《2020届新考案高考物理总复习教师用书：第十七单元 选修3-4模块 单元滚动检测 Word版含解析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020届新考案高考物理总复习教师用书：第十七单元 选修3-4模块 单元滚动检测 Word版含解析.pdf（12页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、 选修 3-4 模块由“机械振动与机械波”“电磁振荡与电磁波”“几何光学”“相对论”等四个知识板块构成,考纲要求考 查的有 18 个知识点和 3 个实验,其中重点考查的级考点有 3 个,分别是“简谐运动的公式和图象”“横波的图象”以及“光的 折射定律”。近几年高考基本上采用固定形式考查该部分知识,一个多选题(或填空题),一个计算题,共计 15 分,选择题往往综合性 比较强,但难度较低,计算题考查的内容基本上是在“机械振动与机械波”“几何光学”两部分轮换,难度中等。 预计 2020 年高考对选修 3-4 的考查仍然将以“机械振动与机械波图象”和“光的折射定律”为主,考查热点可能有: (1)振动图
2、象与波动图象综合问题;(2)利用折射定律及几何知识计算折射率;(3)波速、频率、波长之间的关系计算;(4)麦克斯 韦电磁场理论,相对论的两个基本假设;(5)用单摆测量重力加速度;(6)用双缝干涉测量光的波长。要特别关注对简谐运动、机械波 的周期性与多解性的考查,以及折射定律结合全反射的考查。 1.(2017 江西重点学校联考)(1)(多选)绳波是一种简单的横波,如图甲,一根水平张紧的弹性长绳上有等间距的E、F、O、G、H 五个质点,相邻两质点间距离均为 1 m。t=0 时刻,O点从平衡位置开始沿y轴正方向振动,并产生分别向左、向右传播的波,O点 振动图象如图乙所示,当O点第一次达到正方向最大位
3、移时,G点刚开始振动,则( )。 A.这列波的周期为 4 s B.O点振动 0.5 s 后,G点和F点开始振动 C.当E点第一次达到正向最大位移时,O点通过的路程为 21 cm D.当t=15 s 时,H点振动的速度最小,加速度最大 E.若O质点振动的周期减为 1 s,则沿绳传播的波速增大为 4 m/s 丙 (2)如图丙所示,AB为竖直放置的平面镜,一束光线与镜面成 30角射到平面镜上,反射后在与平面镜平行的光屏上留下一光点 P。现在将一块玻璃砖(虚线所示)贴在平面镜上,则进入玻璃砖的光线经平面镜反射后再从玻璃砖左表面射出,打在光屏上的P 点,P在P的正下方 3.0 cm 的位置。已知光在真空
4、中的传播速度为 3.0108 m/s,玻璃砖对光的折射率为 ,求玻璃砖的厚度 3 d和光在玻璃砖中传播的时间t。 【解析】(1)根据“当O点第一次达到正方向最大位移时,G点刚开始振动”,可得OG长度是四分之一个波长,这列波的周期 为 4 s,A 项正确;O点振动 0.5 s 后,波还没有传播到G点、H点,B 项错误;当E点第一次达到正向最大位移时,O点振动了四分之三 个周期,运动的路程为 3 个振幅,大小为 21 cm,C 项正确;当t=15 s 时,H点已振动 13 s=3T, 处于波峰位置,振动的速度最小,加速 1 4 度最大,D 项正确;波速是由介质决定的,不会因周期的改变而改变,E 项
5、错误。 丁 (2)光路图如图丁所示。由=n得2=30,由题意及光路图得 s=2dtan 1-2d tan 2,代入数值解得d= cm,光在 sin 1 sin 2 33 4 玻璃砖里传播的速度v=,光在玻璃砖里传播的路程s=,所以光在玻璃砖里运动的时间t=, 解得t=10-10 s。 2 cos 2 3 【答案】(1)ACD (2) cm 10-10 s 33 4 3 2.(2019 山东烟台二中模拟)(1)(多选)梦溪笔谈是中国科学技术史上的重要文献,书中对彩虹作了如下描述:“虹乃雨中日 影也,日照雨则有之。”图甲是彩虹成因的简化示意图,设水滴是球形的,图中的圆代表水滴过球心的截面,入射光线
6、在过此截面 的平面内,a、b是两种不同频率的单色光。下列说法正确的是( )。 A.雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹 B.水滴对a光的临界角大于对b光的临界角 C.在水滴中,a光的传播速度大于b光的传播速度 D.在水滴中,a光的波长小于b光的波长 E.a、b光分别通过同一双缝干涉装置,a光的相邻亮条纹间距较小 甲 (2)有两列简谐横波a、b在同一介质中分别沿x轴正方向和负方向传播。两列波在t=0 时刻的波形曲线如图乙所示,已知a波 的周期Ta=1 s。 乙 求两列波的传播速度。 从t=0 时刻开始,最短经过多长时间x=1.0 m 的质点偏离平衡位置的位移为 0.16 m? 丙 【解析】雨
7、后彩虹是由太阳光入射到水滴中发生折射时,不同色光偏折程度不同而形成的,即发生色散形成的,A 项正确;画出 光路图如图丙所示,分析可知,第一次折射时,b光的折射角较大,而入射角相等,根据折射率公式n=可知,b光的折射率较小,由 sin sin sin C=可得,水滴对a光的临界角小于对b光的临界角,B 项错误;由公式v=可知,在水滴中,a光的传播速度小于b光的传播速度,C 1 项错误;a光的折射率大于b光的折射率,则a光的频率大于b光的频率,a光的波长小于b光的波长,D 项正确;干涉条纹的间距与 波长成正比,则a光的相邻亮条纹间距较小,E 项正确。 (2)由图乙可知a、b两列波的波长分别为a=2
8、.5 m,b=4.0 m 两列波在同种介质中的传播速度相同,有v=2.5 m/s。 a波的波峰传播到x=1.0 m 的质点经历的时间ta= 1 + b波的波峰传播到x=1.0 m 的质点经历的时间tb= 1.5 + 又ta=tb=t 联立解得 5m-8n=1(式中m、n均为正整数) 分析可知,当m=5、n=3 时,x=1.0 m 处的质点偏离平衡位置的位移为 0.16 m 时经过时间最短 将m=5 代入t= 1 + 解得t=5.4 s。 【答案】(1)ADE (2)2.5 m/s 5.4 s 3.(2019 河南信阳模拟)(1)(多选)在坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波,波速v
9、=200 m/s,已知t=0 时刻,波 刚好传播到x=40 m 处,如图甲所示。在x=400 m 处有一接收器(图中未画出),则下列说法正确的是( )。 甲 A.波源开始振动时方向沿y轴负方向 B.从t=0 开始经 0.15 s,x=40 m 的质点运动的路程为 0.6 m C.接收器在t=2 s 时才能接收到此波 D.若波源向x轴正方向运动,接收器收到波的频率可能为 9 Hz E.若该波与另一列频率为 5 Hz 沿x轴负方向传播的简谐横波相遇,不能产生稳定的干涉图样 乙 (2)如图乙所示,真空中两束细平行单色光a和b从一透明半球的左侧以相同速率沿半球的平面方向向右移动,光始终与透明半 球的平
10、面垂直。当b光移动到某一位置时,两束光都恰好从透明半球的左侧球面射出(不考虑光在透明介质中的多次反射后再射 出球面)。此时a和b都停止移动,在与透明半球的平面平行的足够大的光屏M上形成两个小光点,已知透明半球的半径为R,对 单色光a和b的折射率分别为n1=和n2=2,光屏M到透明半球的平面的距离L=R,不考虑光的干涉和衍射,真空中光速 23 3 ( 1 2 + 3 2) 为c,求: 两束细单色光a和b的距离d。 两束光从透明半球的平面入射直至到达光屏传播的时间差 t。 【解析】波源S开始振动时的方向与图示时刻x=40 m 处质点的振动方向相同,沿y轴负方向,A 项正确;由图可读出波长 =20
11、m,则该波的周期T= =0.1 s,t=0.15 s=1.5T,所以x=40 m 的质点在t=0.15 s 时经过的路程为 1.54A=1.50.4 m=0.6 m,B 项正确;波传到接收器所用的时间t= = s=1.8 s,C 项错误;波的频率为 10 Hz,若波源向x轴正方向运动,根据多普勒效 400 - 40 200 应可知,接收器接收到波的频率应大于 10 Hz,不可能为 9 Hz,D 项错误;波的频率为 10 Hz,若该波与另一列频率为 5 Hz 沿x轴负 方向传播的简谐横波相遇,不能产生稳定的干涉图样,E 项正确。 (2)由 sin C=得,透明半球对a光和b光的临界角分别为 60
12、和 30,画出光路如图丙所示 1 丙 A、B为两单色光在透明半球面的出射点,设折射光线在光屏上形成的光点为D和C,则AD、BC均沿切线方向。由几何关系得 d=Rsin 60-Rsin 30=R。 3- 1 2 a光在透明介质中的速度v1=c 1 3 2 传播时间t1= cos60 1 3R 3 光屏M到透明半球的平面的距离L=R( 1 2 + 3 2) AF=L-Rcos 60=R 3 2 AD=R cos30 故a光在真空中传播的时间t1= 则ta=t1+t1= (3+ 3)R 3 同理,b光在透明介质中的速度v2= 2 2 传播时间t2= cos30 2 3R 在真空中,由几何关系得BC=
13、R t2= 则tb=t2+t2= (3+ 1)R 故 t=tb-ta=。 23R 3 【答案】(1)ABE (2)R 3- 1 2 23R 3 4.(2018 安徽皖南八校联考)(1)(多选)如图所示,两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播,两波源分别位于x=-0.2 m 和 x=1.2 m 处,两列波的速度均为v=0.4 m/s,两列波的振幅均为 2 cm。图甲为t=0 时刻两列波的图象(传播方向如图甲所示),此 刻平衡位置处于x=0.2 m 和x=0.8 m 的P、Q两质点刚开始振动。质点M的平衡位置处于x=0.5 m 处,下列说法正确的是( )。 甲 A.t=0.75 s 时刻,质点P
14、、Q都运动到M点 B.质点M的起振方向沿y轴负方向 C.t=2 s 时刻,质点M的纵坐标为-2 cm D.02 s 这段时间内质点M通过的路程为 20 cm E.M点振动后的振幅是 4 cm (2)如图乙所示,厚度为D的玻璃砖与水平实验桌面成 45角放置。红色激光束平行于水平桌面射到玻璃砖的表面,在桌面上得 到两个较亮的光点A、B,测得A、B间的距离为L。求玻璃砖对该红色激光的折射率。 乙 【解析】(1)P、Q两质点在各自的平衡位置来回振动,不沿波的传播方向移动,故 A 项错误;由同侧法可判断 B 项正确;两列波 叠加,M点为振动加强点,振幅为 4 cm,故 E 项正确;波的周期为 1 s,波
15、传播到M点的时间是 0.75 s,当t=2 s 时,M点振动的时间为 1.25 s,是周期的 倍,路程为 5 倍振幅,即 20 cm,质点M的纵坐标为-4 cm,故 C 项错误,D 项正确。 5 4 丙 (2)如图丙所示,由折射定律有=n sin45 sin RtMNR中 sin r=,MN= 2 2+( 2) 2 在 RtPQN中PN=L,解得n=。 2 ( ) 2 + 1 2 【答案】(1)BDE (2)( ) 2 + 1 2 5.(2018 湖北武汉质量调研)(1)(多选)关于机械振动和机械波,下列说法正确的是( )。 A.一个振动,如果回复力与偏离平衡位置的位移的平方成正比而且方向与位
16、移相反,就能判定它是简谐运动 B.如果测出单摆的摆长l、周期T,作出l-T2图象,图象的斜率就等于重力加速度g的大小 C.当系统做受迫振动时,当驱动力的频率等于系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大 D.游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的,说明机械波从一种介质进入另一种介质,频率并不改变 E.多普勒效应在科学技术中有广泛的应用,例如,交警向行进中的车辆发射频率已知的超声波,同时测量反射波的频率,根据反 射波频率变化的多少就能知道车辆的速度 (2)如图甲所示,水平桌面上有一水槽,槽中放置着平面镜M,镜面与水平面之间的夹角为。一束白光从O点射向水面,先经水 而折射,再经平面镜反射,又经
17、水面折射回到空气中,最后在水槽左上方的竖直屏N上形成彩色光带。若逐渐增大角,各种色 光陆续消失,假定所有光线均在同一竖直平面。 甲 色光最先从屏上消失。 若入射光线与水面成 30角,镜面与水平面之间的夹角=45,屏上的彩色光带恰好全部消失。求最后消失的色光对水的折 射率。(结果可以用根式表示) 【解析】(1)一个振动,如果回复力与偏离平衡位置的位移成正比而且方向与位移相反,就能判定它是简谐运动,A 项错误;根据 T=2可得l=T2,则如果测出单摆的摆长l、周期T,作出l-T2图象,图象的斜率就等于,B 项错误;当系统做受迫振动,驱动 42 42 力的频率等于系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大
18、,产生共振,C 项正确;游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样 的,说明机械波从一种介质进入另一种介质,频率并不改变,D 项正确;多普勒效应在科学技术中有广泛的应用,例如,交警向行进中 的车辆发射频率已知的超声波,同时测量反射波的频率,根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度,E 项正确。 (2)逐渐增大角,反射光线沿逆时针方向转动,反射光线射到水面的入射角增大,因为紫光的临界角最小,所以紫光的入射 角首先达到临界角,发生全反射,故从屏幕上最先消失的是紫色光。 最后消失的是红光,红光传播的光路如图乙所示 乙 在空气与水的界面,入射角=60,折射角为。由折射定律n= sin sin 红
19、光在平面镜上的入射角为,由几何关系知+=45 红光由水面射向空气,恰好发生全反射时入射角为C,由几何关系知C=+2 且 sin C=,联立解得n=。 1 7 2 【答案】(1)CDE (2)紫 7 2 6.(2019 广东佛山四校联考)(1)(多选)下列说法正确的是( )。 A.赫兹预言了电磁波的存在并用实验加以证实 B.在高速运动的火箭上的人认为火箭的长度并没有改变 C.与平面镜相比,全反射棱镜的反射率高,几乎可达 100% D.单摆在驱动力作用下做受迫振动,其振动周期与单摆的摆长无关 E.在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时,可以用衍射法检查平面的平整程度 (2)如图甲所示,相距d=20
20、m 的两个波源,在t=0 时同时开始振动,波源A只振动了半个周期,其振动图象如图乙所示,波源B连 续振动,其振动图象如图丙所示,两列简谐横波的传播速度都为v=1.0 m/s,求: 甲 022 s 内,波源A右侧 1 m 处的质点C经过的路程。 016 s 内,从波源A发出的半个波传播过程中遇到的波峰个数。 【解析】(1)麦克斯韦预言了电磁波的存在,是赫兹用实验加以证实的,A 项错误;在高速运动的火箭上的人与火箭具有相等的 速度,当他以自己为参考系时,火箭相对于他的速度是 0,所以火箭的长度并没有改变,B 项正确;全反射棱镜是根据全反射的原理制 成的,与平面镜相比,全反射棱镜的反射率高,几乎可达
21、 100%,C 项正确;单摆在驱动力作用下做受迫振动,其振动周期由驱动力的频 率决定,与单摆的摆长无关,D 项正确;检查平面的平整程度使用的是光的薄膜干涉,与衍射无关,E 项错误。 (2)波源A引起的质点C振动的路程s1=2A1=8 cm 波源B的振动传播到C点的时间 t=19 s - 之后的 3 s,波源B引起的质点C振动的路程 s2= 4A2=120 cm 3 2 所以,在 022 s 内质点C经过的路程s=s1+s2=128 cm。 16 s 内两列波相对运动的长度 l=lA+lB-d=2vt-d=12 m B波的波长B=vTB=2 m 波源A发出的波在传播过程中遇到的波峰个数n=6。
22、【答案】(1)BCD (2)128 m 6 7.(2018 广东河源质量调研)(1)(多选)图甲是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况,以波源S1、S2为圆心的两组同心圆 弧分别表示同一时刻两列波的波峰(实线)和波谷(虚线),S1 的振幅A1=3 cm,S2的振幅A2=2 cm,则下列说法正确的是( )。 甲 A.质点D是振动减弱点 B.质点A、D在该时刻的高度差为 10 cm C.再过半个周期,质点B、C是振动加强点 D.质点C的振幅为 1 cm E.质点C此刻以后将向下振动 乙 (2)图乙为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图,圆弧CD 为半径为R 的四分之一的圆周,圆心为O,光线
23、从AB 面上的 某点入射,入射角1=45,它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O 点。 画出光线由AB 面进入棱镜且从CD弧面射出的光路图。 求该棱镜的折射率n。 【解析】(1)两个波源的振动步调一致,因图中A、D到两个波源路程差为零,是振动加强点,而B、C两点是波峰与波谷相遇,是 振动减弱点,故 A 项错误;图示时刻,质点A的位移为+3 cm+2 cm=+5 cm,质点D的位移为-3 cm-2 cm=-5 cm,故质点A、D在该时刻 的高度差为 10 cm,B 项正确;振动的干涉图象是稳定的,A、D一直是振动加强点,而B、C一直是振动减弱点,故 C 项错误;质点C是 振动减弱点,振幅为 3
24、 cm-2 cm=1 cm,故 D 项正确;质点C是振动减弱点,此刻在上方最大位移处,故质点C此刻以后将向下振动,E 项正确。 (2) 丙 光路图如图丙所示。 光线在BC面上恰好发生全反射,入射角等于临界角C sin C= 1 光线在AB界面上发生折射,折射角2=90-C,由几何关系得 cos 2=sin C,由折射定律得n= sin 1 sin 2 解得n=。 6 2 【答案】(1)BDE (2)如图丙所示 6 2 8.(2019 福建漳州四校联考)(1)(多选)关于振动和波,下列说法正确的是( )。 A.单摆振动的周期与摆球质量无关 B.发射无线电波时需要对电磁波进行调制和解调 C.光纤通
25、信和全息照相都利用了光的全反射原理 D.声源与观察者相互靠近时,观察者接收的频率大于声源振动的频率 E.光的双缝干涉实验中,若仅将入射光从红光改为紫光,则相邻亮条纹间距一定变小 (2)一列沿x轴负方向传播的简谐横波,在t=0 时刻的波形图如图所示,此时坐标为(1,0)的质点刚好开始振动,已知t=0 时刻之 后,在t1=0.6 s 时刻P质点首次位于波峰位置。Q点的坐标是(-3,0),求: 这列波的传播速度。 t2=1.5 s 时质点Q的位移。 【解析】(1)单摆振动的周期T=2,可知单摆的振动周期与摆球质量无关,A 项正确;发射电波时,对电磁波进行调制,接收电 波时,对电磁波进行解调,B 项错
26、误;光纤通信利用了光的全反射原理,而全息照片则是利用光的干涉制成的,C 项错误;根据多普勒效 应可知,声源与观察者相对靠近,观察者所接收的频率大于声源发出的频率,D 项正确;在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由红光 改为紫光,根据条纹间距 x=,可知波长变短,则干涉条纹间距变窄,E 项正确。 (2)由图可知波长=4 cm 由题知t1=0.6 s=,解得T=0.8 s 3 4 则波速v= =0.05 m/s。 根据=2.5 rad/s 2 波向左传播一个周期T后,质点Q开始振动,振动方程为y=2sin(2.5t) (cm) 又因为 1.5 s 后Q点实际振动时间为 1.5 s-0.8 s=0.7 s 故t2=1.5 s 时质点Q的位移y=2sin(2.50.7)(cm)=- cm。 2 【答案】(1)ADE (2)0.05 m/s - cm 2