高考物理二轮复习 第一部分 专题七 选考部分 第17讲 机械振动和机械波 光与电磁波练习（含解析）-人教版高三全册物理试题.doc

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1、第17讲机械振动和机械波光与电磁波构建网络重温真题1(2019北京高考)利用图1所示的装置(示意图)，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是()A甲对应单缝，乙对应双缝B甲对应双缝，乙对应单缝C都是单缝，甲对应的缝宽较大D都是双缝，甲对应的双缝间距较大答案A解析单缝衍射图样的中央条纹亮且宽，相邻条纹间距不等；双缝干涉图样中相邻条纹间距相等。根据题目中给出的甲、乙两种图样可知，甲是单缝衍射的图样，乙是双缝干涉的图样，A正确。2(2019全国卷) (1)如图，长为l的细绳下方悬挂一小球a，绳的另一端固定在天花板上O点处，在O点正下方l的O

2、处有一固定细铁钉。将小球向右拉开，使细绳与竖直方向成一小角度(约为2)后由静止释放，并从释放时开始计时。当小球a摆至最低位置时，细绳会受到铁钉的阻挡。设小球相对于其平衡位置的水平位移为x，向右为正。下列图象中，能描述小球在开始一个周期内的xt关系的是_。(2)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：()若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可_。A将单缝向双缝靠近B将屏向靠近双缝的方向移动C将屏向远离双缝的方向移动D使用间距更小的双缝()若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条

3、纹之间的距离为x，则单色光的波长_。()某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为_ nm(结果保留三位有效数字)。答案(1)A(2)()B()()630解析(1)摆长为l时单摆的周期T12，振幅A1l(为摆角)，摆长为l时单摆的周期T22 ，振幅A2l(为摆角)。根据机械能守恒定律得mgl(1cos)mg(1cos)，利用cos12sin2，cos12sin2，以及sintan，sintan(、)很小，解得2，故A2A1，故A正确。(2)()相邻明(暗)干涉条纹的间距x，要增加

4、观察到的条纹个数，即减小x，需增大d或减小l，因此应将屏向靠近双缝的方向移动，或使用间距更大的双缝，B正确，A、C、D错误。()第1条暗条纹到第n条暗条纹间的距离为x，则相邻暗条纹间的距离x，又x，解得。()由，代入数据解得630 nm。3(2019全国卷)(1)一简谐横波沿x轴正方向传播，在t时刻，该波的波形图如图a所示，P、Q是介质中的两个质点。图b表示介质中某质点的振动图象。下列说法正确的是_。(填正确答案标号)A质点Q的振动图象与图b相同B在t0时刻，质点P的速率比质点Q的大C在t0时刻，质点P的加速度的大小比质点Q的大D平衡位置在坐标原点的质点的振动图象如图b所示E在t0时刻，质点P

5、与其平衡位置的距离比质点Q的大(2)如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53(取sin530.8)。已知水的折射率为。()求桅杆到P点的水平距离；()船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。答案(1)CDE(2)()7 m()5.5 m解析(1)t时刻，质点Q在平衡位置，向上振动，对应的振动图象与图b不符，A错误；t0时刻的波形图如图所示(图a的波形图左移半个波长即可得到)，质点P在最低

6、点，质点Q在平衡位置，质点Q的速率比质点P的大，质点P的加速度大小比质点Q的大，质点P此时所在位置与其平衡位置的距离为振幅，质点Q在平衡位置，与其平衡位置的距离为0，故B错误，C、E正确；t时刻，平衡位置在坐标原点的质点经过平衡位置向下振动，对应的振动图象与图b吻合，D正确。(2)()设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2；桅杆高度为h1，P点处水深为h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为。由几何关系有tan53tan由折射定律有sin53nsin设桅杆到P点的水平距离为x，则xx1x2联立式并代入题给数据得x7 m()设激光束在水中与竖直方向的夹角为45时，从水面出

7、射的方向与竖直方向夹角为i，由折射定律有sininsin45设船向左行驶的距离为x，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2，则x1x2xxtanitan45联立式并代入题给数据得x(63) m5.5 m。4(2019全国卷)(1)水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上。振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源。两波源发出的波在水面上相遇，在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样。关于两列波重叠区域内水面上振动的质点，下列说法正确的是_。(填正确答案标号)A不同质点的振幅都相同B不同质点振动的频率都相同C不同质点振动的相位都相同D不同质点振动的

8、周期都与振动片的周期相同E同一质点处，两列波的相位差不随时间变化(2)如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，A90，B30。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出。()求棱镜的折射率；()保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC边上恰好有光线射出。求此时AB边上入射角的正弦。答案(1)BDE(2)()()解析(1)两列波相遇叠加产生干涉，一些质点的振动加强，一些质点的振动减弱，即振幅不同，A错误；各质点的振动频率、周期都与振动片相同，B、D正确；不同质点振动的相位不同(不是同时到达正的最大位移处)，C错误；两列波频率相同，在同一质点处的相位差恒定，E正确

9、。(2)()光路图及相关量如图所示。光束在AB边上折射，由折射定律得n式中n是棱镜的折射率。由几何关系可知60由几何关系和反射定律得B联立式，并代入i60得n()设改变后的入射角为i，折射角为，由折射定律得n依题意，光束在BC边上的入射角为全反射的临界角c，且sinc由几何关系得c30由式得此时AB边上入射角的正弦为sini。5(2018全国卷)(1)一列简谐横波沿x轴正方向传播，在t0和t0.20 s时的波形分别如图中实线和虚线所示。已知该波的周期T0.20 s。下列说法正确的是_。(填正确答案标号)A波速为0.40 m/sB波长为0.08 mCx0.08 m的质点在t0.70 s时位于波谷

10、Dx0.08 m的质点在t0.12 s时位于波谷E若此波传入另一介质中其波速变为0.80 m/s，则它在该介质中的波长为0.32 m(2)如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上。D位于AB边上，过D点作AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O点作AB边的垂线交直线DF于E；DE2 cm，EF1 cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)答案(1)ACE(2)解析(1)根据波形图可知，波长16 cm0.16 m，B错误；根据t0

11、时刻和t0.20 s时刻的波形图可知T0.2 s，T s，n0,1,2,3，而已知该波的周期T0.20 s，故该波的周期T0.40 s，波速v0.40 m/s，A正确；简谐波沿x轴正方向传播，x0.08 m的质点在t0时刻沿y轴正方向运动，在t0.70 s1T时位于波谷，在t0.12 sT时位于y0的某位置(不是位于波谷)，C正确，D错误；若此波传入另一介质中，周期T不变，其波速变为v0.80 m/s，由vT可得它在该介质中的波长为0.800.4 m0.32 m，E正确。(2)过D点作AB边的垂线NN，连接OD，则ODN为来自O点的光线在D点的入射角；设该光线在D点的折射角为，如图所示。根据折

12、射定律有nsinsin式中n为三棱镜的折射率由几何关系可知60EOF30在OEF中有EFOEsinEOF由式和题给条件得OE2 cm根据题给条件可知，OED为等腰三角形，有30由式得n。6(2017全国卷)(1)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是_。(填正确答案标号)A改用红色激光 B改用蓝色激光C减小双缝间距 D将屏幕向远离双缝的位置移动E将光源向远离双缝的位置移动(2)一直桶状容器的高为2l，底面是边长为l的正方形；容器内装满某种透明液体，过容器中心轴DD、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内

13、壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源，已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直，求该液体的折射率。答案(1)ACD(2)1.55解析(1)在双缝干涉实验中相邻亮条纹的间距x，因此要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距可减小双缝间的距离，增大屏幕与双缝的距离，换用波长更长或频率更小的光做光源。故选A、C、D。(2)设从光源发出直接射到D点的光线的入射角为i1，折射角为r1。在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点C，连接C、D，交反光壁于E点，由光源射向E点的光线，反射后沿ED射向D点。光线在D点的入射角为i2，折射角为r2，如图所示。设液体的折射率为n，由折射定律有n

14、sini1sinr1nsini2sinr2由题意知r1r290联立式得n2由几何关系可知sini1sini2联立式得n1.55。命题特点：1.以选择题、填空题形式的命题涉及面比较广，常考查机械振动、机械波的综合问题，光的折射、全反射现象，近年对光的干涉考查的热度有所增加，也常对其他概念、现象进行拼盘式的命题考查。2以计算题形式的命题以考查波的传播、光的折射和全反射现象为主。思想方法：图象法、微平移法、特殊点法、作图法。高考考向1机械振动与机械波例1(2018全国卷)一列简谐横波在t s时的波形图如图a所示，P、Q是介质中的两个质点。图b是质点Q的振动图象。求：(1)波速及波的传播方向；(2)质

15、点Q的平衡位置的x坐标。(1)t s时Q点的振动方向是什么？波的传播方向是什么？如何判断？提示：向上。由“上下坡”法可知波沿x轴负方向传播。(2)t0时Q点在什么位置？t s时此振动状态传播到什么位置？提示：平衡位置。P点所在的位置。解析(1)由图a可以看出，该波的波长为36 cm由图b可以看出，周期为T2 s波速为v18 cm/s由图b知，当t s时，Q点向上运动，结合图a可得，波沿x轴负方向传播。(2)设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ。由图a知，x0处yAsin(30)，因此xP3 cm由图b知，在t0时Q点处于平衡位置，经t s，其振动状态向x轴负方向传播至P点处，由此及式有

16、xQxPvt6 cm由式得，质点Q的平衡位置的x坐标为xQ9 cm。答案(1)18 cm/s波沿x轴负方向传播(2)9 cm 波动图象和振动图象的应用技巧(1)求解波动图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法分清振动图象与波动图象，此问题最简单，只要看清横坐标即可。横坐标为x则为波动图象，横坐标为t则为振动图象。看清横、纵坐标的单位，尤其要注意单位前的数量级。找准波动图象对应的时刻。找准振动图象对应的质点。(2)判断波的传播方向和质点振动方向的方法上下坡法(图甲)；同侧法(图乙)；微平移法(图丙)。1(2017全国卷)如图a，在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0

17、,4)和S2(0，2)。两波源的振动图线分别如图b和图c所示。两列波的波速均为1.00 m/s。两列波从波源传播到点A(8，2)的路程差为_m，两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”)，点C(0,0.5)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”)。答案2减弱加强解析波长vT2 m，两列波的波长相等。两波源到A点的路程差x m8 m2 m。两波源到B点的路程差x m m0，初相相差，B点为振动减弱点。两波源到C点的路程差x3.5 m2.5 m1 m，初相相差，C点为振动加强点。2(2019辽宁省沈阳市模拟)(多选)有两列简谐横波的振幅都是10 cm，传播速度大小相同。

18、O点是实线波的波源，实线波沿x轴正方向传播，波的频率为3 Hz；虚线波沿x轴负方向传播。某时刻实线波刚好传到x12 m处质点，虚线波刚好传到x0处质点，如图所示，则下列说法正确的是()A实线波和虚线波的频率之比为23B平衡位置为x6 m处的质点此刻振动速度最大C实线波源的振动方程为y10sin(6t)(cm)D平衡位置为x6 m处的质点始终处于振动加强区，振幅为20 cmE从图示时刻起再经过0.75 s，平衡位置为x5 m处的质点的位移y0答案BCE解析已知两列简谐横波波速大小相等，由图可知，实线波的波长14 m，虚线波的波长26 m，由vf可知，实线波和虚线波的频率之比为f1f22132，故

19、A错误；此刻两列波单独引起平衡位置为x6 m处的质点的速度方向均向上且最大，所以该质点此时速度最大，故B正确；根据振动方程yAsin(t)，实线波的振幅A10 cm，角频率2f16 rad/s，因实线波沿x轴正向传播，根据同侧法可知平衡位置为x12 m处的质点起振方向向下，则波源的起振方向向下，故实线波源的振动方程为y10sin(6t)(cm)，故C正确；两列波的频率不一致，不是相干波，无法产生干涉现象，故不能形成稳定的振动加强和减弱的点，D错误；v1f143 m/s12 m/s，从图示时刻起再经过0.75 s实线波往x轴正向传播了9 m，即x5 m处的质点在实线波的传播中振动了T1，故引起平

20、衡位置为x5 m处的质点的位移为y10，虚线波往x轴负向传播了9 m，即x5 m处的质点在虚线波的传播中振动了T2，引起平衡位置为x5 m的质点的位移y20，显然y1y20，故E正确。3(2019广东珠海一模)(多选)关于振动和波动，下列说法正确的是()A做简谐振动的物体，经过同一位置时，加速度可能不同B在受迫振动中，驱动力的频率不一定等于物体的固有频率C在波的干涉中，振动加强的点不一定处在波峰或波谷的叠加处D波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率会发生变化E在波的传播方向上相对平衡位置的位移始终相同的两个质点间距离等于波长答案BCD解析做简谐振动的物体，加速度总与位移大小成正比

21、，方向相反，故经过同一位置时，加速度一定相同，A错误；物体做受迫振动时，其驱动频率跟固有频率无关，故B正确；在波的干涉中，振动加强的点不一定处在波峰或波谷的叠加处，也可能是平衡位置的叠加处，故C正确；根据多普勒效应，波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率会发生变化，故D正确；在波的传播方向上相对平衡位置的位移始终相同的两个质点间距离等于波长的整数倍，故E错误。高考考向2光的折射和全反射例2(2018全国卷)如图，ABC是一直角三棱镜的横截面，A90，B60，一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点

22、。不计多次反射。(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角；(2)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？(1)若已经根据折射定律等求出图中的各个角度，如何求出射光相对于入射光的偏角？提示：将光线在每个界面的偏转角相加，向顺时针方向偏转记为正，向逆顺时针方向偏转记为负。(2)为实现图中光路，光线在各边上的传播应符合什么条件？提示：在AC边上不能发生折射，在AB边上不能发生全反射。解析(1)光线在BC边上折射，由折射定律有sini1nsinr1式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC边上的入射角和折射角。光线在AC边上发生全反射，由反射定律有i2r2式中i2和r2分别是该光线在AC

23、边上的入射角和反射角。光线在AB边上发生折射，由折射定律有nsini3sinr3式中i3和r3分别是该光线在AB边上的入射角和折射角。由几何关系得i2r260，r1i330F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为(r1i1)(180i2r2)(r3i3)由式得60(2)光线在AC边上发生全反射，光线在AB边上不发生全反射，有nsini2nsinCnsini3式中C是全反射临界角，满足nsinC1由式知，棱镜的折射率n的取值范围应为n2。答案(1)60(2)n0.5 s，解得T，当n0时，T s 符合题意；当n1时，T s0.5 s，不符合题意，则波速v6 m/s，B正确。频率f1.5 Hz，C正

24、确。t0时x1 m处的质点处于波峰，因t1 s时n1.5，则此时x1 m处的质点处于波谷，D错误。t0时x2 m处的质点经过平衡位置向上振动，因t2 s 时n3，则此时x2 m处的质点经过平衡位置向上振动，E正确。答案BCE易错警示机械波的多解问题有两类：(1)因为波的传播方向(或质点的振动方向)不明确存在多解；(2)因为波在空间和时间上具有周期性引起多解。对于这类问题，要分情况讨论，一般得出波长、周期、波速等的通式，如果题中有限定条件，再进一步确定解。配套作业限时：40分钟满分：100分一、选择题(本题共8小题，每小题8分，共64分，均为多选题)1(2019西安高三第三次质检)下列说法正确的

25、是()A雷达是利用超声波工作的B红外线比紫外线更容易发生衍射现象C真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的D在同一个周期里，波上的质点沿波传播的方向移动的距离为一个波长E做简谐运动的物体每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同答案BCE解析雷达是利用无线电波工作的，A错误；红外线比紫外线波长长，更容易发生衍射现象，B正确；根据狭义相对论，真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，C正确；波上的质点不沿波传播的方向移动，D错误；做简谐运动的物体每次通过同一位置时，与平衡位置的距离相等，故回复力相同，故加速度相同，但是，前后两次经过同一位置时，速度大小相同，方向可能相反，故E正确。2

26、(2019安徽省六安市最后一卷)如图所示，实线是沿x轴传播的一列简谐横波在t0时刻的波形图，虚线是这列波在t0.16 s时刻的波形图。已知该波的波速是1 m/s，则下列说法正确的是()A这列波的波长是12 cmB这列波可能是沿x轴正方向传播的Ct0.04 s时，x4 cm处的质点速度沿y轴负方向D00.16 s内，x6 cm处的质点振动方向改变了3次E若此波传入另一介质中其波速变为0.5 m/s，则它在该介质中的波长为6 cm答案ADE解析由图可知12 cm，A正确；周期为T0.12 s，t0.16 sT内，波沿传播方向移动的距离x，则由图可知波的传播方向为沿x轴负方向，B错误；由图可知，在t

27、0.04 s时刻，x4 cm处的质点在y轴负方向位置沿y轴正方向振动，C错误；0.16 sT，故00.16 s内，x6 cm处的质点振动方向改变了3次，D正确；若此波传入另一介质中速度变为0.5 m/s，因为周期不变，则它在该介质中的波长为vT0.50.12 m6 cm，E正确。3(2019河南濮阳三模)以下说法中正确的是()A图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a光在水珠中传播的速度一定大于b光在水珠中传播的速度B图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值后不再会有光线从bb面射出C图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间距离L，两相邻亮条纹间的距离x将

28、减小D图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的E图戊中的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将一明一暗交替变化，此现象表明光波是横波答案ACE解析根据折射率和光的传播速度之间的关系n，可知折射率越大，传播速度越小，从图甲中可以看出，b光在水珠中偏折得更厉害，即b光在水中的折射率大于a光在水中的折射率，则a光在水珠中的传播速度大于b光在水珠中的传播速度，故A正确；图乙中，光束在aa面的折射角等于在bb面的入射角，只要入射角i90，bb面的入射角就小于光的全反射的临界角，就不会发生全反射，故肯定有光线从bb面射

29、出，B错误；根据x，可知只减小屏到挡板间距离L，两相邻亮条纹间的距离x将减小，故C正确；图丁中，由于不知道被测工件的放置情况，故不能判断被检测的平面在此处是否是凸起的，D错误；只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，故E正确。4(2019广东深圳二模)下列有关光学现象的说法正确的是()A光从光疏介质射入光密介质，若入射角大于临界角，则一定发生全反射B做双缝干涉实验时，用红光替代紫光，相邻亮条纹间距变大C在白光下观察肥皂泡，其表面的相邻各条纹是等间距的D光的偏振现象表明光是横波E在同一种物质中，波长越短的光传播速度越小答案BDE解析全反射发生的条件是光从光密介质进入光疏介质，

30、且入射角大于或等于临界角，故A错误；双缝干涉实验中相邻的两个亮条纹间距x，故波长越长则相邻的亮条纹间距越大，而红光的波长大于紫光的波长，则红光的相邻的亮条纹间距比紫光的大，故B正确；因为肥皂泡各处厚度不同，故在白光下观察肥皂泡，其表面的相邻各条纹的间距是不等的，故C错误；光的偏振现象表明了光是横波，纵波不能发生偏振现象，故D正确；在同一种物质中，不同波长的光传播速度不同，波长越短，波速越小，故E正确。5(2019湖北省七市州教科研协作体高三联考)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，已知波速v200 m/s，且t0时刻，波刚好传播到x40 m处，该处质点的振动图象如图所示，另在x

31、400 m处有一接收器，则下列说法正确的是()A波源开始振动时方向沿y轴负方向B从t0开始经0.4 s，x40 m处的质点运动的路程为0.4 mC接收器在t1.8 s时才能接收到此波D若波源向x轴正方向运动，接收器接收到波的频率可能为2 HzE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答案BCE解析所有质点的起振方向与波源的起振方向相同，由图可知x40 m处质点的起振方向沿y轴正向，则波源的起振方向一定沿y轴的正方向，A错误；由图可知振动周期为T0.4 s，从t0开始经0.4 s，x40 m处质点振动一个周期，路程为4个振幅即0.4 m，B正确；x40 m到x400 m距离为x360 m，波传播时间t s1.8 s，C正确；波的频率为f2.5 Hz，若波源向x轴正方向运动，由多普勒效应可知接收器接收到波的频率大于2.5 Hz，D错误；要产生稳定的干涉图样，需要频率相同，E正确。6(2019四川德阳二诊)一列波沿x轴传播，t2 s时刻的波形如图1所示，如图2是某质点的振动图象，则下列说法正确的是()A波的传播速度为1 m/sB波如果向右传播，则图2是x0、4 m处质点的振动图象C波如果向左传播，则图2是x0、4 m处质点的振动图象D波如果向左传播，则x2 m处质点经过1 s到达x2 m处