物体，加速度随时间的变化规律符合正(余)弦函数变化规律 E.向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率 就能知道血流的速度，这种方法利用了多普勒效应 答案 CDE 解析 电磁波是横波，故 A 错误；单摆运动的回复力是重力沿圆弧切线方向的分力，通过平 衡位置时，回复力为零，但合力不为零，故 B 错误；波传播方向上各质点与振源振动周期相 同， 是因为各质点的振动均可看做在其相邻的前一质点驱动力作用下的受迫振动， 故 C 正确 ； 做简谐振动的物体，受到的合外力与位移成正比，由其振动方程可知，其速度和加速度两物 理量随时间的变化规律均符合正(余)弦函数变化规律，故 D 正确；测出反射波的频率就能知 道血流的速度，是利用多普勒效应原理，故 E 正确. 5.(2019·安徽省阜阳市模拟)下列说法中正确的是( ) A.机械波在某种介质中传播，若波源的频率增大，其传播速度就一定增大 B.肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是由光的干涉现象形成的 C.在波的干涉中，振动加强点的位移不一定始终最大 D.电磁波在真空中传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度的方向均相同 E.在双缝干涉实验中，其他条件不变，仅用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距 答案 BCE 解析 机械波的传播速度只与介质有关，与频率无关，所以 A 错误；肥皂泡在阳光下呈现彩 色条纹属于薄膜干涉，所以 B 正确；在波的干涉中，振动加强点的位移随时间变化，只是振 幅最大，所以 C 正确 ； 电磁波是横波，电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、 磁感应强度的方向均垂直，所以 D 错误；因为红光波长比黄光长，干涉条纹的间距与波长成 正比，在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距，所以 E 正确. 6.(2018·福建省泉州市模拟三)下列说法正确的是( ) A.波的图像表示介质中“某个质点”在“无数个时刻”的位移 B.当波源与观察者相互远离时，观察到的波频率变小 C.肥皂泡呈现彩色条纹是光的折射现象造成的 D.狭义相对论认为，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的 E.a、b 两束光照射同一双缝干涉装置，在屏上得到 a 光的相邻亮条纹间距比 b 光的小，则水 对 a 光的折射率比 b 光的大 答案 BDE 解析 波的图像表示介质中“各个质点”在“某个时刻”的位移，选项 A 错误；根据多普勒 效应可知，当波源与观察者相互远离时，观察到的波频率变小，选项 B 正确； 肥皂泡呈现 彩色条纹是光的干涉现象造成的，选项 C 错误； 狭义相对论认为，在不同的惯性参考系中， 一切物理规律都是相同的，选项 D 正确 ； a、b 两束光照射同一双缝干涉装置，在屏上得到 a 光的相邻亮条纹间距比 b 光的小，根据 x ，则 a 的波长较短，频率较大，则水对 a 光的 l d 折射率比 b 光的大，选项 E 正确. 7.下列说法正确的是( ) A.在真空中传播的电磁波，频率越大，波长越长 B.让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，绿光形成的干涉条纹间距较大 C.光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理 D.要确定雷达和目标的距离需要测出电磁波从发射到被雷达接收的时间 t， 再根据 xc· 求解 t 2 距离 E.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响 答案 BDE 解析 根据 ，在真空中传播的电磁波速度相同，频率越大，波长越短，选项 A 错误；绿 c f 光的波长大于蓝光，让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，根据 x 可知，绿光形成的 l d 干涉条纹间距较大，选项 B 正确 ； 光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理， 全息照相利用的是光的干涉原理，选项 C 错误；要确定雷达和目标的距离需要测出电磁波从 发射到被雷达接收的时间 t， 再根据 xc· 求解距离， 选项 D 正确 ； 拍摄玻璃橱窗内的物品时， t 2 往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响，选项 E 正确. 8.(2018·陕西省宝鸡市质检二)如图 1 所示，OMN 为玻璃等腰三棱镜的横截面，a、b 两束可 见单色光从空气垂直射入棱镜底面 MN(两束光关于 OO对称)，在棱镜侧面 OM、ON 上反 射和折射的情况如图所示，下列说法正确的是( ) 图 1 A.若光束从玻璃棱镜中射向空气，则光束 b 容易发生全反射 B.在玻璃棱镜中，a 光的传播速度小于 b 光的传播速度 C.若保持 b 光入射点位置不变，将光束 b 顺时针旋转，则 NO 面可能有光线射出 D.用 a、b 光在同样的装置做“双缝干涉”实验，a 光的条纹间距大 E.用 a、b 光照射同一狭缝，b 光的衍射现象更明显 答案 ACD 解析 由光路图看出， b 光束在 NO 面上发生了全反射， 而 a 光束在 MO 面上没有发生全反射， 而入射角相同，说明 b 光的临界角小于 a 光的临界角，由 sin C 分析得知，玻璃对 a 光束 1 n 的折射率小于对 b 光束的折射率， a 光的频率小于 b 光的频率， 由 v 得知， 在玻璃棱镜中 a c n 光的传播速度比 b 光的传播速度大，由 cf 知，a 光波长大于 b 光的波长，则用同样的装置 做“双缝干涉”实验时，根据 x 知，a 光的条纹间距大，故 A、D 正确，B 错误 ； 保持 b l d 光入射点位置不变， 将光束 b 顺时针旋转， 则入射角减小， 故 NO 面可能有 b 光线射出， 故 C 正确 ； 因 a 光波长大于 b 光的波长，故两光照射同一狭缝，波长越大，衍射现象越明显，故 E 错误. 9.(2018·湖北省武汉市二月调研)波速均为 1 m/s 的两列简谐横波，分别从波源 x0、x12 m 处沿 x 轴相向传播，t0 时的波形图如图 2 所示.下列说法正确的是( ) 图 2 A.两列波的频率均为 0.25 Hz B.t0.2 s 时，两列波相遇 C.两列波相遇过程中，x5 m 处和 x7 m 处的质点振动加强 D.t3 s 时，x6 m 处的质点位移达到最大值 E.当波源从 x0 处沿 x 轴正方向运动时， 在 x12 m 处的观察者观察到该简谐横波的频率变 大 答案 ADE 解析 两列波的波长均为 4 m，由 vf 得 f 0.25 Hz，故 A 正确；t s2 v x 2v 4 2 × 1 s 时，两列波相遇，故 B 错误 ； 两列波相遇过程中，x5 m 处和 x7 m 处的质点，振动减弱， 故 C 错误；两列波的周期为 T 4 s，t2 s 时，两列波在 x6 m 处相遇，x6 m 处质点 1 f 向下振动，再经过 1 s ，即 t3 s 时，该质点到达波谷，位移达到最大值，故 D 正确；当 T 4 波源从 x0 处沿 x 轴正方向运动时，波源与 x12 m 处的观察者间的距离缩短，产生多普勒 效应，则知在 x12 m 处的观察者观察到该简谐横波的频率变大，故 E 正确. 10.(2018·福建省龙岩市一模)图 3 甲为一列简谐横波在 t0 时的波动图像， 图乙为该波中 x2 m 处质点 P 的振动图像，下列说法正确的是( ) 图 3 A.该波沿 x 轴负方向传播 B.波速为 4 m/s C.再过 1.0 s，质点 P 沿传播方向移动 4 m D.t2.5 s 时，质点 P 恰好通过平衡位置 E.质点 P 的振动方程为：y0.2sin 2t (cm) 答案 BDE 解析 由振动图像上t0时刻读出P点的速度方向沿y轴正方向， 则由波动图像判断出波沿x 轴正方向传播，故 A 错误；由波动图像读出波长 4 m，由振动图像读出周期 T1 s，则波 速为 v m/s4 m/s，故 B 正确 ； 质点不会随波迁移，只会在平衡位置附近振动，故 C T 4 1 错误；因 t2.5 s2T T，故质点 P 在 t2.5 s 的位置与在 t0.5 s 的位置相同，即质点 P 1 2 恰好通过平衡位置向下运动，故 D 正确；由波动图像知振幅 A0.2 cm，角速度 2 2 T rad/s，故点 P 的振动方程为 yAsin t0.2sin 2t (cm)，故 E 正确. 二、非选择题 11.(2018·重庆市上学期期末抽测)如图 4 所示，实线是一列简谐横波在 t1时刻的波形图，虚线 是这列简谐横波在 t2(t10.2 s)时刻的波形图. 图 4 (1)若波速为 35 m/s，请你判断质点 M 在 t1时刻的振动方向； (2)在 t1t2这段时间内，如果 M 通过的路程为 1 m，请你判断波的传播方向，并计算波速. 答案 (1)y 轴负方向 (2)x 轴正方向 25 m/s 解析 (1)0.2 s 内，波传播的距离 xv·t7 m 3 4 tT T 3 4 可知 t1时刻质点 M 向 y 轴负方向振动 (2)因为 x1 m5A 所以 t1 T 1 4 t1时刻质点 M 向y 方向振动，简谐横波向x 方向传播. v25 m/s. T 5 4t 12.(2018·湖南省株洲市第二次质检)如图 5，三角形 ABC 为一直角三棱镜的横截面，有一细光 束从 BC 边的中点射入三棱镜， 且入射方向垂直于 BC， 该光束从 AB 边射出时传播方向与 AC 边平行.已知 BC 边长度为 d，光在真空中传播速度为 c，若不考虑 AB 边的反射，求光在棱镜 中传播的速率及此光束从 AB 边射出时与 AC 边的距离. 图 5 答案 c d 3 3 3 6 解析 不考虑 AB 边的反射，细光束通过棱镜的光路图如图所示： 由几何关系知，光在 AB 边折射时，入射角 i230° 折射角 r260° 根据折射定律有 n sin r2 sin i2 3 又光速与折射率的关系为 nc v 故光在棱镜中的传播速率为 vc 3 3 图中 AO1d 在等腰三角形O2AO1中，O2到 AC 的距离为 s tan 30°d. d 2 3 6 13.(2019·福建省龙岩市模拟)如图 6 所示， 一不透明的圆柱形容器内装满折射率为的透明液2 体，容器底部正中央 O 点处有一点光源 S，平面镜 MN 与水平底面成 45°角放置.若容器高为 2 dm，底面半径为(1) dm，OM1 dm.在容器中央正上方离液面 1 dm 处水平放置一足够长3 的刻度尺，求光源 S 发出的光线经平面镜反射后，照射到刻度尺的长度.(不考虑容器侧壁和 液面的反射) 图 6 答案 (1) dm3 解析 作出边界光路.当光线沿 OM 入射到平面镜时，发生反射，光线照射到刻度尺，此点为 所求长度的最右端.当射到平面镜上的光线经折射照射到刻度尺的最左端时，根据对称性，作 出平面镜反射的光路. 作图找出光源 S 在平面镜中的像点 S，连接 SM 延长交直尺于 H 点，由题可知：光线 SM 的入射角为 45°，根据反射定律可知反射角等于 45°，MH 沿竖直方向.连接 SP，根据对称 性得 SMOM1 dm， 在直角三角形 PRS中，RS dm，PR3 dm，3 由几何知识得 r30°，由折射定律可得：nsin i sin r 解得 sin i，i45°，故刻度尺上被照亮的范围为：QH1 dm dm(1) dm. 2 2 33