- 电磁波及其应用
- 共2372题
B.(选修模块 3 一 4 )
( 1 ) 在以下各种说法中,正确的是______.
A.真空中光速在不同的惯性参考系中是不同的,它与光源、观察者间的相对运动有关
B.拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
C.在光的双逢干涉实验中,若仅将入射光由红光改为绿光,则干涉条纹间距变宽
D.火车过桥要慢行,目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率,以免发生共振损坏桥梁
( 2 )如图1所示为一列简谐波在 t=0时刻的图象,已知质点 M 的振动方程为 y=5sin5πt ( cm ),此波中质点 M 在t 2=______.时恰好第 3 次到达 y 轴正方向最大位移处,该波的波速为______m/s.
( 3 ) 雨过天晴,人们常看到天空中出现彩虹,它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象.在说明这个现象时,需要分析光线射人水珠后的光路.一细束光线射人水珠,水珠可视为一个半径为 R=10mm的球,球心 O 到人射光线的垂直距离为 d=8mm,水的折射率为 n=4/3.
( a )在图2上画出该束光线射人水珠后,第一次从水珠中射出的光路图
( b )求这束光线从射向水珠到第一次射出水珠,光线偏转的角度.(sin37°=,sing53°=
)
正确答案
(1)A、根据光速不变原理知,光在不同的惯性参考系中速度相同.故A错误.
B、拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加一个偏振片以减弱透射光的强度.故B错误.
C、根据双缝干涉条纹的间距公式知,△x=λ,若仅将入射光由红光改为绿光,波长减小,则条纹间距变小.故C错误.
D、火车过桥要慢行,目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率,以免发生共振损坏桥梁.故D正确.
故选D.
(2)根据振动方程知,M点在t=0时刻向上振动,T==0.4s,质点M经过2
T第三次y轴正向最大位移处,可知t=0.9s.波速v=
=
m/s=1m/s.
(3)光路图如图所示.
由几何关系:sinθ1==0.8,θ1=53°
由折射定律:sinθ1=nsinθ2,得sinθ2=0.6,θ2=37°.
则φ=2(θ1-θ2)=32°.
故答案为:(1)D (2)0.9,1 (3)如图所示,32°
【选修3-4选做题】
在某介质中形成一列简谐波
(1)波向右传播,在0.1s时刻刚好传到B点,波形如图中实线所示,且再经过0.6 s,P点也开始起振,求:
①该列波的周期;
②从=0时刻起到P点第一次达到波峰时止,O点对平衡位置的位移0及其所经过的路程0各为多少?
③在上图中画出B点的振动图象。
(2)若该列波的传播速度大小为20 m/s,且波形中由实线变成虚线需要经历0.525 s时间,则该列波的传播方向如何?
正确答案
(1 )①
②0=-2cm,0=34cm
③“略”
(2)波沿轴负方向传播
如图示是一列向右传播简谐横波在t1时刻的波形,质点P此时的振动速度为V,t2时刻质点P的振动速度与t1时刻的速度大小相等、方向相同;t3时刻质点P的振动速度与t1时刻的速度大小相等、方向相反;已知t2-t1=t3-t2=0.2s,
求:此波的最小传播速度.
正确答案
因波向右传播,所以质点P从t1时刻开始背离平衡位置振动,
在一个周期内,从t1时刻到t2时刻,从t2时刻t3时刻对应的振动图象如图,则有:
t2-t1=(n+)T(n=0、1、2…)
所以周期为
T=(n=0、1、2…)
由图知波长为λ=4m
所以波速为
v==5(4n+3)(n=0、1、2…)
当n=0时,波速最小,即最小波速为15m/s.
答:此波的最小传播速度为15m/s.
(选修3-4)
(Ⅰ)沿x轴正方向传播的简谐横波在t1=0s时的波形如图1所示,此时波传播到x=2m处的质点B,质点A恰好位于波谷位置,C、D两个质点的平衡位置分别位于x=3m和x=5m处.当t2=0.2s时,质点A恰好第一次(从计时后算起) 处于波峰位置,则下列判断中正确的是______.
A.该波的波速等于5m/s
B.当t=1.0s时,质点C在平衡位置处且向下运动
C.当t=0.9s时,质点D的位移为-2cm
D.当质点D第一次位于波谷位置时,质点B恰好也位于波谷位置
(Ⅱ)如图2示,AOB是1/4圆柱玻璃砖的截面,玻璃砖的折射率n=,一束平行光以45°入射角射入玻璃砖的OA面,这些光线中只有一部分能从圆柱的AB面上射出,假设凡射到OB面的光线全部被吸收,也不考虑OA面的 反射作用,试问圆柱AB面上能射出光线部分占AB表面的几分之几?
正确答案
(Ⅰ)A、当t2=0.2s时,质点A恰好第一次(从计时后算起) 处于波峰位置,则知周期为T=0.4s,由图读出波长为λ=2m,则该波的波速为v==5m/s.故A正确.
B、t=1.0s=2.5T,波传到C的时间为0.5T,C点的起振方向向上,则在t=1.0s时,质点C在平衡位置处且向上运动.故B错误.
C、t=0.9s=2T.波传到C的时间为1.5T,D点的起振方向向上,则t=0.9s时,质点D已振动了
T,质点D到达波谷,位移为-2cm.故C正确.
D、BD间相距1波长,振动情况总是相反,则当质点D第一次位于波谷位置时,质点B恰好位于波峰位置.故D错误.
故选A C
(Ⅱ)由sinC=得,临界角 C=45°.
如图所示作出光路图,假设光线从P点入射到C点恰好发生全反射.
由n=得,r=30°.∠PCO为临界角,则∠PCO=arcsin
=45°
则∠POC=180°-45°-60°=75°,∠COB=15°,可以判断出PC以下的光线才能从圆柱面射出,即圆柱面上BC部分有光线射出.
=
=
,
即圆柱面AB上有的表面积能透射出光线来.
答:(Ⅰ)AC;(Ⅱ)圆柱AB面上能射出光线部分占AB表面的.
如图X=2m处是两种介质的分界线,左侧是甲介质,右侧为乙介质。某波源0开始不断地上下简谐振动形成向X轴正向传播的横波,经过0.5s,其波前沿正好到达M位置。已知该波在乙介质中传播速度是在甲介质中的2倍。问:
(1)波源0起振方向如何?
(2)该波在乙介质中的波长λ乙=?
(3)在图中画出再经过1s时的波形图?
正确答案
解:(1)向下振动
(2)根据V乙:V甲=λ乙:λ甲,得λ乙=4m
(3)波先在甲中传播0.5s到达分界线,再在乙中传播0.5s到达X=4m位置处(如图)
一列沿x轴正方向传播的简谐横波,在t=0时刻恰好传到x1=1.2m处,其波形如图所示.已知再经过时间t1=0.60s,A点恰好第三次出现在波峰处.试求:
(1)该简谐波的周期T;
(2)从t=0时刻起,该简谐波传播到x2=7.2m处的B点所用时间t2;
(3)从t=0时刻起,当B点第一次出现波峰时,A点经过的路程s.
正确答案
(1)由题意知,A点经过2.5个周期第三次出现在波峰处,有
5T=0.6 s
解得 T=0.24s
该简谐波的周期T为0.24s;
(2)由图知 λ=1.2 m
波速
v==
=5m/s
波传到B点的时间
t2==
=1.2s
简谐波传播到x2=7.2m处的B点所用时间t2为1.2s;
(3)当0.3 m 处的波峰传到7.2 m处时,B点第一次出现波峰,其所用时间
t3==
=1.38s
由于 =5.75,
即t3=5T
故A经过的路程:
s=×4A=2.3m
A经过的路程为2.3m.
【选修3-4选做题】
如图所示,实线是一列简谐横波在t1=0时刻的波形,虚线是这列波在t2=0.5 s时刻的波形,这列波的周期T符合3T
(1)若波速向右,波速多大?
(2)若波速向左,波速多大?
(3)若波速大小为74 m/s,波速方向如何?
正确答案
解:由图像知λ=8 m,又因为3T
(1)若波向右传播,则
又
解得v=54 m/s
(2)若波向左传播,则
又
解得v=58 m/s
(3)若波速大小为74 m/s,则波在t2-t1时间内传播的距离
故此波向左传播
机械横波某时刻的波形图如图所示,波沿x轴正方向传播,质点p的坐标x=0.32m.从此时刻开始计时.
(1)若每间隔最小时间0.4s重复出现波形图,求波速.
(2)若p点经0.4s第一次达到正向最大位移,求波速.
(3)若p点经0.4s到达平衡位置,求波速.
正确答案
(1)依题意,周期T=0.4 s,波速v==
m/s=2 m/s.
(2)波沿x轴正方向传播,当x=0.32m的振动传到P点,P点恰好第一次达到正向最大位移.
波传播的距离△x=0.32 m-0.2 m=0.12 m
波速v==
m/s=0.3 m/s.
(3)波沿x轴正方向传播,若p点恰好第一次到达平衡位置则△x=0.32 m,
由周期性,可知波传播的可能距离△x=(0.32+n)m(n=0,1,2,3,…)
可能波速v==
m/s=(0.8+n) m/s(n=0,1,2,3,…).
答:(1)若每间隔最小时间0.4s重复出现波形图,波速为2 m/s.
(2)若p点经0.4s第一次达到正向最大位移,波速为0.3 m/s.
(3)若p点经0.4s到达平衡位置,波速为(0.8+n) m/s(n=0,1,2,3,…).
渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位.已知某超声波频率为1.0×105Hz,某时刻该超声波在水中传播的波动图象如图所示.
①从该时刻开始计时,划出x=7.5×10-3m处质点做简谐运动的振动图象(至少一个周期).
②现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4s,求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动).
正确答案
(1)该波的周期为T==1×10-5 s,
由波动图象知,此时x=7.5×10-3 m处的质点位于负的最大位移处,所以,从该时刻开始计时,该质点的振动图象,如图所示.
(2)由波形图读出波长λ=15×10-3 m
由波速公式得v=λf ①
鱼群与渔船的距离为x=vt ②
联立①②式,代入数据得x=3000m.
答:(1)振动图象如图所示.
(2)鱼群与渔船的距离为3000m.
(选修模块3-4)
(1)以下说法中正确的是______
A.光的偏振现象说明光是一种纵波
B.相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关
C.麦克斯韦预言并用实验验证了电磁波的存在
D.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由绿光变为红光,则条纹间距变宽
(2)如图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,已知波的传播速度v=2m/s.试回答下列问题:
①写出x=0.5m处的质点做简谐运动的表达式:______cm;
②x=0.5m处质点在0~5.5s内通过的路程为______cm.
(3)直角玻璃三棱镜的截面如图所示,一条光线从AB面入射,ab为其折射光线,ab与AB面的夹角α=60
°.已知这种玻璃的折射率n=,则:
①这条光线在AB面上的入射角为______;
②图中光线ab______(填“能”或“不能”)从AC面折射出去.
正确答案
(1)A、光的偏转现象说明光是横波.故A错误.
B、相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关.故B正确.
C、麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹证实了电磁波的存在.故C错误.
D、根据△x=λ得,入射光由绿光变为红光,波长变长,则间距变宽.故D正确.
故选BD.
(2)x=0.5m处的质点在t=0时刻处于正向最大位移处,振幅A=5cm,周期T==
s=1s,则圆频率ω=
=2π,所以振动方程为y=5cos2πtcm.
0~5.5s内经历的时间为5个周期,一个周期内质点振动的路程为4A,所以s=5
×4×5cm=110cm.
(3)①光在AB面上的折射角为30°,根据n=,解得θ=45°.
因为sinC==
,所以临界角C=45°,光线ab入射到AC面上的入射角为60°,大于临界角,发生全反射,不能从AC面上折射出去.
故答案为:(1)BD (2)①y=5cos2πt 110cm (3)①45° ②不能.
(1)观察者远离波源过程中,观察者接收到的机械波频率比观察者静止时接收到的频率______
(2)已知介质对某单色光的临界角为θ,真空中的光速为c,则此单色光在该介质中的传播速度等于______.
(3)一列简谐横波在t=0时的波形图如下,若波自右向左传播的,则处于平衡位置的P点此时的运动方向是______.若经过时间t=0.03s后,P点刚好第一次到达波峰,则波的传播速度是______.
正确答案
(1)根据波的多普勒效应,观察者远离波源过程中,观察者接收到的机械波频率比观察者静止时接收到的频率小;
(2)已知介质对某单色光的临界角为θ,故相对折射率为:n==
;
故此单色光在该介质中的传播速度为:v==c•sinθ;
(3)将波向左微微平移,会发现质点P的位移变大且为负值,故P向下运动;
P点刚好第一次到达波峰,即P右侧的第一个波峰传到P位置,即传播△x=0.5-0.2=0.3m;
故波速为:v==
=10m/s;
故答案为:(1)小;(2)c•sinθ;(3)向下、10m/s.
图A中表示一条均匀细绳,0、1、2、…表示绳上一系列等距离的质点,由0到16点的长度是2.4m,一列简谐波沿此绳传播,绳上A点的振动方向如图所示,在t1=0时刻、t2=11s时刻、t3=22s时刻的波形图如图所示,试求:
(1)此波的波长及波的传播方向
(2)此波在绳中的最小传播速度.
正确答案
(1)由0到16点的长度是2.4m,而由0到10点的长度是波长,所以波长λ=1.8m,
根据绳上A点的振动方向如图所示,结合“逆向描波”可知,波向x轴正方向传播.
(2)在一个周期内,从t1时刻到t2时刻,从t1时刻t3时刻对应的波动图象如图,则有:
t2-t1=(n+ )T(n=0、1、2…)
所以周期为
T= (n=0、1、2…)
由图知波长为λ=1.8m
所以波速为
v==
(4n+3)(n=0、1、2…)
当n=0时,波速最小,即最小波速为0.123m/s.
t3-t1=(n+ )T(n=0、1、2…)
所以周期为
T= (n=0、1、2…)
由图知波长为λ=1.8m
所以波速为
v==
(2n+3)(n=0、1、2…)
当n=0时,波速最小,即最小波速为0.123m/s.
答:(1)波长为1.8m,波向右传播.
(2)此波的最小传播速度为0.123m/s
如图,质点O在垂直x轴方向上做简谐运动,形成了沿x轴正方向传播的横波.在t=0时刻质点O开始向下运动,经0.4s第一次形成图示波形,则该简谐波周期为______s,波速为______m/s,x=5m处的质点B在t=1.6s时刻相对平衡位置的位移为______cm.
正确答案
由题,在t=0时刻质点O开始向下运动,经过半个周期形成图示波形,则周期为T=2×0.4s=0.8s.
波长为λ=4m,则波速为v==5m/s.波从lx=2m传到x=5m的时间t1=
=
s=0.6s,x=5m处的质点B在t=1.6s时刻已经振动了t2=1s=
T=1
T,所以t=1.6s时刻质点B相对平衡位置的位移为-10cm.
故答案为:0.8,5,10
一列波沿x轴正方向传播的简谐波,在t=0时刻的波形图如图所示,已知这列波在P出现两次波峰的最短时间是0.4s,求:
(1)这列波的波速是多少?
(2)再经过多少时间质点R才能第一次到达波峰
(3)这段时间里R通过的路程是多少?
正确答案
(1)依题,P点两次出现波峰的最短时间是0.4s,所以这列波的周期T=0.4s.由波速公式得
v==
m/s=10m/s
(2)由t=0时刻到R第一次出现波峰,波移动的距离s=(9-2)m=7 m.
则t==
s=0.7 s
(3)在上述时间内,R实际振动时间t1=0.7s-0.4s=0.3 s
因此R通过的路程为s路=4×2× cm=6cm.
答:
(1)这列波的波速是10m/s;
(2)再经过0.7s时间质点R才能第一次到达波峰;
(3)这段时间里R通过的路程是6cm.
一列频率为50Hz的横波在x轴上传播,某时刻,在x=-2m的质点A正通过平衡位置向上运动时,在x=4m处的质点B恰好处于上方最大位移处.
(1)设这列波的波长大于6m,若沿x轴正方向传播,则波速多大?若沿x轴负方向传播,则波速多大?
(2)若这列波的波速为240m/s,求波的传播方向.
正确答案
(1)设这列波的波长大于6m.若波沿X轴正方向传播,A、B间相隔波长,则有
λ=xB-xA,
代入解得,λ=8m,波速V=λf=400m/s.
若波向负方向传播,A、B间相隔波长,则有
λ=xB-xA,
代入解得,λ=24m,波速V=λf=1200m/s.
(2)若波沿X轴正方向传播,λ=m,V=λf=
m/s,当v=240,n非正整数,则不可能波沿X轴正方向传播.同理,若波沿X轴负方向传播,V=
,当v=240m/s,n=1,故沿X轴负方向传播.
答:
(1)设这列波的波长大于6m,若沿x轴正方向传播,波速为400m/s.若沿x轴负方向传播,波速为1200m/s.
(2)若这列波的波速为240m/s,波的传播方向为沿X轴负方向传播.
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