任務(wù)群檢測(cè)練(十六)機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波光電磁波1．關(guān)于機(jī)械波、電磁波和相對(duì)論的下列說(shuō)法正確的是()A．機(jī)械波和電磁波在介質(zhì)中的傳播速度僅由介質(zhì)決定B．假設(shè)火車以接近光速的速度通過(guò)站臺(tái)，站臺(tái)上的旅客觀察到車上的乘客變矮了C．用光導(dǎo)纖維束傳播圖像信息利用了光的全反射D．在真空中傳播的兩列電磁波，頻率大的波長(zhǎng)長(zhǎng)解析：選C。機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)決定，與波的頻率無(wú)關(guān)，電磁波在介質(zhì)中傳播速度與介質(zhì)和波的頻率均有關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；火車以接近光速的速度通過(guò)站臺(tái)時(shí)，站臺(tái)上的旅客觀察到車上的乘客變瘦了，而不是變矮，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光導(dǎo)纖維束是用全反射來(lái)傳輸圖像信息的，選項(xiàng)C正確；在真空中傳播的兩列電磁波，傳播速度相同，由v＝eq\f(λ,T)＝λf知，頻率越大，波長(zhǎng)越短，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.明代學(xué)者方以智在《陽(yáng)燧倒影》中記載：“凡寶石面凸，則光成一條，有數(shù)棱則必有一面五色”，表明白光通過(guò)多棱晶體折射會(huì)發(fā)生色散現(xiàn)象。如圖所示，一束復(fù)色光通過(guò)三棱鏡后分解成兩束單色光a、b，下列說(shuō)法正確的是()A．若增大入射角i，則b光先消失B．在該三棱鏡中a光波長(zhǎng)小于b光C．a(chǎn)光能發(fā)生偏振現(xiàn)象，b光不能發(fā)生D．若a、b光分別照射同一光電管都能發(fā)生光電效應(yīng)，則a光的遏止電壓低解析：選D。如圖所示，設(shè)左界面的折射角為α，在右界面的入射角為β，根據(jù)幾何關(guān)系有α＋β＝∠A，根據(jù)折射定律n＝eq\f(sini,sinα)，增大入射角i，折射角α增大，β減小，而β增大才能使b光發(fā)生全反射，故A錯(cuò)誤；由光路圖可知，a光的折射率小于b光的折射率(na<nb)，則a光的波長(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng)(λa>λb)，故B錯(cuò)誤；光是一種橫波，橫波都有偏振現(xiàn)象，而縱波沒(méi)有，有無(wú)偏振現(xiàn)象與光的頻率無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，最大初動(dòng)能Ek＝hν－W0，再根據(jù)動(dòng)能定理：－eUc＝0－Ek，即遏止電壓Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，由于逸出功W0相同，所以入射光的頻率越大，遏止電壓就越大，又na<nb，則a光的頻率小于b光的頻率(νa<νb)，a光的遏止電壓小于b光的遏止電壓，故D正確。3．(2023·江蘇高考)地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，太陽(yáng)光斜射向地面的過(guò)程中會(huì)發(fā)生彎曲。下列光路圖中能描述該現(xiàn)象的是()解析：選A。光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)，折射角小于入射角，又由題意可知，地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，則太陽(yáng)光應(yīng)向下彎曲，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。4.如圖，光導(dǎo)纖維由內(nèi)芯和外套兩部分組成，內(nèi)芯折射率比外套的大，在光導(dǎo)纖維中傳播時(shí)，光在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射。假設(shè)外套為空氣，一束紅光由光導(dǎo)纖維的一端射入內(nèi)芯，紅光在內(nèi)芯與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射，經(jīng)時(shí)間t1從另一端射出；另讓一束綠光也從光導(dǎo)纖維的一端射入，綠光在內(nèi)芯與空氣的界面上也恰好發(fā)生全反射，經(jīng)時(shí)間t2從另一端射出。下列說(shuō)法正確的是()A．內(nèi)芯對(duì)紅光的折射率n1與對(duì)綠光的折射率n2之比為eq\r(\f(t1,t2))B．內(nèi)芯對(duì)紅光的折射率n1與對(duì)綠光的折射率n2之比為eq\f(t1,t2)C．紅光在內(nèi)芯中的傳播速度v1與綠光在內(nèi)芯中的傳播速度v2之比為eq\r(\f(t1,t2))D．紅光在內(nèi)芯中的傳播速度v1與綠光在內(nèi)芯中的傳播速度v2之比為eq\f(t2,t1)解析：選A。設(shè)光導(dǎo)纖維長(zhǎng)為l，對(duì)紅光而言sinC1＝eq\f(1,n1)，紅光通過(guò)光導(dǎo)纖維的路程l1＝eq\f(l,sinC1)，紅光的光速為v1＝eq\f(c,n1)，因此所用時(shí)間t1＝eq\f(l1,v1)，整理得t1＝eq\f(l,c)neq\o\al(\s\up14(2),\s\do5(1))，同理，綠光通過(guò)光導(dǎo)纖維所用時(shí)間t2＝eq\f(l,c)neq\o\al(\s\up14(2),\s\do5(2))，因此eq\f(n1,n2)＝eq\r(\f(t1,t2))，A正確，B錯(cuò)誤；紅光在內(nèi)芯中的傳播速度v1與綠光在內(nèi)芯中的傳播速度v2之比eq\f(v1,v2)＝eq\f(n2,n1)＝eq\r(\f(t2,t1))，C、D錯(cuò)誤。5．太赫茲輻射通常頻率在0.1～10THz(1THz＝1012Hz)，太赫茲波對(duì)人體無(wú)危害，多用于國(guó)家安全、信息技術(shù)領(lǐng)域，被譽(yù)為“改變未來(lái)世界的十大技術(shù)”之一。通過(guò)和電磁波譜對(duì)比，下列關(guān)于太赫茲波說(shuō)法正確的是()A．太赫茲波光子能量比紅外線光子能量更大B．太赫茲波比紫外線更難使金屬發(fā)生光電效應(yīng)C．太赫茲波比微波更容易發(fā)生衍射D．太赫茲波比X射線穿透能力更強(qiáng)解析：選B。微波的頻率為ν＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,10－2)Hz＝3×1010Hz，紅外線光子的頻率ν′＝eq\f(c,λ′)＝eq\f(3×108,10－6)Hz＝3×1014Hz，則太赫茲波的頻率高于微波，低于紅外線，由E＝hν知它的光子的能量比紅外線光子的能量更小，A錯(cuò)誤；由于它的頻率比紫外線更小，所以它的能量小于紫外線，故它更難使金屬發(fā)生光電效應(yīng)，B正確；它的頻率大于微波，但波長(zhǎng)小于微波，而發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件是障礙物的尺寸或者孔徑小于波長(zhǎng)，很難有物體的尺寸或孔徑能達(dá)到這么小，故比微波不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，C錯(cuò)誤；由于頻率越高，其穿透力越強(qiáng)，故其比X射線穿透能力弱，D錯(cuò)誤。6．(2023·浙江6月高考)在水池底部水平放置三條細(xì)燈帶構(gòu)成的等腰直角三角形發(fā)光體，直角邊的長(zhǎng)度為0.9m，水的折射率n＝eq\f(4,3)，細(xì)燈帶到水面的距離h＝eq\f(\r(7),10)m，則有光射出的水面形狀(用陰影表示)為()解析：選C。發(fā)光三角形發(fā)出的光線的臨界角滿足sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(3,4)，光線為臨界光線時(shí)，到發(fā)光邊的距離為x＝htanC＝eq\f(\r(7),10)×eq\f(3,\r(7))m＝0.3m，如圖所示，由幾何關(guān)系可知，發(fā)光體頂點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的有光射出的水面形狀為圓的一部分，A、B錯(cuò)誤；對(duì)發(fā)光體向內(nèi)部射出的光線，發(fā)光體的直角頂點(diǎn)處到對(duì)應(yīng)的水面上的臨界光線的水平距離r1＝0.3eq\r(2)m，發(fā)光體斜邊中點(diǎn)處到對(duì)應(yīng)的水面上的臨界光線的水平距離r2＝0.3m，由于r1＋r2>0.9×eq\f(\r(2),2)m，所以水面有光射出形狀的外邊緣內(nèi)均有光射出，C正確，D錯(cuò)誤。7．(多選)如圖所示，為了觀察一油箱內(nèi)的儲(chǔ)油量，設(shè)計(jì)師在油箱的一側(cè)豎直安裝了一系列厚度相同長(zhǎng)度不同的透明塑料板，每塊塑料板的形狀如圖乙所示，下部尖端部分截面為等腰直角三角形。當(dāng)光由正上方豎直向下射入到塑料板中，從觀察窗口中可以清晰看到油量計(jì)的上表面有明、暗兩片區(qū)域。通過(guò)觀察明暗區(qū)域分界線的位置，便可判斷出油量的多少。以下說(shuō)法中正確的是()A．從觀察窗口觀察到的暗區(qū)是因?yàn)楣庠谒芰习逑露税l(fā)生了全反射B．從觀察窗口觀察到的明亮區(qū)域越大，油量越少C．使用的塑料板折射率應(yīng)滿足n<eq\r(2)D．使用的塑料板折射率應(yīng)滿足n>eq\r(2)解析：選BD。左側(cè)塑料板長(zhǎng)，尖端部分浸入油中，光線在塑料板下端與油的分界面處不會(huì)發(fā)生全反射，從觀察窗口觀察是暗區(qū)，右側(cè)塑料板短，尖端部分沒(méi)有浸入油中，光線在塑料板下端與空氣的分界面處發(fā)生全反射，從觀察窗口觀察到的是亮區(qū)，A錯(cuò)誤；油量越少，浸入油中的塑料板個(gè)數(shù)越少，發(fā)生全反射的塑料板個(gè)數(shù)越多，從觀察窗口觀察到的明亮區(qū)域越大，B正確；根據(jù)臨界角公式得sinC＝eq\f(1,n)，C＝45°，解得n＝eq\r(2)，所以使用的塑料板折射率應(yīng)滿足n>eq\r(2)，C錯(cuò)誤，D正確。8.如圖所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理圖，單縫S0、雙縫中點(diǎn)O、屏上的P0點(diǎn)位于雙縫S1和S2的中垂線上，入射光波長(zhǎng)為600nm，實(shí)驗(yàn)屏上P0和P處為兩條相鄰的亮條紋。下列說(shuō)法正確的是()A．雙縫S1和S2到P點(diǎn)的距離差為300nmB．減小雙縫S1和S2之間的距離，條紋間距將隨之減小C．若換成波長(zhǎng)為400nm的入射光，則P點(diǎn)處將形成暗條紋D．遮住S1，則屏上不能形成明暗相間的條紋解析：選C。P處為中央亮條紋以外的第一個(gè)亮條紋，則P到雙縫的距離差為半波長(zhǎng)的第一個(gè)偶數(shù)倍，即eq\f(λ,2)×2＝λ＝600nm，即雙縫S1和S2到P點(diǎn)的距離差為600nm，A錯(cuò)誤；減小雙縫S1和S2之間的距離d，條紋間距Δx將隨之增大，B錯(cuò)誤；若換成λ＝400nm的入射光，則雙縫S1和S2到P點(diǎn)的距離差為半波長(zhǎng)的3倍，即P點(diǎn)處將形成暗條紋，C正確；遮住S1會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，也能在屏上形成明暗相間的條紋，D錯(cuò)誤。9.如圖所示，兩塊標(biāo)準(zhǔn)平面玻璃板中間形成一個(gè)劈形空間(劈尖角θ很小，可認(rèn)為sinθ≈tanθ≈θ)。用波長(zhǎng)λ＝600nm的單色光垂直照射，產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)在劈形空間內(nèi)充滿折射率1.50的液體時(shí)，相鄰亮條紋間距減小了0.5mm，則劈尖角θ約為()A．2×10－4radB．3×10－4radC．eq\r(2)×10－4radD．eq\r(3)×10－4rad解析：選A。在劈形空間內(nèi)充滿折射率1.50的液體時(shí)，相鄰亮條紋間距減小了0.5mm，可知相對(duì)于空氣中波長(zhǎng)而言，有0.5×10－3tanθ＝eq\f(λ,2)－eq\f(λ,2)×eq\f(1,n)，解得θ＝2×10－4rad，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。10.如圖，豎直放置的金屬環(huán)內(nèi)的肥皂薄膜干涉條紋間距上寬、下窄。下列說(shuō)法正確的是()A．肥皂膜的豎直橫截面可能是梯形B．肥皂膜上的條紋是薄膜前后表面反射光形成的干涉條紋C．肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會(huì)發(fā)生變化D．若將肥皂膜外金屬環(huán)順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)過(guò)90°，則條紋也會(huì)跟著轉(zhuǎn)過(guò)90°解析：選B。由于重力作用，肥皂膜的厚度從上到下逐漸增大，由題圖可知，明暗條紋間距從上到下越來(lái)越小，說(shuō)明厚度從上到下并不是均勻變化，故橫截面是一個(gè)圓滑的曲面，不是梯形，A錯(cuò)誤；肥皂膜上的條紋是薄膜前后兩表面反射的兩列光波疊加形成的干涉條紋，B正確；肥皂膜從形成到破裂，由于液體在流動(dòng)，薄膜厚度發(fā)生變化，條紋的寬度和間距會(huì)發(fā)生變化，C錯(cuò)誤；將肥皂膜外金屬環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)90°，由于重力的作用，條紋不會(huì)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，仍在水平方向，D錯(cuò)誤。11．(多選)某同學(xué)為了研究某種透明新材料的光學(xué)性質(zhì)，將其壓制成半圓柱形，如圖甲所示。一束激光由真空沿半圓柱體的徑向與其底面過(guò)O點(diǎn)的法線成θ角射入。CD為光學(xué)傳感器，可以探測(cè)光的強(qiáng)度。從AB面反射回來(lái)的光強(qiáng)隨角θ變化的情況如圖乙所示?，F(xiàn)將這種新材料制成的一根光導(dǎo)纖維束暴露于空氣中(假設(shè)空氣中的折射率與真空相同)，用同種激光從光導(dǎo)纖維束端面EF射入，且光線與EF夾角為β，如圖丙所示。下列說(shuō)法正確的是()A．圖甲中若減小入射角θ，則反射光線和折射光線之間的夾角也將變小B．該新材料的折射率為eq\r(2)C．若該激光在真空中波長(zhǎng)為λ，則射入該新材料后波長(zhǎng)變?yōu)閑q\f(\r(2),2)λD．若該束激光不從光導(dǎo)纖維束側(cè)面外泄，則β角需滿足0°<β<180°解析：選BCD。題圖甲中若減小入射角θ，則反射角減小，折射角也減小，故反射光線和折射光線之間的夾角將變大，A錯(cuò)誤；由題圖乙可知，當(dāng)入射角大于等于45°時(shí)，反射光線的強(qiáng)度不再變化，可知臨界角為C＝45°，故該新材料的折射率為n＝eq\f(1,sinC)＝eq\r(2)，B正確；該激光在真空中波長(zhǎng)為λ＝eq\f(c,f)，射入該新材料后波長(zhǎng)變?yōu)棣恕洌絜q\f(v,f)＝eq\f(c,nf)＝eq\f(\r(2),2)λ，C正確；若該束激光恰好不從光導(dǎo)纖維束側(cè)面外泄，則在側(cè)面入射角為臨界角C＝45°，由幾何關(guān)系可得，在EF面的折射角為45°，入射角為90°，則β＝0°，故β需滿足0°<β<180°，D正確。12．(多選)a、b兩束單色光的波長(zhǎng)分別為λa和λb，通過(guò)相同的單縫衍射實(shí)驗(yàn)裝置得到如圖所示的圖樣，則這兩束單色光()A．若照射同一種金屬均有光電子逸出，則光電子最大初動(dòng)能Eka>EkbB．射向同一雙縫干涉裝置，其干涉條紋間距Δxa>ΔxbC．在水中的傳播速度va<vbD．光子動(dòng)量pa<pb解析：選BD。在相同的單縫衍射實(shí)驗(yàn)裝置的條件下，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其衍射現(xiàn)象越明顯，從題圖可知光束a的衍射現(xiàn)象比光束b更加明顯，可知λa>λb，當(dāng)光子照射到金屬上有光電子逸出時(shí)，根據(jù)光電效應(yīng)方程有，光電子的最大初動(dòng)能Ek＝ε－W0＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－W0，對(duì)于同種金屬，其逸出功W0相同，光電子波長(zhǎng)越長(zhǎng)，能量越小，最大初動(dòng)能越小，所以Eka<Ekb，A錯(cuò)誤；對(duì)于同一雙縫干涉裝置，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，干涉條紋間距越大，即Δxa>Δxb，B正確；波長(zhǎng)越長(zhǎng)，在水中的折射率越小，即在水中na<nb，由n＝eq\f(c,v)，可知va>vb，C錯(cuò)誤；由光子動(dòng)量p＝eq\f(h,λ)，知波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光子動(dòng)量越小，所以pa<pb，D正確。13.某一質(zhì)檢部門為檢測(cè)一批礦泉水的質(zhì)量，利用干涉原理測(cè)定礦泉水的折射率。方法是將待測(cè)礦泉水填充到特制容器中，放置在雙縫與熒光屏之間(之前為空氣)，如圖所示，特制容器未畫出，通過(guò)比對(duì)填充后的干涉條紋間距x2和填充前的干涉條紋間距x1就可以計(jì)算出該礦泉水的折射率。單縫S0、雙縫中點(diǎn)O、屏上的P0點(diǎn)均位于雙縫S1和S2的中垂線上，屏上P點(diǎn)處是P0上方的第3條亮條紋(不包括P0點(diǎn)處的亮條紋)的中心。已知入射光在真空中的波長(zhǎng)為λ，真空中的光速為c，雙縫S1與S2之間距離為d，雙縫到屏的距離為L(zhǎng)，則下列說(shuō)法正確的是()A．來(lái)自雙縫S1和S2的光傳播到P點(diǎn)處的時(shí)間差為eq\f(3λ,c)B．x2>x1C．該礦泉水的折射率為eq\f(x1,x2)D．僅將單縫S0向左(保持S0在雙縫的中垂線上)移動(dòng)的過(guò)程中，P點(diǎn)處能觀察到暗條紋解析：選C。由第三條亮條紋對(duì)應(yīng)路程差s＝3λ，但光在介質(zhì)中的傳播速度小于c，故A錯(cuò)誤；由公式Δx＝eq\f(L,d)λ，n＝eq\f(c,v)＝eq\f(λ0,λ)可知，光在水中的波長(zhǎng)小于空氣中的波長(zhǎng)，所以在水中的干涉條