第一篇專題知能突破專題八機械振動機械波光及光的本性1．(1)關(guān)于對光現(xiàn)象的解釋，下列說法中正確的是()A．自然光斜射到玻璃、水面、木質(zhì)桌面時，反射光和折射光都是偏振光B．水面上的油膜呈現(xiàn)彩色是光的衍射現(xiàn)象C．在白熾燈的照射下從兩塊捏緊的玻璃板表面看到彩色條紋，這是光的干涉現(xiàn)象D．光導(dǎo)纖維是利用了光的全反射規(guī)律(2)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，在t＝0時刻的完整波形如圖8－16所示．當t＝0.7s時，A點第4次位于波峰位置，B點首次位于波谷位置，則再經(jīng)過________s，A、B又再次回到平衡位置，此時A、B相距________m.圖8－16解析：(1)自然光斜射到玻璃、水面、木質(zhì)桌面時，反射光和折射光都是偏振光，A項正確；水面上的油膜呈現(xiàn)彩色是因為光的干涉而產(chǎn)生的，B項錯；在白熾燈的照射下從兩塊捏緊的玻璃板表面看到彩色條紋，這是光的干涉現(xiàn)象，C項正確；光導(dǎo)纖維是利用了光的全反射規(guī)律，D項正確．(2)當t＝0.7s時，A點第4次位于波峰位置，即3個半周期，由此可知，波的周期T＝0.2s，再經(jīng)T/4，即0.05s，A、B又再次回到平衡位置．由波動圖象可知，波長為20m，當B點首次到達波谷時，可認為A點的振動通過3個半周期恰好傳到B點，故A、B相距的距離為3個半波長，即70m.答案：(1)ACD(2)0.05702．(1)一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，波速為0.5m/s，在某時刻波形如圖8－17中實線所示，經(jīng)過一段時間后波形如圖中虛線所示，在這段時間里，圖中P點處的質(zhì)元通過的路程可能是()圖8－17A．0.4mB．0.5mC．0.6mD．0.7m(2)某學生利用單擺做測定重力加速度的實驗，其具體操作如下：A．在鐵架臺上固定一個夾子，把單擺的擺線夾在夾子上B．用刻度尺和游標卡尺測出擺長lC．將擺球向一側(cè)偏離30°后由靜止釋放擺球D．在釋放擺球的同時開始計時E．記下擺球完成n次(大于30次)全振動的時間tF．把所得數(shù)據(jù)代入公式eq\f(4π2n2l,t2)該學生的上述操作中，錯誤的是________．(只填字母代號)解析：(1)根據(jù)題意分析可知，P點處的質(zhì)元開始振動的方向沿y軸的正方向，由于它在一個周期內(nèi)通過的路程為振幅的4倍(即4A，A＝0.2m)，所以圖中P點處的質(zhì)元通過的路程可能是s＝4nA＋3A＝0.6＋0.8n(n＝0,1,2,3，…)，所以答案為C.(2)利用單擺測定重力加速度時，要求單擺做簡諧運動，擺角不超過5°，所以C操作錯誤．為了減小實驗誤差，在測量周期時應(yīng)該在擺球擺到最低點時開始計時，所以D操作是不妥的，所以答案為C、D.圖8－18答案：(1)C(2)CD圖8－183.(1)一列簡諧橫波在t＝0時刻的波形如圖8－18所示，質(zhì)點P此刻沿－y方向運動，經(jīng)過0.1s第一次到達平衡位置，波速為5m/s，那么①該波沿________(選填“＋x”或“－x”)方向傳播；②圖中Q點的振動方程為________．(2)下列說法正確的是()A．在水中的潛水員斜向上看岸邊物體時，看到的物體的像將比物體所處的實際位置低B．光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段，它利用光的全反射原理來傳播信息C．玻璃杯裂縫處在光的照射下，看上去比周圍明顯偏亮，是由于光的全反射D．海市蜃樓產(chǎn)生的原因是由于海面上上層空氣的折射率比下層空氣折射率大解析：(1)①由質(zhì)點振動方向與波的傳播方向間關(guān)系可知，該列波沿－x方向傳播．②由波動圖象可知，該波的振幅A＝5cm，周期T＝eq\f(λ,v)＝eq\f(6,5)s，則ω＝eq\f(2π,T)＝eq\f(5π,3)，而圖中Q點此時對應(yīng)正最大位移處，故圖中Q點(坐標為x＝7.5m的點)的振動方程y＝5coseq\f(5π,3)t.(2)光從空氣射入水中，折射角小于入射角，潛水員從水中逆著折射光線看岸上物體，像的位置應(yīng)該比實際位置高，A錯；光導(dǎo)纖維是利用光的全反射原理制成的，B對；光從玻璃進入裂縫中的空氣時發(fā)生全反射，C對；海市蜃樓是海面上空氣折射率上小下大，光從海面某處由下斜向上傳播時發(fā)生光的全反射形成的，D錯．答案：(1)①－x②y＝5coseq\f(5π,3)t(2)BC圖8－194.(1)如圖8－19所示，一列簡諧橫波沿＋x方向傳播．已知在t＝0圖8－19時，波傳播到x軸上的質(zhì)點B，在它左邊的質(zhì)點A位于負的最大位移處；在t＝0.6s時，質(zhì)點A第二次出現(xiàn)在正的最大位移處．則這列波的波速是_______________________________________m/s.這段時間內(nèi)質(zhì)點D運動的路程是________m.(2)關(guān)于電磁場和電磁波，下列說法中正確的是()A．恒定的電場能夠產(chǎn)生電磁波B．電磁波既有縱波，又有橫波C．電磁波從空氣進入水中時，其波長變長了D．雷達用的是微波，是由于微波傳播的直線性好，有利于測定物體的位置解析：(1)由題意可知：波長λ＝2m,1.5T＝0.6s，則T＝0.4s，可得v＝eq\f(λ,T)＝5m/s.波由B點剛傳到D點的時間t1＝eq\f(x,v)＝eq\f(2,5)s＝0.4s，則在0.2s即半個周期內(nèi)，質(zhì)點D運動了2A＝0.1m.(2)由麥克斯韋電磁場理論可知，周期性變化的電場(磁場)才能產(chǎn)生電磁波，恒定的電場不能產(chǎn)生電磁波，A錯；電磁波的傳播方向與E、B兩個振動矢量的方向均垂直，是橫波，B錯；電磁波由空氣進入水中傳播時，速度變小，波長變短了，C錯；電磁波遇到障礙物要發(fā)生反射，雷達就是利用電磁波的這個特征工作的，故所用的電磁波傳播的直線性要好，而微波就具有這樣的特點，D正確．答案：(1)50.1(2)D5．(1)下列說法正確的是()A．有一彈簧振子做簡諧運動，加速度最大時，回復(fù)力最大，速度也最大B．做簡諧振動的單擺擺長不變，若擺球質(zhì)量增加為原來的4倍，擺球經(jīng)過平衡位置時速度減小為原來的1/2，則單擺振動的頻率不變、振幅改變C．相對論認為：真空中的光速在不同慣性參照系中都是相同的D．把耳朵靠近保溫瓶的瓶口，聽到“嗡嗡”的聲音，屬于聲波的干涉現(xiàn)象圖8－20(2)如圖8－20所示，一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，波速大小為0.6圖8－20m/s，P點的橫坐標為96cm，從圖中狀態(tài)開始計時，經(jīng)過________s，P質(zhì)點開始振動，振動時方向是________；經(jīng)過________s，P質(zhì)點第一次到達波峰．解析：(1)振子加速度最大時，處在最大位移處，此時振子的速度為零，由F＝－kx知道，此時振子所受回復(fù)力最大，所以選項A錯；由單擺的周期公式T＝2πeq\r(\f(L,g))，可知，單擺擺長不變，則周期不變，頻率不變；振幅A是反映單擺運動過程中的能量大小的物理量，由Ek＝eq\f(1,2)mv2可知，擺球經(jīng)過平衡位置時的動能不變，動能轉(zhuǎn)化為勢能，由于質(zhì)量變大，所以上升高度減小，振幅減小，因此振幅改變，所以B正確．根據(jù)愛因斯坦狹義相對論知C正確；把耳朵靠近保溫瓶的瓶口，聽到“嗡嗡”的聲音，屬于聲波的共鳴現(xiàn)象，D錯誤．(2)開始計時時，這列波最前端的質(zhì)點坐標是24cm，根據(jù)波的傳播方向，可知這一點沿y軸負方向運動，因此在波前進方向上的每一個質(zhì)點開始振動的方向都是沿y軸負方向，故P點開始振動的方向也是沿y軸負方向，P點開始振動的時間t＝eq\f(Δx,v)＝eq\f(0.96－0.24,0.6)s＝1.2s；這列波的波長λ＝0.24m，故周期T＝eq\f(λ,v)＝0.4s；經(jīng)過1.2s，P點開始振動，振動時方向沿y軸負方向，因此還要經(jīng)過eq\f(3,4)T才能第一次到達波峰．故所用時間為1.2s＋0.3s＝1.5s.答案：(1)BC(2)1.2沿y軸負方向1.5圖8－216.(1)如圖8－21所示，按照狹義相對論的觀點，火箭B是“追趕”圖8－21光的；火箭A是“迎著”光飛行的，若火箭相對地面的速度為v，則火箭A上的觀察者測出的光速為________，火箭B上的觀察者測出的光速為________．圖8－22(2)某同學在做測玻璃折射率的實驗中，使用的是半圓形玻璃磚，P1、圖8－22P2、P3、P4是按順序插在軟木板上的大頭針，如圖8－22所示．下述關(guān)于實驗操作中的做法，正確的是()A．若任意選取P1、P2連線的方向和入射點A的位置，都可以在圓弧右側(cè)適當位置處插上第三個大頭針，使其同時擋住P1、P2的像B．如果入射點A恰在玻璃磚圓心處，可不使用大頭針P4C．可以用P1、P2連線作為入射光線，也可以用P4、P3連線作為入射光線D．為減小誤差，P1、P2間距和P3、P4間距應(yīng)適當大一些解析：(1)根據(jù)狹義相對論的基本假設(shè)，光速在任何慣性參考系中都是相同的．所以兩個火箭中的觀察者測出的光速都為c.(2)任何光線都能從空氣射進玻璃，但從玻璃射向空氣時可能會發(fā)生全反射，當AB光線入射角大于臨界角時，則在B右側(cè)沒有出射光線，A項錯誤；如果入射點A恰在玻璃磚圓心處，則在A點的折射光線沿半徑方向射進棱鏡，也將沿半徑方向射出棱鏡，在界面B處方向不改變，故插上P3后，即可作出折射光線，B項正確；因為光路是可逆的，所以C項正確；D項所述是為減小誤差所必須的．答案：(1)cc(2)BCD圖8－237.(1)華裔科學家高錕獲得2009年諾貝爾物理獎，他被譽為“光纖圖8－23通訊之父”．光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維，它的結(jié)構(gòu)如圖8－23所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播．下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法中正確的是()A．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B．內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射C．波長越短的光在光纖中傳播的速度越大D．頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大(2)一均勻介質(zhì)中選取平衡位置在同一直線上的9個質(zhì)點，相鄰兩質(zhì)點間的距離均為0.1m，如圖8－24所示．一列橫波沿該直線向右傳播，t＝0時到達質(zhì)點1，質(zhì)點1開始向下運動，振幅為0.2m，經(jīng)過時間0.3s第一次出現(xiàn)如圖8－25所示的波形．圖8－24圖8－25①求該列橫波傳播的速度；②寫出質(zhì)點1的振動方程；③在介質(zhì)中還有一質(zhì)點P，P點距質(zhì)點1的距離為10.0m，則再經(jīng)多長時間P點處于波峰？解析：(1)光纖內(nèi)芯比外套折射率大，在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射，A對，B錯；頻率大的光波長短，折射率大，在光纖中傳播速度小，C、D錯．(2)①由于質(zhì)點1起振方向向下，故最前面質(zhì)點的起振方向也向下，t＝0.3s時的波形為可知0.3s內(nèi)波傳播了Δx＝1.5λ＝1.2m，故波速v＝eq\f(Δx,Δt)＝eq\f(1.2,0.3)m/s＝4m/s.②質(zhì)點的振動周期等于波傳播的周期T＝0.2s，故ω＝eq\f(2π,T)＝10π，質(zhì)點的振動方程為y＝－Asinωt(m)＝－0.2sin10πt(m)．③t＝0.3s時，最前面的波峰為質(zhì)點7，故波峰傳到P點的時間Δt′＝eq\f(x7P,v)＝eq\f(10－0.6,4)s＝2.35s.答案：(1)A(2)①4m/s②y＝－0.2sin10πt(m)③2.35s圖8－268.(1)一列簡諧橫波在某時刻的波形如圖8－26所示，此時刻質(zhì)點P圖8－26的速度為v，經(jīng)過0.2s它的速度大小、方向第一次與v相同，再經(jīng)過1.0s它的速度大小、方向第二次與v相同，則波沿________方向傳播，波速為________m/s.(2)下列說法中正確的是()A．在“用單擺測定重力加速度”的實驗中，為使實驗結(jié)果較為準確，應(yīng)選用10cm長的細線和小鐵球B．機械波和電磁波本質(zhì)上不相同，但它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象C．X射線是比紫外線頻率低的電磁波圖8－27D．真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源的運動和觀察者的運動無關(guān)圖8－27(3)如圖8－27所示，一束由兩種單色光組成的復(fù)色光，以入射角θ射向半徑為R的半圓形玻璃磚的圓心，經(jīng)玻璃磚折射后折射角分別為θ1、θ2(θ1<θ2)，求兩種單色光通過半圓形玻璃磚所用的時間差(真空中的光速為c)．解析：(1)由題意知圖示時刻質(zhì)點P沿y軸正方向運動，根據(jù)“上坡下坡”法判斷波沿x軸正方向傳播．由波形圖可知波長為λ＝6m，由題意可得振動周期為T＝0.2＋1.0＝1.2(s)，所以波速為v＝eq\f(λ,T)＝5m/s.(2)在“用單擺測定重力加速度”的實驗中，為使實驗結(jié)果較為準確，擺長應(yīng)遠大于擺球直徑，選項A錯；機械波是機械振動在介質(zhì)中傳播形成的，電磁波是電磁振蕩向外傳播形成的，它們都具有波的特性，選項B正確；根據(jù)電磁波譜可知X射線的頻率比紫外線頻率高，選項C錯誤；根據(jù)光速不變原理，選項D正確．(3)由折射定律n＝eq\f(sini,sinr)和n＝eq\f(c,v)可得兩種單色光在玻璃中的速度為v1＝eq\f(sinθ1,sinθ)c，v2＝eq\f(sinθ2,sinθ)c所以時間差為Δt＝eq\f(R,v1)－eq\f(R,v2)＝eq\f(Rsinθ,c)eq