素能演练提升十二选考3-4机械波、光学、电磁波(时间:60分钟满分:100分)第卷(选择题共48分)一、本题共8小题,每小题6分,共48分.在每小题给出的四个选项中,第15题只有一个选项符合题目要求,第68题有多个选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错或不答的得0分.1.下列有关光现象的说法中正确的是()A.在太阳光照射下,水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象B.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由绿光改为红光,则干涉条纹间距变窄C.光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大D.光的偏振现象说明光是一种纵波解析:A项是薄膜干涉,不是色散,选项A错误;B项中将入射光由绿光改为红光,光的波长变大,根据x=知干涉条纹间距应变大,选项B错误;光导纤维应用的是全反射,根据发生全反射的条件,知内芯材料的折射率比外套材料的折射率大,选项C正确;D项的偏振说明光是横波,选项D错误.答案:C2.如图,一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖,O点为该玻璃砖截面的圆心,下图能正确描述其光路的是()解析:在光的折射现象中,光疏介质中的角度比较大,光密介质中的角度比较小,选项C、D错误;光线由空气斜射向玻璃平面,一定会有折射光线,因此选项B错误;光线由玻璃斜射向空气在O点可能发生全反射,故选项A正确.答案:A3.(2015安徽理综,18)如图所示,一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上,经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气.当出射角i和入射角i相等时,出射光线相对于入射光线偏转的角度为.已知棱镜顶角为,则计算棱镜对该色光的折射率表达式为()A.B.C.D.解析:由题意知,光线进入棱镜时的折射角=,入射角 i=,则折射率n=,选项A正确.答案:A4.(2015江苏南京、盐城模拟)下列说法正确的是()A.一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时长B.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度C.大量事实证明,电磁波不能产生衍射现象D.受迫振动的频率总等于系统的固有频率解析:沿自身方向运动的杆的长度总比杆静止时短;衍射是波特有的现象,电磁波不例外;受迫振动的频率总等于驱动力的频率,不一定等于系统的固有频率.答案:B5.(2015山东青岛一模)一列横波沿x轴传播,传播方向未知,t时刻与t+0.4 s时刻波形相同,两时刻在x轴上-33 m的区间内的波形如图所示.下列说法中正确的是()A.该波最大速度为10 m/sB.质点振动的最小频率为2.5 HzC.在t+0.2 s时刻,x=3 m处的质点正在经过x轴沿y轴正向运动D.若波沿x轴正方向传播,处在原点的质点会随波沿正方向运动解析:根据题意可知周期T=(n=1,2,3,),由题图可知波长=4 m,则波速v=10n(n=1,2,3,),n越大,v越大,选项A错误;频率f=(n=1,2,3,),当n=1时,频率最小为f=2.5 Hz,选项B正确;t=0.2 s,即0.2 s为半个周期的整数倍,因此,在t+0.2 s时刻,x=3 m处的质点正在经过x轴,由于传播方向不确定,质点振动方向不确定,选项C错误;振动质点只在其平衡位置附近做振动,不随波迁移,选项D错误.答案:B6.一列简谐横波沿x轴传播,某时刻的波形如图所示,已知此时质点F的运动方向向y轴负方向,则()A.此波向x轴负方向传播B.质点C此时向y轴负方向运动C.质点C将比质点B先回到平衡位置D.质点E的振幅为零解析:因为机械波在传播过程中,靠近波源的质点的振动带动相邻的后边质点的振动,而后面质点要“模仿”前面质点的振动,所以本题中,已知质点F的运动方向向y轴负方向,即F质点正在“模仿”右边质点的振动,这说明波源在右边,波从右面向左传播,即此波向x轴负方向传播,选项A正确;质点C此时刚到达最大位移处,速度为0,此后才向y轴负方向运动,选项B错误;质点B要先向y轴正方向运动到达波峰位置再回到平衡位置,而质点C直接从波峰位置回到平衡位置,所以选项C正确;振幅指的是质点离开平衡位置到达的最大距离,虽然此时质点E的位移为零,但其振幅不为零,选项D错误.答案:AC7.一列简谐横波沿直线传播.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,已知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t=4 s时最大解析:由振动图象知,波从波源传到A质点经历时间为3 s,波速为v= m/s=0.3 m/s,选项C错误.由于周期T=4 s,所以波长=vT=1.2 m,选项A正确.由振动图象知,质点A起振方向沿y轴正方向,故波源起振方向沿y轴正方向,选项B正确.t=4 s时,质点A振动到最高点,此时速度为零,则动能为零,选项D错误.答案:AB8.一列简谐横波在某一时刻的波形如图甲所示,图中P、Q两质点的横坐标分别为x=1.5 m和x=4.5 m.P点的振动图象如图乙所示.下列四幅图,Q点的振动图象可能是()解析:由波动图象可知Q质点和P质点平衡位置相隔3 m,故振动相差T,由于不知波的传播方向,故不知两点的振动先后,尽管从P的振动图象能判断0时刻P的振动方向沿+y方向,故Q的振动可能超前P点T,也可能滞后T,故B、C选项均正确.答案:BC第卷(非选择题共52分)二、本题共2小题,共14分.把答案填在相应的横线上或按题目要求作答.9.(1)(5分)如图(1)所示为光学实验用的长方体玻璃砖,它的面不能用手直接接触.在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同,且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像,但最后一个针孔的位置不同,分别为d、e两点,如图(2)所示.计算折射率时,用(选填“d”或“e”)点得到的值较小,用(选填“d”或“e”)点得到的值误差较小.(2)(5分)(2012福建理综,19(1)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如下图):下列说法哪一个是错误的.(填选项前的字母)A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距x=测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为 mm.解析:(1)磨砂面可以用手接触,但光学面不能用手接触,因为光学面要透射光线,一旦接触,会影响透光.如图所示,连接c、d和c、e并延长分别交玻璃砖下边沿于O1、O2点,设ab延长线与玻璃砖上边沿交于O点,再连接OO1、OO2,这样可以看到用d点时的折射角较大,因为入射角相同,故依据n=知用d点时计算的折射率较小.因为c、e连线比c、d连线跟ab平行,故用e点得到的值误差较小.(2)调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,无须放上单缝和双缝,选项A错误.主尺的示数为1.5 mm,可动尺的示数为47.00.01 mm=0.470 mm,总的示数为(1.5+0.470) mm=1.970 mm.答案:(1)光学(1分)d(2分)e(2分)(2)A(3分)1.970(2分)10.(4分)如图,简谐横波在t时刻的波形如实线所示,经过t=3 s,其波形如虚线所示.已知图中x1与x2相距1 m,波的周期为T,且2Tt4T.则可能的最小波速为 m/s,最小周期为 s.解析:由题图知=7 m,若波沿x轴正方向传播,v=(n=2,3),若波沿x轴负方向传播v=(n=2,3),可能的最小波速vmin= m/s=5 m/s;最大波速vmax= m/s=9 m/s,由v=知最小周期T= s.答案:5(2分)(2分)三、本题共3小题,共38分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤.只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位.11.(11分)图示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图,玻璃丝长为L,折射率为n,AB代表端面.已知光在真空中的传播速度为c.(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面,求光线在端面AB上的入射角应满足的条件;(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间.解析:(1)设光线在端面AB上C点(如图)的入射角为i,折射角为r,由折射定律有sin i=nsin r(1分)设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为,为了使该光线可在此光导纤维中传播,应有(1分)式中,是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角,它满足nsin =1(1分)由几何关系得+r=90(1分)由式得sin i.(2分)(2)光在玻璃丝中传播速度的大小为v=(1分)光速在玻璃丝轴线方向的分量为vz=vsin (1分)光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为T=(1分)光线在玻璃丝中传播,在刚好发生全反射时,光线从端面AB传播到其另一端面所需的时间最长,由式得Tmax=.(2分)答案:(1)sin i(2)12.(13分)(2015湖南十校模拟)如图所示为一透明玻璃半球,在其下面有一平行半球上表面水平放置的光屏.两束关于中心轴OO对称的激光束从半球上表面垂直射入玻璃半球,恰能从球面射出.当光屏距半球上表面h1=40 cm时,从球面折射出的两束光线汇聚于光屏与OO轴的交点,当光屏距上表面h2=70 cm 时,在光屏上形成半径r=40 cm的圆形光斑.求该半球形玻璃的折射率.解析:光路如图所示,设临界光线AE、BF入射后,经E、F两点发生全反射,由几何关系可得O2QP=C(2分)O2O3=h2-h1=0.3 m(2分)O2Q=0.5 m(3分)sin C=(3分)又由折射定律得n=.(3分)答案:13.(14分)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:(1)入射角i;(2)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 15=2-).解析:(1)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=(1分)代入数据得C=45(2分)设光线在BC面上的折射角为r,由几何关系得r=30(2分)由折射定律得n=(1分)联立式,代入数据得i=45.(2分)(2)在OPB中,根据正弦定理得(2分)设所用时间为t,光线在介质中的速度为v,得=vt(1分)v=(1分)联立式,代入数据得t=L.(2分)答案:(1)45(2)L