- 机械波的衍射和干涉
- 共2010题
(1)(6分)如图,a.、b、c.、d是均匀媒质中x轴上的四个质点,相邻两点的间距依次为2m、4m和6m一列简谐横波以2m/s的波速沿x轴正向传播,在t=0时刻到达质点a处,质点a由平衡位置开始竖直向下运动,t=3s时a第一次到达最高点。下列说法正确的是 。(填正确答案标号。选对1个得3分,选对2个得4分,选对3个得6分。每选错1个扣3分,最低得分为0分)
E.当质点d向下运动时,质点b一定向上运动
(2)(9分)图示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图,玻璃丝长为L,折射率为n,AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c.
(i)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面,求光线在端面AB上的入射角应满足的条件;
(ii)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。
正确答案
(1)ACD
(2)(i) (ii)
(1)当t=6s时,由x=vt=12m,波刚好传播到距a点12m的d点,所以A正确;当波传到c质点需时间t1=3s,题意知,所以T=4s,c质点又振动
回到平衡位置向上运动,所以B选项错误;由题意知
,所以T=4s,各质点振动的周期均为4s,所以C正确;t1=3s时刻,c质点刚开始向下振动,又经1s,c质点到负向最大位移,再经2s,c质点到正向最大位移,所以
的时间间隔内,c质点由负向最大位移向正向最大位移运动,所以D正确;b、d距离10m,波长
,bd=
,当d向下运动时b可能向下运动,也可能向上运动,所以E错误。
(2)(i)设入射角为折射角
,光线到达上界面的入射角为
,全反射临界角为C,由折射定律
①,由几何关系
②
即 ③,当
时发生全发射
由因为④,
⑤
联立①②③④⑤解得⑥
(ii)当折射光线发生全反射后,光在介质中传播的速度 ⑦
在介质中传播的距离为⑧,
越小sin
也越小,
最小等于临界角C时光在介质中传播最长的距离Lm=
所以最长时间
【点评】第一问的关键是画出光路图找到和
的关系,利用
,
可解出入射角满足的条件,即
。第二问的关键是找到最长的传播距离,由
,
越小sin
也越小,
最小等于临界角C时光在介质中传播最长的距离Lm=
,再由
即可解出最长时间
。
【考点定位】波在均匀介质中匀速传播、波的传播规律、周期、波长。
一根弹性绳沿x轴方向放置,左端在原点O处,用手握住绳的左端使其沿y轴方向做周期为1s的简谐运动,于是在绳上形成一简谐波,绳上质点N的平衡位置为x=5m,振动传播到质点M时的波形如图所示,求:
①绳的左端振动经多长时间传播到质点N;
②质点N开始振动时,绳的左端已通过的路程.
正确答案
①2.5s ②80cm
试题分析:(1)由图可知,波长 波速
从绳的左端传播到N 点传播的距离
振动传播到质点N经历的时间
(2)质点一个周期振动通过的路程等于4倍振幅
质点N开始振动时,绳的左端已通过的路程
(8分)一列简谐横波沿X轴传播。在某时刻,参与振动的两质点A、B速度相同,但加速度不同。经0.01秒时间后,A、B的加速度相同。若已知该波的波长为4米。则波速为多大?
正确答案
试题分析:由题可知AB两点速度相等时分别处于波峰与波谷处,至少经过四分之一周期两者的加速度相等,为零;故 ,解得
n=0,1,2,3,……….
代入公式,可得
如图所示,是以A点为振源的机械波沿着一条一端固定的绳子传播到B点时的波形,则A质点刚开始振动时的方向为 。(填“向上”或“向下”)
正确答案
向上
略
如图12-4-7所示为一列机械波从一种介质进入另一种介质发生的现象,已知波在介质1中的波速为v1,在介质2中的波速为v2,则v1∶v2为多少?
图12-4-7
正确答案
因为i=60°,r=45°,由折射定律可知:
=
=
=
.
(4分)下图是某绳波形成过程示意图,1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点,绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,带动2、3、4……各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传到右端。t=0时质点1开始竖直向上运动,质点振动周期为T。经过四分之一周期,质点5开始运动,此时质点1已发生的位移为6cm, 则当t=时质点5的运动方向为 ;t=
时质点9运动的路程为 。
正确答案
竖直向上 6cm
试题分析:机械波在传播过程中,各质点的起振方向相同,所以T/4时质点5刚好起振,且方向向上;经过3T/4质点5振动了T/4,所以质点5的位移为6cm。
右图所示,细绳的一端在外力作用下从t=0时刻开始做简谐运动,激发出一列简谐横波。在细绳上选取15个点,图中第一个图为t=0时刻各点所处的位置,图中第二个图为t=T/4时刻的波形图(T为波的周期)。在图中第三个图中画出t=3T/4时刻的波形图。
正确答案
本题考查机械波的形成,在一个周期内波向外传播一个波长,根据前代后后跟前的规律画出图像
某防空雷达发射的电磁波频率为f=3×103MHZ,屏幕上尖形波显示,从发射到接受经历时间Δt=0.4ms,那么被监视的目标到雷达的距离为______km,该雷达发出的电磁波的波长为______m。
正确答案
60km; 0.1m
d=vt/2=3×108×0.4ms×0.5=60km,根据:=3×108/3×109=0.1m
一列横波沿x轴传播,当位于=3cm处的A质点在x轴上方最大位移处时,位于
=6cm处的B质点恰在平衡位置且振动方向竖直向下,求出这列波的最大波长.
正确答案
4cm或12cm
当波沿x轴正方向传播时,在最大波长条件下满足题设条件的关系为
当波沿x轴负方向传播时,在最大波长条件下满足题设条件的关系为
此列波最大波长为4cm或12cm.
思路点拨:由于波的传播方向不定,可能沿x轴正方向,也可能沿x轴负方向传播,如下图中(甲)和(乙)所示.题意又要求最大波长,则x=nλ+λ或x=nλ+
λ中,只有n=0的情况.故本题便可求解.
小结:解本题时应分别讨论波沿x轴正方向传播与波沿x轴负方向传播这两种情况,在分别求得最大波长以后,不能再挑出波长为12cm的那个值作为问题的结果,因为波长4cm和12cm分别对应波的不同传播方向.
(3)波动图象的周期重复性是波动问题出现多解的最主要因素,它又包括三种情况:①时间间隔Δt与周期T的关系不明确;②波传播的距离Δx与波长λ的关系不明确;③时间间隔Δt与T的关系及波传播的距离Δx与波长λ的关系都不明确.下面分别就举出的例题加以说明.
选修模块3-4(15分)
小题1:如图为一列沿x轴负方向传播的简谐横波在t=0时的波形图,当Q点在t=0时的振动状态传到P点时,则( )
小题2:如下图所示,两面平行的玻璃砖下表面涂有反射物质,一束与上表面成30°入射的光线,在右端垂直标尺上形成了A、B两个光斑,A、B间距为4cm,已知玻璃砖的折射率
为, 画出形成两光斑的光路图,并求此玻璃砖的厚度
。
正确答案
小题1:B
小题2:
(1)B(5分)
(2)(10分)解:光路图如图:(2分)
光束入射角,(1分)
由得:
(1分)
由几何关系有:,(2分)
且 (2分) 代入数据解得:
(2分)
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