专题T机械振动和机械波光(高考定位审题破题,含题组及解析)

1、机械振动、机械波和光是每年高考必考的内容.纵观近几年的高考,高考对该局部知识点的考查表达在以下几个方面：波动图像与波速公式的综合应用、波动图像与振动图像的结合、机械波的干预和衍射、光的折射、光的全反射、光的本性、电磁振荡和电磁波的概念.复习时要增强对根本概念、规律的理解、抓住简谐运动和振动图像、波的传播和波动图像、光的折射和全反射三条主线,强化典型题目的练习,掌握其分析、求解的思路和方法.考题 1 对机械振动和机械波的考查1】2021 四川 5如图 1 所示,图甲为 t=1s 时某横波的波形图像,图乙为该波传播方向上某一质点的振动图像,距该质点 Ax=0.5m 处质点的振动图像可能是第一局部专

2、题复习篇机械振动和机械波光解析法一假设波沿+x 方向传播,那么 t=0 时的波形图如图中虚线所示,那么质点 P 的振动图像为题中乙图所示.距 P 点 0.5m 的质点的位移 y0,且向下运动,或 y0,且向上运动；假设波沿一 x 方向传播,那么 t=0 时的波形图如图中虚线所示,那么质点 Q 的振动图像为题中乙图所示.距 Q 点 0.5m 的质点的位移 y0,且向下运动.所以选项 A 正确.法二根据波形图像可得波长入=2m,根据振动图像可得周期 T=2s.两质点之间的距离限11,=0.5m=7 入根据振动和波动之间的关系,那么另一质点相对该质点的振动延迟TT,如图甲所441不,或者提前T,如图

3、乙所本.符合条件的只有选项 A.4O突破练习突破练习1.如图 2 甲是一列简谐横波在某时刻的波形图,图乙是质点 P 从该时刻起的振动图像,那么甲乙图 1A.波沿 x 轴正方向传播B.一个沿 x 轴正方向运动的人手中的接收器接收到该波的频率有可能等于 60HzC.该时刻质点 Q 的速度为 100m/sD.从图甲时刻开始计时,在 1s 内质点 R 通过的路程为 20m答案 BD解析 t=0 时刻,从图乙可知质点 P 的速度沿一 y 轴方向,图甲中采用波形平移的方法可知1波沿 x 轴负万向传播,故 A 错误；由图乙得周期为 T=0.02s,故频率为：f=1=50Hz,波沿 x 轴负方向传播,一个沿

4、x 轴正方向运动的人,该人与波源间的距离减小,产生多普勒效应,手中的接收器接收到该波的频率将大于 50Hz,有可能等于 60Hz,故 B 正确；由图甲得波长为入=2m,由图乙得周期为 T=0.02s,故波速：v=T=100m/s,但质点 Q 的速度与波速不同,不能确定该日刻质点 Q 的速度就为 100m/s,故 C 错误；时间 t=1s=50T;质点 R 做简谐运动,在一个周期内通过的路程为4A,所以在 1s 内质点 R 通过的路程 s=50X4A=200 x0.1m=20m,故 D 正确.2.如图 3甲所示,O点为振源,OP=s,t=0时刻 O点由平衡位置开始振动,产生沿直线向右传播的简谐横

5、波,如图乙为 P 点从 t1时刻开始沿 y 轴正方向开始振动的振动图像,那么以下说法错误的选项是()那cmH.甲乙图 3A.t=0 时刻振源 O 的振动方向沿 y 轴正方向B.t2时刻 P 点振动速度最大,方向沿 y 轴负方向1C.该波与另一频率为的同类波叠加能广生稳定的干预现象t2-t1sD.某障碍物的尺寸为芯(t2t1),该波遇到此障碍物时能发生明显的衍射现象答案 B解析 t=0 时刻振源 O 的振动方向与 P 点起振方向相同,由图乙读出 t1时刻,P 点的振动方向沿 y 轴正方向,即 P 点的起振方向沿 y 轴正方向,那么t=0 时刻,振源 O 振动的方向沿 y轴正方向,故A正确.由图乙

6、知,t2时刻P点振动速度最大,沿y轴正方向,故B错误.由111,一,图乙知,该波的周期为 T=t2-t1,频率为 f=T=,当该波与另一频率为的同类波1t2t1t2t1叠加能产生稳定的干预现象,故 C 正确.由题知,波速为 v=：,由 v=T得,波长仁vT=s(t2-t1),那么当障碍物的尺寸为京(t2t1)=/%该波遇到此障碍物时能发生明显的衍射现象,故 D 正确.方法提炼方法提炼1.振动图像和波动图像的比拟比拟工程振动图像波动图像研究对象一个振动质点一系列振动质点研究内容某一质点位移随时间的变化规律某时刻大量质点的空间分布规律横坐标时间各质点在波传播方向上的平衡位置图像图像Oui/m匚T物

7、理意义表示一振动质点在各时刻的位移,是位移随时间变化的函数图像表示某时刻所有质点偏离各自平衡位置的位移,是某时刻各质点构成的形状图像变化随时间推移,图像延伸,但已后形态/、变随时间推移,图象沿传播方向平移一完整曲线表示一个周期表小个波长图像信息(1)振动周期(2)振幅(3)各时刻质点的位移(4)各时刻质点速度及加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意质点在该时刻的位移(3)任意质点在该时刻的加速度方向(4)传播方向、振动方向的相互判定2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法(1)波的传播方向判断质点的振动方向图像方法(:ytm_1be/晶波形(1)微平移法：沿波的传播方向将波的图像进行一微小平移

8、,然后由两条波形曲线来判断例如：波沿 x 轴止方向传播,t 时刻波形曲线如图中实线所示.将其沿v 的方向移动一微小距离 Ax,获得如图中虚线所示的图线可以判定：t 时刻质点 A 振动力向向卜,质点 B 振动力向向上,质点 C振动方向向卜Rm0力、Vril(2)“上、下坡法沿着波的传播方向看,上坡的点向下振动,下坡的点向上振动,即“上坡卜、下坡上例如：图中 A 点向上振动,B 点向下振动,C 点向上振动(3)逆向描迹法逆着波的传播方向用铅笔描波形曲线,笔头向上动,质点的振动方向向上；笔头向卜动,质点的振动力向就向卜a方向质点的假疝方向4同侧法质点的振动方向与波的传播方向在波的图像的同一侧,如下图

9、2质点的振动方向判断波的传播方向当质点振动方向判断波的传播方向时,仍应用上述方法,只不过是上述方法的逆向思维.考题 2 对光的折射、全反射、光的本性的考查造 2】由 a、b 两种单色光组成的复合光束射入一玻璃球体,当入射角.等于 60时,其折射光束和出射光束如图 4 所示.a 光束第一次射出此玻璃球体后的出射光束相对复合光束的偏折角也为 60,那么以下说法正确的选项是A.该玻璃球体对 a 光的折射率为乖B.用同一装置分别进行双缝干预实验时,b 光的条纹间距大些C.经过同一单缝时,b 光衍射现象更明显D.适当增大入射角 aa、b 光束都可能发生全反射答案 A解析如下图,根据折射定律知 a=0=6

10、0.,由题意知 3=60.,根据几何关系可得从 A 点进sin60入玻璃球的折射角等于 30,所以折射率门=而-,乖,故 A 正确；由图知,玻璃球对 b 光的折射率较大,故 b 光的频率大于 a 光的频率,所以 b 光的波长小于 a 光的波长,再根据条纹间距 Ax=:入知,用同一装置分别进行双缝干预实验时,b 光的条纹间距小些,所以 B 错误；根据发生明显衍射的条件知,波长越长衍射现象越明显,故经过sin9同一单缝时,a 光衍射现象更明显,所以 C 错误；根据折射定律 n=-i/可得从玻璃球射sin 丫向空气的入射角 sin 尸触,由 sinC=1,所以丫一定小于临界角 C,故一定不能发生全反

11、射,nn所以 D 错误.O突破练习突破练习3.一细光束中包含有红用 R 表示和蓝用 B 表示两种单色光,由真空中以不为 0 的入射角照射到透明的平板玻璃上,透过玻璃板后又射到真空中,那么以下说法正确的选项是A.进入玻璃的光线从玻璃板的外表射出时即光线经过下外表时,R 和 B 的入射角不同,折射角也不同B.R 在玻璃中的波长与真空中的波长之比大于 B 在玻璃中的波长与在真空中的波长之比C.无论 B 或 R,由真空射入玻璃后,其速度都变小,所以光子的频率都变小D.R 在玻璃板中所经历的路程比 B 短答案 B解析光线通过玻璃板,经过两次折射,由于上、下外表平行,第一次的折射角等于第二次的入射角,根据

12、光路的可逆性原理可知,第二次折射角等于第一次的入射角,故可知光线从玻璃板的下外表射出时,红光和蓝光的折射角相同.故 A错误.设光线在真空中和玻璃中波长分别为?和九那么由n=c,v=入 J 且光的频率不变,得：0=-=-=-,即有：=怖.因vvAIAn20玻璃对蓝光的折射率大于玻璃对红光的折射率,故 R 在玻璃中的波长与真空中的波长之比大于B在玻璃中的波长与在真空中的波长之比.故B正确.光子的频率由光源决定,与介质无关,所以光由真空射入玻璃后,光子的频率不变,故 C 错误.玻璃对蓝光的折射率大于对红光的折射率,由折射定律 0=券分析可知蓝光的折射角小,由几何知识知,蓝光 B在玻璃中路程短,故 D

13、 错误.4.如图 5 所示,ABC 为等腰直角三棱镜的横截面,/0=90,一束激光 a 沿平彳 T 于 AB边射入棱镜,经一次折射后射到 BC 边时,刚好能发生全反射,那么该棱镜的折射率为图 5A.n=3B.n=6C.n=V3D.n=2答案 B解析作出光路图如图,设玻璃的全反射临界角为 C.根据折射定律得：sinisin45n=-_=sinssina1又 n=sinC由几何关系有：C+a=90联立解得：n=6方法提炼方法提炼1 .在解决光的折射问题时,应先根据题意分析光路,即画出光路图,找出入射角和折射角,然后应用公式来求解,找出临界光线往往是解题的关键.2 .分析全反射问题时,先确定光是否由

14、光密介质进入光疏介质、 入射角是否大于临界角,假设不符合全反射的条件,那么再由折射定律和反射定律确定光的传播情况.3 .在处理光的折射和全反射类型的题目时,根据折射定律及全反射的条件准确作出几何光路图是根底,利用几何关系、折射定律是关键.考题 3 对电磁振荡和电磁波考查图 6第 312021 浙江 20为了测量储罐中不导电液体的高度,将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器 C 置于储罐中,电容器可通过开关 S 与线圈 L 或电源相连,如图 6 所示.当开关从 a 拨到b 时,由 L 与 C 构成的回路中产生的周期 T=2LC 的振荡电流.当罐中液面上升时A,电容器的电容减小B.电容器的电

15、容增大C.LC 回路的振荡频率减小D.LC 回路的振荡频率增大答案 BC解析两块平行金属板构成的电容器 C 的中间的液体就是一种电介质,当液体的高度升高,相当于插入的电介质增多,电容增大,故 A 错误,B 正确；根据 T=2JZC,电容 C 增大,一一,1 一一、,一人,.时,震荡的周期 T 增大,由 f=可以判定,LC 回路的振荡频率 f 减小,故 C 正确,D 错误.O突破训等突破训等5 .关于电磁波,以下说法正确的选项是A.变化的磁场一定能产生电磁波B.把传送信号“加到载波上的过程叫调谐C.高速运动的电磁波源发出的电磁波,传播速度可以大于真空中的光速D.电磁波在真空中传播时,它的电场与磁

16、场相互垂直且与传播方向垂直答案 D解析根据麦克斯韦电磁场理论,周期性变化的电场周围会产生周期性变化的磁场,而周期性变化的磁场周围又会产生周期性变化的电场,这种变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远的传播,从而形成电磁波,而均匀变化的磁场产生恒定的电场,恒定的电场不会产生磁场,故变化的磁场不一定能产生电磁波,故 A 错误.把传送信号“加到载波上的过程叫调制,故 B 错误.根据狭义相对论可知,任何物体的运动速度都不可能超过光速,故 C 错误.电磁波是横波,其中电场和磁场的方向处处相互垂直,且与传播方向垂直,故 D 正确.6 .关于电磁波,以下说法正确的选项是A.电磁波不能在真空中传播B.变化的磁

17、场均能产生电磁波C.X 射线的波长比可见光的波长大D.调制是使电磁波随各种信号变化的过程答案 D解析电磁波能在真空中传播,故 A错误.均匀变化的磁场只能产生稳定的电场,不会产生电磁波,故 B错误.X射线的波长比可见光的波长小,而频率比可见光的高,故C错误.调制是使电磁波随各种信号变化的过程,分为调频与调幅,故 D 正确.知识专题练练习 11题组 1 对机械振动和机械波的考查1.一列简谐横波沿 x 轴传播,t=0 时波的图像如图 1 所示,此刻 A、 B 两质点的位移相同,此后 A 和 B 分别经过最短时间 0.2s 和 0.8s 回到图示位置,那么该简谐横波A.沿 x 轴正方向传播,波速为 2

18、m/sB.沿 x 轴负方向传播,波速为 4m/sC.当 t=1.6s 时,B 回到图示位置D.当 t=3.2s 时,A 回到图示位置答案 D解析根据分析可知,A 点先回到图示位置,说明 A 正向下振动,B 正向上振动,那么根据波形的平移法可知沿 x轴正方向传播.据图像可知,波长入=4m,周期 T=0.2+0.8=1s,那么波速为 v=T=4m/s,故 A、B 错误.t=1.6s=1T+0.6s,因 0.6sv0.8s,说明 B 还没有回到图示位置,故 C 错误.t=3.2s=3T+0.2s,那么知 A 回到图示位置,故 D 正确.2.一列简谐横波沿 x 轴传播,周期为 T,t=0 时刻的波形如

19、图 2 所示.此时平衡位置位于 x=3m 处的质点正在向上运动,假设 a、b 两质点平衡位置的坐标分别为 4=2.5m,xb=5.5m,那么图2A.当 a 质点处在波峰时,b 质点恰在平衡位置B.t=T 时,a 质点正在向 y 轴负方向运动C.t=3T 时,b 质点正在向 y 轴负方向运动 4D.在某一时刻,a、b 两质点的位移和速度可能都相同答案 A解析由图可看出波长为入=4m,t=0 时刻 x=3m 处的质点向上振动,可得该波向左传播,即波沿 x 负向传播,把波向左平移 1.5m,可知,当 a 质点处在波峰时,b 质点恰在平衡位置,故 A 正确；当 t=T 时,图像整体向左平移 1m,a

20、的振动状态与 t=0 时刻平衡位置在 3.5m3T处质点振动状态一样,即处在平衡位置上方并向 y 轴正向运动,B 错误；当 t=7 时,图像整体向左平移 3m,b 的振动状态与 t=0 时刻平衡位置在 8.5m 处质点振动状态一样,向 y.一 3 入轴负向运动,C 正确；a、b 两质点相距 Ax=3m=-,位移和速度不可能相同,故 D 错误.3.粗细均匀的弹性长软绳一端固定,另一端用手握住连续上下抖动,形成一列沿水平方向传播的横波.某一时刻的波形如图 3 所示,从这幅波形图中可得出的结论是A.波在绳子中的传播速度越来越快B.手上下振动的频率越来越大C.手上下振动的频率越来越小D.手上下振动的振

21、幅越来越大答案 CD解析机械波的波速是由介质决定的,那么波在绳子中的传播速度不变,故A错误.根据相邻波峰之间或波谷之间的距离等于波长,由图看出波长越来越大,波速不变,由波速公式 v=入可知,频率越来越小,故 B错误,C正确.振幅等于位移的最大值,由图看出手上下振动的振幅越来越大,故 D 正确.4 .质点以坐标原点 O 为中央位置,在 y 轴上做简谐运动,其振动图像如图 4 所示,振动在介质中产生的简谐横波沿 x 轴正方向传播,波速为 1.0m/s.经 0.3s,此质点停止振动,再经过t=0 时刻质点沿 y 轴正方向振动,那么介质中各质点的起振方向均沿y 轴正方向,与波一振源最前头的质点振动方向

22、相同.根据波形的平移法可知,B、D 两波形中波最前头的质点振动方向沿 y 轴正方向.由振动图像读出周期 T=0.4s,波长入=vT=0.4m,那么再经过 0.1s 后,即 0.4s 后波总共传播0.1s 的波形图是解析根据振动图像得知,的距离为40.4m.故 D 正确.题组 2 对光折折射、全反射、光的本性的考查5 .在水面下同一深处的两个点光源 P、Q 发出不同颜色的光,在水面上 P 光照亮的区域大于 Q 光照亮的区域,以下说法正确的选项是A.在真空中 P 光的传播速度更大B.P 光在水中的传播速度小于 Q 光在水中的传播速度C.让 P 光和 Q 光通过同一双缝干预装置,P 光的条纹间距小于

23、 Q 光D.P 光发生全反射的临界角大于 Q 光发生全反射的临界角答案 D解析光在真空中的传播速度相等,故 A 错误；由在水面下同一深处的两个点光源 P、Q 发出不同颜色的光,在水面上 P 光照亮的区域大于 Q 光照亮的区域知,P 光发生全反射的临 1c.界角大,故 D 正确；根据 sinC=-知 P 光的折射率小,根据 v=知,那么 P 光在水中的传播速度大,故 B错误；由于 P 光的频率小,那么波长长,根据及=占入知,P 光产生的条纹间距大,故 C 错误.6.如图 5 所示,间距为 d 的两细束平行单色光线以相同的入射角射到夹角为.的两平行玻璃砖下面,那么从玻璃砖上外表射出的两光线A.仍然

24、平行,间距小于 dB.仍然平行,间距大于 dC.不再平行,成为会聚光D,不再平行,成为发散光答案 B解析平行玻璃砖的上下两个外表平行,由几何知识可知,光线在下外表的折射角等于上外表上的入射角,根据光路可逆性得知,光线在上外表的折射角等于下外表上的入射角,关系可知,出射光线必定与入射光线平行,所以从玻璃砖上外表射出的两光线仍然平行.于光的折射,光线发生侧移,光路如图,可知出射光线的间距错误.7 .如图 6 所示,ABC 为等腰三棱镜的横截面,一束复色光从 O 点沿垂直于 AC 边方向射入图 6A.a 光在棱镜中传播的时间小于 b 光在棱镜中传播的时间8 .假设 b 光是黄光,那么 a 光可能是蓝

25、光C.将 a、b 光分别射入同一小孔,b 光衍射现象更明显D,a 光的频率大于 b 光的频率答案 A解析由图看出,b 光通过三棱镜折射后偏折角较大,a 光的偏折角较小,说明三棱镜对 b 光的折射率较大,a 光的折射率较小,由 v=c 分析可知,a 光在棱镜中传播速度大,通过的路 n程短,所以 a 光在棱镜中传播的时间小于 b 光在棱镜中传播的时间,故 A 正确.黄光的折射率比蓝光的折射率小,所以假设 b 光是黄光,那么 a 光不可能是蓝光,故 B 错误.a 光的折射率小,频率小,波长长,波动性强,那么将 a、b 光分别射入同一小孔,a 光衍射现象更明显,故 C 错误.a 光的折射率小,那么 a

26、 光的频率小于 b 光的频率,故 D 错误.8.如图 7 所示,a 和 b 都是厚度均匀的平玻璃板,它们之间的夹角为 r,现有一束很细的具有两种不同颜色的复色光,以某一入射角从 O 点射入 a 板,且射出 b 板后的两束单色光通过空气射在地面上 M、 N 两点,由此可知由几何Dd.故 B 正确,A、C、D三棱镜,经三棱镜后分为a、b 两束单色光,那么以下说法正确的选项是A.射到 M 点的光在 a、b 两玻璃板间的空气中传播时间比射到 N 点的光较短B.这两种颜色的光由玻璃射向空气中,射到 M 点的光的临界角比射到 N 点的光临界角大C.这两种颜色的光在相同条件下做双缝干预实验,射到 M 点的光

27、的干预条纹间距比射到 N点的光要小D.射到 M 点的光在玻璃中的传播速度比射到 N 点的光要大答案 C解析两种色光在空气中传播速度相同,射到 M 点的光通过两玻璃砖后偏折程度较大,在两玻璃板间的空气中通过的路程较大,那么所用时间应较长,故 A 错误.由图看出射到 M 点的1,光通过两玻璃砖后偏折程度较大,说明折射率较大,由 sinC=n 知,射到 M 点的光的临界角比射到 N 点的光临界角小,故 B 错误.射到 M 点的光的折射率大,频率大,波长短,而干涉条纹的间距与波长成正比,所以射到 M 点的光的干预条纹间距比射到 N 点的光要小,故.c.C 正确.由公式 v=-分析可知,射到 M 点的光

28、在玻璃板中传播速度小,故 D 错误.9.如图 8 所示,含单色光 b 和 c 的一束复色光 I 沿半圆柱玻璃的半径方向射入玻璃,在柱心 O 处分成两束光 n 和出,光 n 中只有单色光 b.光出中既有 b 也有 c,那么图 8A.在玻璃中 b 的折射率比 c 的大B.在玻璃中 b 的传播速度比 c 的小C.让光 I 的方向沿逆时针转动仍射到 O 处,光 n 中可出现 cD.保持光 I 不变,让半圆柱玻璃以柱心 O 为轴沿顺时针转动,光 n 可能消失答案 D解析由图知,c光发生全反射,而 b没有发生全反射,说明 c光的临界角小于 b光,根据 sinC=,得出 c的折射率大于 b 光的折射率,即 nonb,故 A 错误,由 n=：可知,b 光的折射率小,那么在玻璃中的传播速度大,故 B 错误.让光 I 的方向沿逆时针转动仍射到 O 处,入射角增大,两束光都可能发生了全反射,光 n 消失,故 C 错误.保持光 I 不变,让半圆柱玻璃以柱心 O 为轴沿顺时针转动,入射角增大,两束可能都发生全反射,光 n 消失,故 D 正确.10 .如图 9 是一段拉伸速度不均