机械振动+波+光学+综合练习+-吉林省通榆县第一中学2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

                                     选择性必修一  机械振动,波,光学综合练习

一、选择题（本大题共10小题，1--7为单选题,单选题每小题4分;8--10为多选题,多选题每小题6分,选不全为3分,共46分）

1.如图所示为某质点在0～4s内的振动图像，则(　　)

A．质点振动的振幅是2m，频率为4Hz

B．质点在4s末的位移为8m

C．质点在0～4s内的路程为8m

D．质点在t＝1s到t＝3s的时间内，速度先沿x轴正方向后沿x轴负方向，且速度先增大后减小

2．如图所示，一质点做简谐运动，O点为平衡位置，质点先后以相同的速度依次通过M、N两点，历时1s，质点通过N点后再经过1s又第2次通过N点，在这2s内质点通过的总路程为12cm.则质点的振动周期和振幅分别为(　　)

A．3s,6cm      B．4s,9cm

C．4s,6cm      D．2s,8cm

3.图甲为一列简谐横波在t=0.1 s时的波形图,图乙为介质中平衡位置在x=4 m处的质点Q的振动图像。下列说法正确的是(　　)

A.横波沿x轴正方向传播

B.波传播的速度为40 m/s

C.在0.1 s时间内质点P能移动到Q位置

D.在任意0.15 s内Q运动的路程均为30 cm

4.利用图1所示的装置(示意图),观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是(　　)

A.甲对应单缝,乙对应双缝

B.甲对应双缝,乙对应单缝

C.都是单缝,甲对应的缝宽较大

D.都是双缝,甲对应的双缝间距较大

5．在完全透明的水下某处，放一点光源，在水面上可以见到一个圆形透光平面，如果圆形透光平面的半径匀速增大，那么光源         （　　）

A．加速上升B．加速下沉

C．匀速上升 D．匀速下沉

6．如右图所示是两个完全相同的波源在介质中叠加而成的干涉的示意图，实线表示波峰，虚线表示波谷，则下列说法正确的是     （　　）

A．A点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动减弱

B．B点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强

C．C点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动仍加强

D．D点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强

7.     如图所示,在光滑杆下面铺一张可沿垂直杆方向匀速移动的白纸,一带有铅笔的弹簧振子在A、B两点间做机械振动,可以在白纸上留下痕迹。

8.     已知弹簧的劲度系数为k=10 N/m,振子的质量为0.1 kg,白纸移动的速度为0.4 m/s,弹簧弹性势能的表达式Ep=ky2,不计一切摩擦。

9.     在一次实验中得到如图所示的图线,则下列说法中正确的是(　)

A.该弹簧振子的振幅为16 cm

B.该弹簧振子的周期为0.25 s

C.该弹簧振子的最大加速度为8 m/s2

D.该弹簧振子的最大速度为1.6 m/s

8．一列简谐横波沿直线传播，该直线上的a、b两点相距4．42 m．图中实、虚两条曲线分别表示平衡位置在a、b两点处质点的振动曲线．从图示可知         （　　）

A．此列波的频率一定是10 Hz

B．此列波的波长一定是0．1 m

C．此列波的传播速度可能是34 m/s

D．a点一定比b点距波源近

9.如图甲所示,B、C和P是同一水平面内的三个点,沿竖直方向振动的横波Ⅰ在介质中沿BP方向传播,P与B相距45 cm,B点的振动图像如图乙所示;沿竖直方向振动的横波Ⅱ在同一介质中沿CP方向传播,P与C相距60 cm,C点的振动图像如图丙所示,在t=0时刻,两列波同时分别经过B、C两点,两列波的波速都为30 cm/s,两列波在P点相遇,则以下说法正确的是(　　)

A.两列波的波长之比为3∶4

B.波遇到20 cm的障碍物将发生明显衍射现象

C.P点为加强点其振幅为70 cm

D.4.5 s时P点在平衡位置且向下振动

10．如右图所示，两束颜色不同的单色光a、b平行于三棱镜底边BC从AB边射入，经三棱镜折射后相交于点P，下列说法中正确的是     （　　）

A．三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率 

B．a光在三棱镜中传播的速度较大

C．让a光和b光通过同一双缝干涉实验装置，a光的条纹间距小于b光的条纹间距

D．在利用a光和b光做衍射实验时，b光的实验现象更明显

二.填空题(本题2小题,共14分)

11．（6分）如下图所示，某同学做“测定玻璃的折射率”实验时，完成光路图后，由于没有量角器，借助圆规以O为圆心画圆，该圆交入射光线于A点，交OO'连线延长线于C点．分别过A点、C点作法线NN'的垂线AB、CD交NN'于B点、D点，请用刻度尺测量并计算得到此种玻璃的折射率n＝　　　　．（结果保留两位有效数字） 

12．（8分）某次实验时，某同学调节分划板的位置，使分划板中心刻线对齐某亮条纹的中心，如右图所示，此时测量头的读数为　　　　mm．转动手轮，使分划板向一侧移动到另一条亮条纹的中心位置，再次从测量头上读数．若实验测得第1条到第4条亮条纹中心间的距离为a＝0．960 mm，已知双缝间距为d＝1．5 mm，双缝到屏的距离为l＝1．00 m，则对应的光波波长λ应为　　　　． 

三、论述·计算题(共4小题，共40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)

13.(10分)图(甲)中是一个单摆振动的情形,O是它的平衡位置,B、C是摆球所能到达的最远位置,设摆球向右运动为正方向,图(乙)是这个单摆的振动图像,根据图像回答:

(1)单摆振动的频率是多大?

(2)开始时刻摆球在何位置?

(3)若当地的重力加速度为10 m/s2,试求这个摆的摆长是多少?

14.(10分)如图所示,AB为一直光导纤维,A、B之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射,由A点传输到B点所用时间为t,已知光在真空中的传播速度为c。试求光导纤维所用材料的折射率。

15.(10分)如图所示,OAB是放在水平桌面上的截面为圆的玻璃砖,圆心为O,半径为r。MN是不透明的细长管,它与OA边平行,且到OA边的距离为r,MN内有一点光源S,当一观察者在OB左侧的某点K沿KP方向看去,恰好看到该点光源S。已知∠OPK=30°,该光源发出的光在真空中传播速度为c,不考虑光在玻璃砖内的反射。求:

(1)玻璃对该光的折射率;

(2)该光穿过玻璃砖所用的时间。

16.(10分)如图所示,实线是一列简谐横波在t1=0时刻的波形图,虚线是在t2=0.2 s时刻的波形图。

(1)求此列波传播速度的可能值;

(2)若波速为55 m/s,求x=5 m处的质点M在t1时刻的振动方向;

(3)在t1到t2时间内,x=5 m处的质点M通过的路程为1.8 m,求波的传播速度。

机械振动 波 光学综合练习参考答案

1.C解析　由题图可知振动的振幅A＝2m，周期T＝4s，则频率f＝＝0.25Hz，选项A错误；振动质点的位移是质点离开平衡位置的位移，4s末的位移为零，选项B错误；0～4s内的路程s＝4A＝8m，选项C正确；质点从t＝1s到t＝3s的时间内，一直沿x轴负方向运动，选项D错误．

2　C解析　做简谐运动的质点，先后以相同的速度通过M、N两点，可判定M、N两点关于平衡位置O对称，所以质点由M到O所用的时间与由O到N所用的时间相等，则质点由平衡位置O到N点所用的时间t1＝0.5 s；因过N点后再经过t＝1 s质点以方向相反、大小相等的速度再次通过N点，则知质点从N点到最大位移处所用的时间t2＝0.5 s，因此，质点振动的周期是T＝4(t1＋t2)＝4 s．题中2 s内质点通过的总路程为振幅的2倍，所以振幅A＝ cm＝6 cm.选C.

3B解析:t=0.1 s时刻质点Q向下振动,可知横波沿x轴负方向传播,

故A错误;波传播的速度为v== m/s=40 m/s,故B正确;根据波的传播特点可知,质点并不随波迁移,而是在平衡位置附近做简谐运动,故C错误;0.15 s=T,则若Q点是从平衡位置或者波峰或波谷位置开始计时,则在0.15 s内Q运动的路程为30 cm,否则就不是30 cm,

故D错误。

4A解析:单缝衍射图样的中央条纹亮且宽,相邻条纹间距不等;双缝干涉图样中相邻条纹间距相等。根据题目中给出的甲、乙两种图样可知,甲是单缝衍射的图样,乙是双缝干涉的图样,A选项正确。

5　D解析:如右图所示，在水面上看到透光平面半径为R．设光从水射入空气发生全反射sin C＝，由几何知识得sin C＝，由以上两式得＝，得R＝．透光平面半径与h成正比，R均匀增大，h也均匀增大，故D选项正确

6　C

解析　A、C连线所在区域为振动加强区域，经过任意时间，该区域仍然是振动加强区域，A错误，C正确；B、D连线所在区域为振动减弱区域，经过任意时间，该区域仍然是振动减弱区域，B、D错误．

7.C解析:振幅为振子偏离平衡位置的最大距离,故该弹簧振子的振幅为

8 cm,A错误;一个周期内白纸移动距离l=20 cm,白纸移动速度为v=

0.4 m/s,该弹簧振子的周期为T==0.5 s,B错误;该弹簧振子的最大加速度为a==8 m/s2,C正确;由能量关系可得kA2=m,可得弹簧振子的最大速度为vm=A=0.8 m/s,D错误。

8.AC

解析:由图象容易判断A正确，B、D错误．注意a、b两点并不正好间隔（＋n）λ或（＋n）λ，由v＝可知C正确．

9BC解析:由图可知,两列波的周期都是T=1 s,由波长公式v=得λ=vT=0.3×1 m=0.3 m,则两列波的波长相等,A错误;依据发生明显衍射条件,由于30 cm>20 cm,则波遇到20 cm的障碍物将发生明显衍射现象,

B正确;由于两列波到达P点的路程差为PC-PB=0.6 m-0.45 m=

0.15 m=0.5λ,而T=0时刻两列波振动方向相反,则P是振动加强的点,振幅等于两波振幅之和,即为70 cm,C正确;波从C传到P的时间为t= s=2 s,波从B传到P的时间为t= s=1.5 s,在t=2 s时两波叠加经过平衡点向下运动,经过2.5个周期,经过平衡位置向上振动,D错误。

10ACD解析:由a、b经棱镜后的偏折情况可知a的折射率大于b的折射率，故A正确；由n＝知，a光在棱镜中的传播速度小，故B错误；a的折射率大，频率大．由v＝λf可知a的波长小，由Δx＝λ知，a光的条纹间距小，故C正确；b光的波长大，衍射现象更明显，故D正确．

11答案　1．5

解析:　由折射定律有n＝＝＝，测得AB＝1．13 cm、CD＝0．73 cm，代入数据解得n≈1．5．

12答案　1．180（1．179～1．181均正确）　4．8×10－4 mm

解析:测量头的示数为1．180（1．179～1．181 mm均正确）．相邻两条亮（暗）条纹间的距离Δx＝＝ mm＝0．320 mm，由公式Δx＝λ得λ＝Δx＝4．8×10－4 mm．

13(10分)解析:(1)由图(乙)知周期T=0.8 s                  (3分)

则频率f==1.25 Hz。                            (2分)

(2)由图(乙)知,0时刻摆球在负向最大位移处,因向右为正方向,所以在B点。  (2分)                                  

(3)由T=2π得l=≈0.16 m。                  (3分)

答案:(1)1.25 Hz　(2)B点　(3)0.16 m

14(10分)答案:

解析:由于恰好在界面发生全反射,

因此可知sinα=                                   (2分)

设光在介质中传播的路程为L,可得sin α=             (2分)

光在介质中传播的速度v=                            (2分)

又由于n=                                          (2分)

联立可得n=。                                    (2分)

15(10分)答案:(1)　(2)

解析:(1)由题意作出光路图,如图。

可知CQ=r,由几何知识可知α=60°,β=60°,θ1+θ2=60°,

由光的折射定律可知,θ1=θ2,

所以θ1=30°,

玻璃对该光的折射率n==。

(2)由折射率公式n=,

可得光在玻璃中传播的速度v=c,

由几何知识可知,光在玻璃中传播的路程为s=PQ=r,

该光穿过玻璃砖所用的时间t==。

16解析:(1)(2)从波的图像可以看出,波长λ=4 m,

若波沿x轴正方向传播,波传播的距离为x1=(n+)λ(n=0,1,2,3,…)

波传播的速度为v1==5(4n+1) m/s(n=0,1,2,3,…)

无论n取值多少都不能求出波速55 m/s。

若波沿x轴负方向传播,波传播的距离为x2=(n+)λ(n=0,1,2,3,…)

波传播的速度为v2==5(4n+3) m/s(n=0,1,2,3,…)

当n=2,解得v2=55 m/s。

则波沿x轴负方向传播,根据波的传播方向与质点的振动方向的关系,则质点M沿y轴负方向振动。

(3)从波的图像可以看出振幅为A=20 cm=0.2 m,

M通过的路程为1.8 m,则经历的时间是两个周期再加四分之一周期,

波传播的距离为x3=2λ+λ=9 m,

波速大小为v3==45 m/s