（山西專版）2020版高考物理二輪復習 第四篇 選考題 熱點22 選修3-4精練（含解析）

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1、熱點22　選修3-4 熱考題型 　　1.機械振動與機械波部分 　　從近三年的高考試題看,該考點多以選擇題、填空題形式出現,但試題信息量大,一道題中考查多個概念、規(guī)律。對機械振動的考查著重放在簡諧運動的特征和振動圖象上,同時也通過簡諧運動的規(guī)律考查力學的相關知識。對機械波的考查重點在波的形成過程、傳播規(guī)律、波長和波動圖象及波的多解問題上。(1)要將兩種圖象加以比較、區(qū)別及了解其之間的聯系。兩種圖象形式相似,但物理意義完全不同,只有深刻理解了它們的不同物理意義才可能對某些問題作出正確的判斷。(2)熟練掌握波速、波長、周期和頻率的關系。(3)培養(yǎng)理解能力、推理能力、分析綜合能力和周密思考問題的

2、能力。 　　2.光學部分 　　分為光的傳播和光的波動性以及光的粒子性三部分,高考對本部分的考查一般以選擇題的形式出現,考查光線的方向的定性分析和定量計算問題;同時幾何光學還常與力學中的直線運動、平拋運動、圓周運動、萬有引力定律等相結合命題,考查學生的綜合分析能力。(1)明確介質折射率的大小關系,進而明確光線的偏折方向。(2)當光從光密介質射向光疏介質時,應注意全反射臨界角條件的判定。(3)注意理解折射過程中的幾何關系,這往往是解決許多題目的關鍵。 題型一　振動圖象與波動圖象的考查 1.(多選)如圖甲為某一列沿x軸正向傳播的簡諧橫波在t=1s時刻的波形圖,圖乙為參與波動的某一質點的振動圖

3、像,則下列說法正確的是(　　) A.該簡諧橫波的傳播速度為4m/s B.從此時刻起,經過2秒,P質點運動了8米的路程 C.從此時刻起,P質點比Q質點先回到平衡位置 D.乙圖可能是甲圖x=2m處質點的振動圖像 E.此時刻M質點的振動速度小于Q質點的振動速度 答案　ACD　由甲圖可得:λ=4m,由乙圖可得:T=1s,所以該簡諧橫波的傳播速度為:v=λT=4m/s,故A正確;t=2s=2T,則從此時刻起,經過2秒,P質點運動的路程為s=8A=8×0.2m=1.6m,故B錯誤;簡諧橫波沿x軸正向傳播,此時刻Q質點向上運動,而P質點直接向下運動,所以P質點比Q質點先回到平衡位置,故C正確

4、;由乙圖知t=0時刻質點的位移為0,振動方向沿y軸負方向,與甲圖x=2m處t=0時刻的狀態(tài)相同,所以乙圖可能是甲圖x=2m處質點的振動圖像,故D正確;質點越靠近平衡位置速度越大,則此時刻M質點的振動速度大于Q質點的振動速度,故E錯誤。 題型二　光的折射和全反射 2.如圖所示梯形玻璃磚ABCD,∠A=45°,∠B=105°,AB邊長為L。一束平行于AB邊的光線由AD邊入射,經折射后在AB邊中點發(fā)生全反射,直接射到BC邊,且與BC邊成45°角射出玻璃磚。求: (1)玻璃磚的折射率; (2)光在玻璃磚內傳播的時間。 答案　(1)2　(2)(3+1)L2c 解析　(1)光路如圖所示

5、 由幾何關系α+β=45° 105°+β+90°-α=180°,得α=30° 折射率:n=sin45°sinα 解得:n=2 (2)設光在玻璃磚中傳播兩段距離分別為x1和x2 由正弦定理有:L2sin(90°+α)=x1sin45° L2sin(90°-α)=x2sin105° 聯立得x1=66L,x2=6+3212L 又因為:n=cv,t=x1+x2v 聯立解得:t=(3+1)L2c 題型三　光的特性與機械波傳播的組合 3.(1)(多選)如圖,一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚,在玻璃磚底面上的入射角為θ,經折射后射出a、b兩束光線。則(　　) A.在玻璃中

6、,a光的傳播速度小于b光的傳播速度 B.在真空中,a光的波長小于b光的波長 C.玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率 D.若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大,則折射光線a首先消失 E.分別用a、b光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗,a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距 (2)波源S的振動圖像如圖甲所示,由此產生的簡諧波向右傳播,已知波上兩點S、P相距1.5m,如圖乙所示,波速v=6m/s,求: (ⅰ)作出t=0.25s時S、P間的波形圖; (ⅱ)在t=0到t=0.5s內,P點運動的路程。 答案　(1)ABD　(2)(ⅰ)圖見解析　(ⅱ)25cm 解析　(1)從光路圖

7、看,入射角相同,a光的折射角較大,所以玻璃磚對a光的折射率較大,a光的頻率較大,波長較短,B正確,C不正確;根據n=cv知va

8、0.2×4A=5A=25cm 題型四　波的基礎知識與幾何光學的組合 4.(1)(多選)圖甲是一列簡諧橫波在t=1.2s時刻的圖像,圖乙是波上A質點的振動圖像,下列說法正確的是　　　　。(填正確答案標號)? A.位于這列波右邊的人感覺這列波的頻率可能為0.6Hz B.這列波的波速是12.5m/s C.從t=1.2s開始,質點P比質點Q晚0.4s回到平衡位置 D.從t=1.2s開始,緊接著的0.6s時間內,A質點通過的路程是4m E.若該波在傳播過程中遇到一個尺寸為10m的障礙物,不能發(fā)生明顯衍射現象 (2)如圖所示,一束平行光由真空垂直射向半圓形玻璃磚左側面,該玻璃對光的折射

9、率為233,半圓形玻璃磚的半徑為R,光在真空中的速度為c。 ①求光在玻璃磚中的傳播速度; ②為使射向半圓形玻璃磚左側面的光不能從右側的圓弧面射出,可在右側的圓弧面貼上不透明的遮光紙,試求遮光紙的長度。 答案　(1)ACD　(2)①32c?、?πR3 解析　(1)由振動圖像可知,t=1.2s時A質點沿y軸正方向振動,根據波的傳播方向與質點振動方向的關系,這列波沿x軸負方向傳播,根據多普勒效應,A正確;這列波的波速v=λT=201.2m/s=503m/s,B錯誤;由y=Acos2πTt可求得Q質點經過0.1s回到平衡位置,P質點經過0.5s回到平衡位置,所以C正確;0.6s=T2,質點

10、振動的路程為s=2A=4m,選項D正確;發(fā)生明顯衍射現象的條件是障礙物的尺寸與波的波長差不多或比波的波長小,所以E錯誤。 (2)①由n=cv得光在玻璃磚中的傳播速度為v=cn=32c ②如圖所示,設光射到M點處恰好發(fā)生全反射,臨界角為C, 則 sinC=1n=32 得C=60° 在M與對稱的N之間有光射出,故遮光紙的長度就是MN之間的弧長L=R×2π3=2πR3。 跟蹤集訓 1.(1)(多選)如圖所示為某時刻的兩列簡諧橫波在同一介質中沿相同方向傳播的波形圖,此時a波上某質點P的運動方向如圖所示,則下列說法正確的是(　　) A.兩列波具有相同的波速 B.此時b波上的質點

11、Q正向上運動 C.一個周期內,Q質點沿x軸前進的距離是P質點的1.5倍 D.在P質點完成30次全振動的時間內Q質點可完成20次全振動 E.a波和b波在空間相遇處會產生穩(wěn)定的干涉圖樣 (2)某工件由相同透明玻璃材料的三棱柱和14圓柱組成,其截面如圖,該玻璃材料的折射率為n=2。ABC為直角三角形,∠ABC=30°,CDE為14圓,半徑為R,CE貼緊AC。一束單色平行光沿著截面從AB邊射入工件后垂直CE進入14圓。 (ⅰ)求該平行光進入AB界面時的入射角θ。 (ⅱ)若要使到達CD面的光線都能從CD面直接折射出來,該14圓至少要沿AC方向向上移動多大距離。 答案　(1)ABD　(2

12、)(ⅰ)45°　(ⅱ)2-22R 解析　(1)機械波的傳播速度由介質決定,故波速相同,A項正確;由質點P的振動方向可知,波沿x軸負方向傳播,故質點Q正向上運動,B項正確;質點Q和P沿y軸方向振動,并不沿x軸運動,C項錯誤;由波的圖像可知,a波波長是b波波長的23,根據v=λf可知a波的頻率應是b波頻率的32,D項正確;a、b兩波的頻率不同,所以在空間相遇處不會產生穩(wěn)定的干涉圖樣,E項錯誤。 (2)(ⅰ)光路如圖,光線在BC界面發(fā)生反射后垂直進入CE,由折射定律有 sinθsinα=2 由幾何關系可知光線在BC界面的入射角β=60°,在AB界面的折射角α=30°,解得θ=45°

13、(ⅱ)設該材料的臨界角為γ,則1sinγ=n 解得γ=45° 則該14圓至少要上移的距離d=R-Rsinγ=2-22R。 2.(1)(多選)一列簡諧橫波在某介質中沿直線由a點向b點傳播,a、b兩點的平衡位置相距2.5m,如圖所示,圖中實線表示a點的振動圖像,圖中虛線表示b點的振動圖像,則下列說法中正確的是　　　　。? A.質點a的振動方程為y=2sin10πt+π6cm B.從0時刻起經過0.40s,質點a、b運動的路程均為16cm C.在t=0.45s時質點b又回到平衡位置 D.在0.1~0.15s內,質點b向y軸負方向運動,做加速度逐漸變大的減速運動 E.此波的傳播速度

14、可能為1.2m/s (2)一立方體透明物體橫截面如圖所示,BC和CD側均鍍銀(圖中粗線),P、M、Q、N分別為AB邊、BC邊、CD邊、AD邊的中點,虛線在ABCD所在的平面內并與AB平行。虛線上有一點光源S,從S發(fā)出一條細光線射到P點時與PA的夾角成30°,經折射后直接射到M點,最后從透明物體的AD面上射出且剛好可以回到S點。試求:(2=1.41,6=2.45,sin15°=0.26) (ⅰ)透明物體的折射率n; (ⅱ)若光在真空中的速度為c,正方形ABCD的邊長為a,則光從S點發(fā)出后,經過多長時間射回S點。 答案　(1)ABD　(2)(ⅰ)1.225　(ⅱ)5.3ac 解析　(

15、1)由圖像可知,周期T=0.2s。在t=0.40s時質點b又回到平衡位置,在t=0.45s時質點b到達最大位移處,選項C錯誤;根據題述a、b兩點的平衡位置相距2.5m,可得λ12+nλ=2.5m,解得:λ=301+12nm。此波的傳播速度為v=λT=1501+12nm/s,其中n=0,1,2,3…,故傳播速度不可能為1.2m/s,選項E錯誤。 (2)(ⅰ)根據題意作光路圖,光線在P點發(fā)生折射時,入射角為60°,折射角為45°。 故透明物體的折射率n=sin60°sin45°=62=1.225 (ⅱ)連接PN,由幾何關系可得PN、PM、QN、QM的長均為22a,∠PSN=30°,SN=SP=PN2sin15° 光在透明物體中的速度v=cn 光在透明物體中傳播所用的時間 t1=PM+QM+QNv 光在透明物體外傳播所用的時間t2=SP+SNc 故光從S點發(fā)出到射回S點所經歷的時間 t=t1+t2≈5.3ac。 10