2020届高三全国名校12月月考物理机械振动机械波和光学试题及答案

2020 届高三全国名校 12 月月考物理机械振动机械波和光学试题及答案 1、（2020·山东省威海市文登区高三上学期期末）在弹性绳左右两端垂直绳轻摇一下，产生两个振动方向、振幅和波 长都相同的正弦形“孤波”，t=0 时刻两孤波传播至如图所示位置，已知左侧孤波向右传播速度大小为 =1m/s，下列说 法正确的是（　　） A. t=0 时坐标在 x=－2m 处的质点，在 t=2s 时运动到了 O 点 B. 右侧孤波向左传播的速度大小 与 不一定相等 C. t=2.5s 时，O 点处的质点位于波峰 D. t=3s 时，O 点处的质点加速度最大 【答案】C 【解析】 A．波在介质中传播时，介质中质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波的传播而迁移，故 A 错误； B．在同一介质中，同一种波的传播速度相同，故 B 错误； C．由于两波的传播速度相同，由图可知，t=2.5s 时刻，两个孤波的“波峰”这种振动状态传至 O 点，因此，O 点位移向 上达到最大，速度为 0 即波峰位置，故 C 正确； D．t=0 时刻坐标在 x=－3m 和 x=+3m 处的质点都处于平衡位置且向下运动，由波的平移法可知，其振动形式在 t=3s 时 刻传至 O 点，此时 O 点处质点处于平衡位置，加速度为 0，故 D 错误。 故选 C。 2、（2020·广西省名校高三上学期 12 月模拟）如图所示，质量为m 的物体被放到劲度系数为 k 弹簧上，并使其在竖直 方向上做简谐运动，当振幅为 A 时，物体对弹簧的最大压力是物体重量的 1.5 倍，重力加速度为 g。则该简谐运动的平 衡位置离 O 点（弹簧处于原长时其上端的位置）的距离为_______；振动过程中物体对弹簧的最小压力为_________； 要使物体在振动过程中不离开弹簧，振幅不能超过_______。 1v 2v 1v【答案】 (1). (2). (3). 【解析】 [1]物体处于平衡位置时，有 所以离 点的距离为 [2]振动过程中物体对弹簧的最大压力时，弹簧相对平衡位置向下振动最大振幅 ，此时回复力 回复力竖直向上；振动过程中物体对弹簧的最小压力时，弹簧相对平衡位置向上振动最大振幅 ，有简谐运动 对称 性可知，此位置回复力 方向竖直向下，故此时弹簧受到的弹力 由牛顿第三定律可知，振动过程中物体对弹簧的最小压力为 ； [3]弹簧所受压力最小为 0，回复力 ，所以振幅最大为 。 3、（2020·湖北省龙泉中学潜江中学高三上学期 12 月联考）一列沿x 轴正向传播的横波在某时刻的波形图如图甲所示， a、b、c、d 为介质中沿波的传播方向上的四个质点，图乙的振动图象描述的是介质中某质点的振动图像。下列说法正 确的是 的 mg k 0.5mg 2A mg kx= O mgx k = A 1.5 0.5F mg mg mg= − = A 0.5F F mg′ = = N 0.5 0.5F mg F mg mg mg′= − = − = 0.5mg 2F mg F′′ = = 2AA. 在 t=0 时刻，振动图像表示质点 b 的振动情况 B. 在 t=0 时刻，质点 b 的速率小于质点 c 的速率 C. 在 t=0 时刻，质点 c 的加速度方向沿 y 轴正方向 D. 在 t=0 时刻，振动图像表示质点 c 的振动情况 E. 在 t= 时刻，质点 c 速率为零，加速度的值最大 【答案】ACE 【解析】 A．由甲图可知，根据“上下坡”法可知，质点 b 沿 y 轴正方向振动，结合乙图可知，在 t=0 时刻，振动图像表示质 点 b 的振动情况，故 A 正确； B．在 t=0 时刻，质点 b 位于平衡位置，质点 c 振幅处，所以质点 b 的速率大于于质点 c 的速率，故 B 错误； C．由甲图可知，在 t=0 时刻，质点 c 位于波谷位置，所以质点 c 的加速度方向沿 y 轴正方向，故 C 正确； D．在 t=0 时刻，质点 c 位于波谷位置，故 D 错误； E．由甲图可知，经过 t= 质点 c 位于波峰处，速率为 0，加速度最大，故 E 正确。 故选 ACE。 4、（2020·山东省威海市文登区高三上学期期末）图甲为光电效应实验的电路图，保持光的颜色和光照强度不变，移 动滑动变阻器滑片位置或对调电源正负极，得到电流表的示数 I 随电压表的示数 U 变化的规律如图乙所示。下列说法 正确的是（　　） A. 由能量守恒定律可知，光电子的最大初动能等于入射光子的能量 B. 由欧姆定律可知，电压表的示数为零时，电流表的示数也为零 2 T 2 TC. 保持光的颜色不变，只增加光照强度时，I－U 图像的纵截距 会增大 D. 保持光的颜色不变，只增加光照强度时，I－U 图像的横截距 Uc 会增大 【答案】C 【解析】 A．由爱因斯坦光电效应方程可知，电子的最大初动能等于入射光子的能量与金属逸出功之差，故 A 错误； B．当光电管两端电压 0 时，即电压表示数为 0，此时仍有光电子运动到阳极而形成光电流，则电流且示数不为 0， 故 B 错误； C．I－U 图像的纵截距 表示光电管两端电压为 0 时，光电流的大小，保持光的颜色不变，即光电子逸出的最大初动 能不变，增加光照强度时单位时间内逸出的光电子数增大，运动到阳极的光电子数增大，则光电流增大，故 C 正确； D．I－U 图像的横截距 Uc 表示光电管两端加反向电压且使逸出的光电子恰好到达阳极，即 由光电效应方程 可知，保持光的颜色不变，只增加光照强度时，Uc 不变，故 D 错误。 故选 C。 5、（2020·陕西省高三第一次模拟考试）如图所示，两束单色光 a、b 从水下面射向 A 点，光线经折射后合成 一束光 c，则下列说法正确的是__________ A. 用同一双缝干涉实验装置分别以 a、b 光做实验，a 光的干涉条纹间距大于 b 光的干涉条纹间距 B. a 比 b 更容易发生衍射现象 C. 在水中 a 光 速度比 b 光的速度小 D. 在水中 a 光的临界角大于 b 光的临界角 E. 若 a 光与 b 光以相同入射角从水射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是 a 光 为 的 0I 0I kceU E= 0kE h Wν= −【答案】ABD 【解析】 由图可知，单色光 a 偏折程度小于 b 的偏折程度，根据折射定律 知，a 光的折射率小于 b 光的折射率，则知 a 光的波长大．根据双缝干涉条纹的间距公式 ，可得，干涉条纹间距与波长成正比，所以 a 光的干涉条纹间距大 于 b 光的干涉条纹间距，故 A 正确；a 光的波长长，波动性强，更容易发生衍射现象，故 B 正确；由 知，在水中 a 光的速度大，故 C 错误；由全反射临界角公式 ，知折射率 n 越大，临界角 C 越小，则知在水中 a 光的临界 角大于 b 光的临界角，故 D 正确；若 a 光与 b 光以相同入射角从水射向空气时，由于在水中 a 光的临界角大于 b 光的 临界角，所以 b 光的入射角先达到临界角，则 b 光先发生全反射，首先消失的是 b 光，故 E 错误． 6、（2020·广西省名校高三上学期 12 月模拟）如图所示为一玻璃圆柱体的截面图，其半径为R，O 为圆柱截面的圆心， AB 为截面圆的直径。在 B 点放一个能发某种单色光的点光源，它照射到直径上方的光线中，只有圆弧段 AMN 有光线 折射出来，其中从 M 点折射出的光线恰好平行于 AB。已知 。求直线 BN 长度（用 R、 表示）。 【答案】 【解析】 设光线 在 点发生折射对应的入射角为 ，折射角为 。如图 则有 ， 根据折射定律得 sin sin rn i = Lx d λ∆ = cv n = 1sinC n = ABM θ∠ = θ 2 23cos sincos RBN θ θθ= − BM M i r i θ= 2r θ= sin sin rn i =代入数据得 光线 恰好在 点发生全反射，则 为临界角 ，有 如图 在等腰三角形 中， 的距离为 联立求得 7、（2020·陕西省高三第一次模拟考试）如图所示，半径为 R 的扇形 AOB 为透明柱状介质 的横截面，圆心角∠AOB=60°.一束平行于角平分线 OM 的单色光由 OA 射入介质，折射光线平行于 OB 且恰好射向 M（不 考虑反射光线，已知光在真空中的传播速度为 c）． ①求从 AMB 面的出射光线与进入介质的入射光线的偏向角； ②光在介质中的传播时间． 【答案】（1） ；（2） 2cosn θ= BN N BNO∠ C 1sinC n = NOB BN 2 cosBN R C= 2 2 24cos 1 3cos sincos cos R RBN θ θ θθ θ= − = − R c【解析】 试题分析：①光路图如图所示： 对 AO 面的折射，由几何知识得： ， 则介质的折射率： 光从 M 点射出时，有： 解得： ， 从 AMB 面的出射光线与进入介质的入射光线的偏向角： ； ②设光在介质中的路程为 s，则 光在介质中的传播速度： 则光在介质中传播的时间： 联立解得： 考点：考查了光的折射定律，光的传播 【名师点睛】解决光学问题的关键要掌握全反射的条件、折射定律 、临界角公式 、光速公式 ， 运用几何知识结合解决这类问题． 8、（2020·湖北省龙泉中学潜江中学高三上学期 12 月联考）在开展深度学习的过程中，某课题研究小组的同学根据所 学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，它的示意图如图 2 所示。在一圆盘上，过圆心 O 做两条互相垂直 的直径 BC、EF，在半径 OA 上，垂直盘面插下两枚大头针 P1、P2，并保持 P1、P2 不变。每次测量时让圆盘的下半部 分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径 BC 相平，EF 作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察大头针 P1、P2 60 30 30i r θ= ° = ° = °， ， sin sin 60 3sin sin30 in r °= = =° 3sin sin 3 sin30 2nβ θ= = × ° = 60β = ° 60α β= = ° 1 32 cos30 3 R s R= =° cv n = st v = Rt c = sin sin in r = 1sinC n = cv n =的像，并在圆周上插上大头针 P3，使 P3 正好挡住大头针 P1、P2 的像。同学们根据计算，预先在圆周 EC 部分刻好了折 射率的值，这样只要根据 P3 所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值。 （1）若∠AOF= ，OP3 与 OC 的夹角为 ，求 P3 所对应的折射率的值； （2）简要说明 P3、P4 哪处的折射率较大； （3）做 AO 的延长线交圆周于 K，求 K 处所对应的液体折射率。 【答案】（1） （2）P4 处的折射率大（3）1 【解析】 (1)若∠AOF= ，OP3 与 OC 的夹角为 ，则折射角为 ，设此时液体的折射率为 n3= = (2)由图可知，OP3 与 OC 的夹角大于 OP4 与 OC 的夹角，故 OP3 与法线 OE 的夹角小于 OP4 与法线 OE 的夹角，即 OP3 的折射角小于 OP3 的折射角，根据折射率 n= 可知，P3 处的折射率小于 P4 哪处的折射率。 (3)因为 AO 的延长线交圆周于 K，所以 OK 的折射角等于 AO 的入射角，根据折射率 n= 可知，K 的折射率等于 1。 30° 30° 3 30° 30° 60° sin60 sin30 ° ° 3 sin sin r i sin sin r i