高中物理第11章高中物理選修3-4機械振動和機械波光學(xué)典型例題(含答案)【經(jīng)典】

1、可編輯修改WORD版本可編輯修改WORD版本 7/7可編輯修改WORD版本高中物理第11章高中物理選修3-4機械振動和機械波光學(xué)典型例題(含答案)【經(jīng)典】 選修3-4 機械振動和機械波 電磁振蕩與電磁波 光現(xiàn)象 相對論 知識點1：簡諧運動的特點（各物理量的變化及對稱性） 1做簡諧振動的物體，當(dāng)它每次經(jīng)過同一位置時，可能不同的物理量是( ) A 位移 B 速度 C 加速度 D 回復(fù)力 答案 B 2兩個相同的單擺靜止于平衡位置，使擺球分別以水平初速度v 1、v 2(v 1v 2)在豎直平面內(nèi)做小角度擺動，它們的頻率與振幅分別為f 1、f 2和A 1、A 2，則( )答案 C A f 1f 2，A

2、1A 2 B f 1f 2，A 1A 2 C f 1f 2，A 1A 2 D f 1f 2，A 1A 2 1(單選)若單擺的擺長適當(dāng)變大，擺球的質(zhì)量由20 g 增加為40 g ，擺球離開平衡位置的最大角度不變，則單擺振動的( )答案 B A 頻率不變，振幅不變 B 頻率變小，振幅變大 C 頻率變小，振幅不變 D 頻率變大，振幅變大 3(單選)如圖所示，兩根完全相同的彈簧和一根張緊的細(xì)線將甲、乙兩物塊束縛在光滑水平面上，已知甲的質(zhì)量大于乙的質(zhì)量當(dāng)細(xì)線突然斷開后，兩物塊都開始做簡諧運動，在運動過程中( )答案 C A 甲的振幅大于乙的振幅 B 甲的振幅小于乙的振幅 C 甲的最大速度小于乙的最大速度

3、 D 甲的最大速度大于乙的最大速度 3如圖所示，彈簧振子在B 、C 間振動，O 為平衡位置，BO OC 5 cm ，若振子從B 到C 的運動時間是1 s ，則下列說法正確的是( )答案 D A 振子從B 經(jīng)O 到C 完成一次全振動 B 振動周期是1 s ，振幅是10 cm C 經(jīng)過兩次全振動，振子通過的路程是20 cm D 從B 開始經(jīng)過3 s ，振子通過的路程是30 cm 2如圖所示，彈簧振子在振動過程中，振子從a 到b 歷時0.2 s ，振子經(jīng)a 、b 兩點時速度相同，若它從b 再回到a 的最短時間為0.4 s ，則該振子的振動頻率為( )答案 B A 1 Hz B 1.25 Hz C 2

4、 Hz D 2.5 Hz 如圖，一輕彈簧一端固定，另一端連接一物塊構(gòu)成彈簧振子，該物塊是由a 、b 兩個小物塊粘在一起組成的物塊在光滑水平面上左右振動，振幅為A 0，周期為T 0.當(dāng)物塊向右通過平衡位置時，a 、b 之間的粘膠脫開；以后小物塊a 振動的振幅和周期分別為A 和T ，則A _A 0(填“”、“”、“f 0時，該振動系統(tǒng)的振幅隨f 減小而增大 C 該振動系統(tǒng)的振動穩(wěn)定后，振動的頻率等于f 0 D 該振動系統(tǒng)的振動穩(wěn)定后，振動的頻率等于f 10 (單選)如圖所示的裝置，彈簧振子的固有頻率是4 Hz.現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動把手，給彈簧振子以周期性的驅(qū)動力，測得彈簧振子振動達到穩(wěn)定時的頻率為1 Hz

5、，則把手轉(zhuǎn)動的頻率為_答案 A A 1 Hz B 3 Hz C 4 Hz D 5 Hz 11一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，如圖甲所示，該裝置可用于研究彈簧振子的受迫振動勻速轉(zhuǎn)動把手時，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動力，使振子做受迫振動把手勻速轉(zhuǎn)動的周期就是驅(qū)動力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動的速度就可以改變驅(qū)動力的周期若保持把手不動，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡諧運動，振動圖線如圖乙所示當(dāng)把手以某一速度勻速運動，受迫振動達到穩(wěn)定時，砝碼的振動圖象如圖丙所示若用T 0表示彈簧振子的固有周期，T 表示驅(qū)動力的周期，r 表示受迫振動達到穩(wěn)定后砝碼振動的振幅，則： (1)穩(wěn)定后，物體振動的頻率f _ Hz. (2

6、)欲使物體的振動能量最大，需滿足什么條件？ 答：_. (3)利用上述所涉及的知識，請分析某同學(xué)所提問題的物理依 據(jù)“某同學(xué)考慮，我國火車第六次大提速時，需盡可能的增加鐵軌單節(jié)長度，或者是鐵軌無接頭” 答：_. 答案 (1)0.25 (2)物體的振動能量最大時，振幅最大，故應(yīng)發(fā)生共振，所以應(yīng)有T T 04 s. (3)若單節(jié)車軌非常長，或無接頭，則驅(qū)動力周期非常大，從而遠(yuǎn)離火車的固有周期，使火車的振幅較小，以便來提高火車的車速 知識點4：機械波的形成及特點 1（單選）用手握住較長軟繩的一端連續(xù)上下抖動，形成一列簡諧橫波某一時刻的波形如圖所示，繩上a 、b 兩質(zhì)點均處于波峰位置下列說法正確的是(

7、)答案 D A a 、b 兩點之間的距離為半個波長 B a 、b 兩點振動開始時刻相差半個周期 C b 點完成全振動次數(shù)比a 點多一次 D b 點完成全振動次數(shù)比a 點少一次 3（單選）一列橫波沿水平繩傳播，繩的一端在t 0時開始做周期為T 的簡諧運動，經(jīng)過時間t ? ?3T 40.01 s. 波沿x 軸_(填“正”或“負(fù)”)方向傳播 求波速 答案 正 100 m/s 3單選一列簡諧橫波沿直線傳播，某時刻該列波上正好經(jīng)過平衡位置的兩質(zhì)點相距6 m ，且這兩質(zhì)點之間的波峰只有一個，則該簡諧波可能的波長為( )答案 C A 4 m 、6 m 和8 m B 6 m 、8 m 和12 m C 4 m

8、、6 m 和12 m D 4 m 、8 m 和12 m 5(單選)在xOy 平面內(nèi)有一列沿x 軸正方向傳播的簡諧橫波，波速為2 m/s ，振幅為A .M 、N 是平衡位置相距2 m 的兩個質(zhì)點，如圖所示在t 0時，M 通過其平衡位置沿y 軸正方向運動，N 位于其平衡位置上方最大位移處已知該波的周期大于1 s 則( )答案 D A 該波的周期為53 s B 在t 1 3 s 時，N 的速度一定為2 m/s C 從t 0到t 1 s ，M 向右移動了2 m D 從t 13 s 到t 2 3 s ，M 的動能逐漸增大 8(多選)如圖所示，一根張緊的水平彈性繩上的a 、b 兩點相距14.0 m ，b

9、點在a 點的右方，當(dāng)一列簡諧波沿此繩向右傳播時，若a 點位移達到正向極大，b 點的位移恰為零且向下運動，經(jīng)過1.00 s 后，a 點的位移為零且向下運動，而b 點的位移恰好達到負(fù)向最大，則這列簡諧波的波速可能等于( )答案 BD A 14.0 m/s B 10.0 m/s C 6.00 m/s D 4.67 m/s 13一列簡諧橫波沿x 軸正方向傳播，t 0時刻的波形如圖所示，介質(zhì)中質(zhì)點P 、Q 分別位于x 2 m 、x 4 m 處從t 0時刻開始計時，當(dāng)t 15 s 時質(zhì)點Q 剛好第4次到達波峰 求波速 寫出質(zhì)點P 做簡諧運動的表達式(不要求推導(dǎo)過程) 答案 v 1 m/s y 0.2 si

10、n(0.5t )m 14如圖223所示是一列橫波上A 、B 兩質(zhì)點的振動圖象，該波由A 向B 傳播，兩質(zhì)點沿波的傳播方向上的距離x 4.0 m ，波長大于3.0 m ，求這列波的波速 答案 40 m/s 或8.0 m/s 知識點7：波的衍射和干涉、多普勒效應(yīng)： 2兩波源S1、S2在水槽中形成的波形如圖所示，其中實線表示波峰，虛線表示波谷，則()答案B A在兩波相遇的區(qū)域中會產(chǎn)生干涉 B在兩波相遇的區(qū)域中不會產(chǎn)生干涉 Ca點的振動始終加強 Da點的振動始終減弱 3如圖所示為觀察水面波衍射的實驗裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個小孔，O是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋

11、(圖中曲線)之間的距離表示一個波長，則對波經(jīng)過孔后的傳播情況，下列描述不正確的是()答案D A此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象 B擋板前后波紋間距相等 C如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象 D如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象 4如圖甲所示，男同學(xué)站立不動吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來回擺動，下列關(guān)于女同學(xué)的感受的說法正確的是()答案AD A女同學(xué)從A向B運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高 B女同學(xué)從E向D運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高 C女同學(xué)在C點向右運動時，她感覺哨聲音調(diào)不變 D女同學(xué)在C點向左運動時，她感覺哨聲音調(diào)變低 利用發(fā)波水槽得到的水面波形如圖a、b所

12、示，則() A圖a、b均顯示了波的干涉現(xiàn)象答案D B圖a、b均顯示了波的衍射現(xiàn)象 C圖a顯示了波的干涉現(xiàn)象，圖b顯示了波的衍射現(xiàn)象 D圖a顯示了波的衍射現(xiàn)象，圖b顯示了波的干涉現(xiàn)象 6對聲波的各種現(xiàn)象，以下說法中正確的是()答案BC A在空房子里講話，聲音特別響，這是聲音的共振現(xiàn)象 B繞正在發(fā)音的音叉走一圈，可以聽到忽強忽弱的聲音，這是聲音的干涉現(xiàn)象 C火車遠(yuǎn)去時，音調(diào)變低 D把耳朵貼在鐵軌上可以聽到遠(yuǎn)處的火車聲，屬于聲波的衍射現(xiàn)象 1(多選)下列關(guān)于波的說法中正確的是()答案AB A只有頻率相同的兩列波相遇才能發(fā)生干涉現(xiàn)象 B當(dāng)雷達波經(jīng)過迎面而來的汽車反射后頻率增高 C只有橫波遇到尺寸與其波

13、長相當(dāng)?shù)恼系K物時，才發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 D一列縱波以波速v在介質(zhì)中向右傳播，則介質(zhì)中質(zhì)點也以速度v向右運動 (1)如圖所示，在某一均勻介質(zhì)中，A、B是振動情況完全相同的兩個波源，其簡諧運動表達式均為x0.1sin(20t) m，介質(zhì)中P點與A、B兩波源間的距離分別為4 m和5 m，兩波源形成的簡諧 橫波分別沿AP、BP方向傳播，波速都是10 m/s. (1)求簡諧橫波的波長 (2)P點的振動_(填“加強”或“減弱”) 答案(1)1 m(2)加強 知識點8： 光的反射、折射、全反射 13 (多選)固定的半圓形玻璃磚的橫截面如圖，O 點為圓心，OO 為直徑MN 的垂線足夠大的光屏PQ 緊靠玻璃磚右

14、側(cè)且垂直于MN .由A 、B 兩種單色光組成的一束光沿半徑方向射向O 點，入射光線與OO 夾角較小時，光屏NQ 區(qū)域出現(xiàn)兩個光斑，逐漸增大角，當(dāng)時，光屏NQ 區(qū)域A 光的光斑消失，繼續(xù)增大角，當(dāng)時，光屏NQ 區(qū)域B 光的光斑消失，則( )答案 AD A 玻璃磚對A 光的折射率比對B 光的大 B A 光在玻璃磚中傳播速度比B 光的大 C 時，光屏上只有1個光斑 D 2時，光屏上只有1個光斑 1如圖所示，空氣中有一折射率為2的玻璃柱體，其橫截面是圓心角為90、半徑為R 的扇形OAB ，一束平行光平行于橫截面，以45入射角照射到OA 上，OB 不透光，若只考慮首次入射到圓弧AB 上的光，則圓弧AB

15、上有光透出部分的弧長為( )答案 B A.16R B.14R C.13R D.512R 2如圖所示，ABCD 是一直角梯形棱鏡的橫截面，位于截面所在平面內(nèi)的一束光線由O 點垂直AD 邊射入已知棱鏡的折射率n 2，AB BC 8 cm ，OA 2 cm ，OAB 60. 求光線第一次射出棱鏡時，出射光線的方向 第一次的出射點距C _cm. 解析 設(shè)發(fā)生全反射的臨界角為C ，由折射定律得sin C 1 n ，代入數(shù)據(jù)得C 45 光路圖如圖所示，由幾何關(guān)系可知光線在AB 邊和BC 邊的入射角均為60，均發(fā)生全反射設(shè)光線在CD 邊的入射角為，折射角為，由幾何關(guān)系得30，小于臨界角，光線第一次射出棱鏡是

16、在CD 邊，由折射定律得n sin sin ，代入數(shù)據(jù)得45 由于AO 2 cm ，AB BC 8 cm ，由幾何關(guān)系得 AE BE BF CF 4 cm ，所以CG CF tan 3043 3cm 如圖所示為一光導(dǎo)纖維(可簡化為一長玻璃絲)的示意圖，玻璃絲長為L ，折射率為n ，AB 代表端面已知光在真空中的傳播速度為c . ()為使光線能從玻璃絲的AB 端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣妫蠊饩€在端面AB 上的入射角應(yīng)滿足的條件； ()求光線從玻璃絲的AB 端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣嫠璧淖铋L時間 答案 ()sin i n 21 ()Ln 2c 解析 ()由折射定律有sin i n sin n sin 1 由幾何

17、關(guān)系得90 由式得sin i n 21 ()速度v c n 光速在玻璃絲軸線方向的分量為v z v sin 光線從玻璃絲端面AB 傳播到其另一端面所需時間為T L v z 在剛好發(fā)生全反射時，光線從端面AB 傳播到其另一端面所需的時間最長，由式得T max Ln 2 c 2如圖為單反照相機取景器的示意圖，ABCDE 為五棱鏡的一個截面，AB BC .光線垂直AB 射入，分別在CD 和EA 上發(fā)生反射，且兩次反射的入射角相等，最后光線垂直BC 射出若兩次反射都為全反射，則該五棱鏡折射率的最小值是多少？(計算結(jié)果可用三角函數(shù)表示) 答案 1 sin 22.5 解析 由題意知，光線經(jīng)界面CD 和界面

18、EA 兩次反射后傳播方向改變了90，光線在兩界面上反射時入射角與反射角的和都為45，則對應(yīng)的入射角為22.5，若此時恰好發(fā)生全反射，則折射率為最小值，即n 1sin C 1 sin 22.5. 6一玻璃三棱鏡，其橫截面為等腰三角形，頂角為銳角，折射率為 2.現(xiàn)在橫截面內(nèi)有一光線從其左側(cè)面上半部射入棱鏡不考慮棱鏡內(nèi)部的反射若保持入射線在過入射點的法線的下方一側(cè)(如圖所示)，且要求入射角為任何值的光線都會從棱鏡的右側(cè)面射出，則頂角可在什么范圍內(nèi)取值？ 答案 045 解析 設(shè)入射光線經(jīng)玻璃折射時，入射角為i ，折射角為，射至棱鏡右側(cè)面的入射角為，根據(jù)折射定律有sin i n sin 由幾何關(guān)系得 當(dāng)

19、i 0時，由式知0，有最大值m (如圖)，由式得m 同時m 應(yīng)小于玻璃對空氣的全反射臨界角，即sin m 1 n 由式和題給條件可得，棱鏡頂角的取值范圍為045 7一玻璃立方體中心有一點狀光源今在立方體的部分表面鍍上不透明薄膜，以致從光源發(fā)出的光線只經(jīng)過一次折射不能透出立方體，已知該玻璃的折射率為 2，求鍍膜的面積與立方體表面積之比的最小值 答案 4 解析 如圖，考慮從玻璃立方體中心O 點發(fā)出的一條光線，假設(shè)它斜射到玻璃立方體上表面發(fā)生折射根據(jù)折射定律有n sin sin 式中，n 是玻璃的折射率，入射角等于，是折射角現(xiàn)假設(shè)A 點是上表面面積最小的不透明薄膜邊緣上的一點由題意，在A 點剛好發(fā)生

20、全反射，故A 2 設(shè)線段OA 在立方體上表面的投影長為R A ，由幾何關(guān)系有sin A R A R 2A ? ?a 22 式中a 為玻璃立方體的邊長由式得R A a 2 n 21 由題給數(shù)據(jù)得R A a 2 由題意，上表面所鍍的面積最小的不透明薄膜應(yīng)是半徑為R A 的圓所求的鍍膜面積S 與玻璃立方體的表面積S 之比為S S 6R 2A 6a 2 由得S S 4. 5利用半圓柱形玻璃，可減小激光光束的發(fā)散程度在如圖310所示的光路中，A 為激光的出射點，O 為半圓柱形玻璃橫截面的圓心，AO 過半圓頂點若某條從A 點發(fā)出的與AO 成角的光線，以入射角i 入射到半圓弧上，出射光線平行于AO ，求此玻

21、璃的折射率 答案 折射率n sin i sin i 解析 如圖所示 延長入射光線AB 交半圓形玻璃磚直邊于D ，OBD i ，CBD ， 所以折射角OBC i ，故n sin i sin i . 6如圖所示，上下表面平行的玻璃磚折射率為n 2，下表面鑲有銀反射面，一束單色光與界面的成45角射到玻璃表面上，結(jié)果在玻璃磚右邊豎直光屏上出現(xiàn)相距h 2.0 cm 的光點A 和B (圖中未畫出A 、B ) (1)請在圖中畫出光路示意圖 (2)求玻璃磚的厚度d . 解析 (1)光路圖如圖(2)設(shè)第一次折射時折射角為.則有：n sin 90 sin ，解得：30 設(shè)第二次折射時折射角為，則有：sin sin 1 n ，解得：45，由幾何關(guān)系得：h 2d tan ，d h 2tan 2 2tan 30 3 cm. 14一底面半徑為R 的半圓柱形透明體的折射率為n 3，橫截面如圖316所示，O 表示半圓柱形截面的圓心一束極窄的