易混易错09机械波与光学2023年高考物理三轮冲刺过关

查补易混易错09机械波和光学机械波是高考必考点，一般结合图像进行考查，要求通过图像分析波长、波速、周期等物理量，有时还会涉及多解问题；计算题中几何光学或机械振动、机械波考查，形式比较固定，几何光学考查频率高些。该考点以计算题形式考查时，常常结合质点的运动情况考查运动与相互作用观念，结合波源振动及相关物理量的分析考查模型构建能力和科学推理能力；结合几何知识解决光的折射以及全反射问题是高考的热点，尤其是情境化试题数量增加，切实体现了新高考的理念。由于该知识点考查频率非常高，高考中很可能会创新介质的形式，或创新介质的形状等进行考查．考向一、波的特性易混易错归纳：1．机械波的形成条件和特点(1)条件：有发生机械振动的波源；有传播介质，如空气、水等。（2）传播特点：机械波传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移；介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同；一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为4A，位移为零。2．波长、波速、频率及其关系(1)波长λ：在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，与波源和介质都有关．(2)波速v：机械波在介质中的传播速度，由介质本身的性质决定．(3)频率f：等于波源的振动频率，由波源决定．(4)波长、波速和频率的关系：v＝λf＝eq\f(λ,T).3.波特有的现象（1）波的干涉中振动加强点和减弱点的判断某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差Δr.当两波源振动步调一致时若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动加强；若Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2，…)，则振动减弱．当两波源振动步调相反时若Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2，…)，则振动加强；若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动减弱．（2）波的衍射现象：波能绕过障碍物继续传播的现象，产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长．（3）多普勒效应的成因分析：接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数．当波以速度v通过观察者时，时间t内通过的完全波的个数为N＝eq\f(vt,λ)，因而单位时间内通过观察者的完全波的个数即接收频率；当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大；当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小．典例分析：1.(2022·全国乙卷)介质中平衡位置在同一水平面上的两个点波源S1和S2，二者做简谐运动的振幅相等，周期均为0.8s．当S1过平衡位置向上运动时，S2也过平衡位置向上运动．若波速为5m/s，则由S1和S2发出的简谐横波的波长均为________m．P为波源平衡位置所在水平面上的一点，与S1、S2平衡位置的距离均为10m，则两波在P点引起的振动总是相互________(填“加强”或“削弱”)的；当S1恰好在平衡位置向上运动时，平衡位置在P处的质点________(填“向上”或“向下”)运动．【答案】4m加强向下【解析】由v＝eq\f(λ,T)得λ＝vT＝4m．由于S1与S2振动方向相同，又PS1－PS2＝0，则P点为振动加强点．因PS1＝10m＝2.5λ，则P点与波源S1振动情况恰好相反，故P质点向下振动．2.（多选）如图是某绳波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动质点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=TA．t=T4B．t=T4C．从t=T2D．从t=T【答案】BC【解析】AB、质点1为波源，波向右传播，t=T4时，质点5开始振动，振动方向向上；质点3的位移为正，故回复力向下，那么，加速度方向向下，故A错误，B正确；C、在t=T2时，质点8的振动和t3.用手上下抖动绳的一端，产生一列向右传播的横波。某时刻波形如图，其中a、b、c是绳上的三个质点，则（）A．a向上振动 B．c向下振动 C．a速率最大 D．b速率最大【答案】C【解析】由于波向右传播，根据前面质点的振动带动后面质点的振动，可知质点a、b向下振动，质点c向上振动，并且质点a恰好通过平衡位置，速率最大。故选C。4.(2022·浙江1月选考)(多选)两列振幅相等、波长均为λ、周期均为T的简谐横波沿同一绳子相向传播，若两列波均由一次全振动产生，t＝0时刻的波形如图1所示，此时两列波相距λ，则()A．t＝eq\f(T,4)时，波形如图2甲所示B．t＝eq\f(T,2)时，波形如图2乙所示C．t＝eq\f(3T,4)时，波形如图2丙所示D．t＝T时，波形如图2丁所示【答案】BD【解析】根据波长和波速的关系式v＝eq\f(λ,T)，则t＝eq\f(T,4)时，两列波各向前传播的距离为x＝vt＝eq\f(λ,4)，故两列波的波前还未相遇，故A项错误；t＝eq\f(T,2)时，两列波各向前传播的距离为x＝vt＝eq\f(λ,2)，故两列波的波前刚好相遇，故B项正确；t＝eq\f(3T,4)时，两列波各向前传播的距离为x＝vt＝eq\f(3λ,4)，根据波的叠加原理可知，两列波的波谷相遇，振动加强，两波谷叠加处的位移为2A，故C项错误；t＝T时，两列波各向前传播的距离为x＝vt＝λ，两列波的波峰与波谷叠加，位移为零，故D项正确．故选B、D两项．5.有两个钓鱼时所用的不同的鱼漂P和Q，分别漂浮于平静水面上的不同位置，平衡时状态均如图甲所示。现因鱼咬钩而使鱼漂P和Q均在竖直方向上做简谐运动，振动图像如图乙所示，以竖直向上为正方向，则下列说法正确的是（）A．鱼漂P和Q振动形成的水波叠加后会形成干涉图样B．t=0.6s时鱼漂P和QC．t=1.0s时鱼漂P和QD．t=1.0s时鱼漂P和Q【答案】D【解析】A．两列波的周期不相等，不满足干涉条件，所以不能形成干涉图样，故A错误；B．t=0.6s时，鱼漂P和Q都经过平衡位置，此时它们的速度均为最大值，故B错误；C．t=1.0s时，鱼漂P的速度方向为正，Q的速度方向为负，即方向相反，故C错误；D．t=1.0s时，鱼漂P和Q的位移方向均为负，所以加速度方向均为正，所以此时两者的加速度方向相同，故D正确。考向二、振动图像与波动图像易混易错归纳：振动图象波动图象研究对象一振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一质点的位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象物理意义表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图象信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)某一质点在各时刻的位移(4)各时刻速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判图象变化随时间推移，图象延续，但已有形状不变随时间推移，波形沿传播方向平移一完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长典例分析：1.（2022高考辽宁物理）一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，关于质点P的说法正确的是（）A.该时刻速度沿y轴正方向 B.该时刻加速度沿y轴正方向C.此后周期内通过的路程为AD.此后周期内沿x轴正方向迁移为【答案】A【解析】波沿x轴正向传播，由“同侧法”可知，该时刻质点P的速度方向沿y轴正向，加速度沿y轴负向，选项A正确，B错误。在该时刻质点P不在特殊位置，则在周期内的路程不一定等于A，选项C错误；质点只能在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，选项D错误。2.（2022·全国理综乙卷）介质中平衡位置在同一水平面上的两个点波源和，二者做简谐运动的振幅相等，周期均为，当过平衡位置向上运动时，也过平衡位置向上运动．若波速为，则由和发出的简谐横波的波长均为______m。P为波源平衡位置所在水平面上的一点，与、平衡位置的距离均为，则两波在P点引起的振动总是相互______（填“加强”或“削弱”）的；当恰好在平衡位置向上运动时，平衡位置在P处的质点______（填“向上”或“向下”）运动。【答案】①.4②.加强③.向下【解析】因周期T=0.8s，波速为v=5m/s，则波长为，因两波源到P点的距离之差为零，且两振源振动方向相同，则P点的振动是加强的；因S1P=10m=2.5λ，则当S1恰好的平衡位置向上运动时，平衡位置在P点的质点向下振动。3.（2022山东物理）（多选）一列简谐横波沿x轴传播，平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如右图所示。当时，简谐波的波动图像可能正确的是（）A. B.C. D.【答案】AC【解析】由O点的振动图像可知，周期为T=12s，设原点处的质点的振动方程为则，解得，在t=7s时刻，因则在t=7s时刻质点在y轴负向向下振动，根据“同侧法”可判断若波向右传播，则波形为C所示；若波向左传播，则波形如A所示。故选AC。4.图1为医生正在为病人做B超检查，B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收到的超声波信号由计算机处理，从而形成B超图像。图2为血管探头沿x轴正方向发送的简谐超声波图像，t＝0时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为1×107Hz。下列说法正确的是（）A.血管探头发出的超声波在血管中的传播速度为1.4×103m/sB.质点M开始振动的方向沿y轴正方向C.t＝1.25×10－7s时质点M运动到横坐标x＝3.5×10－4m处D.0~1.25×10－7s内质点M的路程为2mmE.t＝1.25s时质点N开始振动，振动方向沿y轴负方向【答案】ADE【解析】由题图2知波长，则波速，故A正确；根据波动与振动方向间的关系，质点M开始振动的方向沿y轴负方向，故B错误；质点M只会上下振动，不会随波迁移，故C错误；质点M振动的周期由于，质点M在0~1.25×10－7s内运动的路程，故D正确；根据波动与振动方向间的关系，质点N开始振动的方向沿y轴负方向，超声波由M点传到N点的时间为，故E正确。5.（多选）图（a）是一列简谐横波在t＝0.10s时刻的波形图，P是平衡位置在x＝1.5m处的质点，Q是平衡位置在x＝12m处的质点；图（b）为质点Q的振动图象，下列说法正确的是（）A．这列波沿x轴正方向传播 B．在t＝0.25s时，质点P的加速度方向沿y轴负方向 C．从t＝0.10s到t＝0.25s的过程中，质点Q的位移大小为0.30m D．从t＝0.10s到t＝0.25s，回复力对质点P的冲量为零 E．质点Q简谐运动的表达式为y＝0.10sin10πt（m）【答案】ABE【解析】解：A、图（b）为质点Q的振动图象，则知在t＝0.10s时，质点Q正从平衡位置向下运动，所以点Q向y轴负方向运动，根据“上坡向下”可知故这列波沿x轴正方向传播，故A正确；B、在t＝0.10s时，P点正向下运动，根据图（b）知波的周期T＝0.2s，从t＝0.10s到t＝0.25s经过的时间为△t＝0.15s=34T，则在t＝0.25s时，质点P位于x轴上方，根据a=−kxm知加速度方向沿y轴负方向，故B正确；C、在t＝0.10s时质点Q正从平衡位置向波谷运动，在t＝0.25s时质点Q处于波峰，故位移为0.1m，故C错误；D、从t＝0.10s和t＝0.25s时，质点P的速度不相等，即动量的变化量△p≠0，根据动量定理得回复力对质点P的冲量I＝△p≠0，故从t＝0.10s到t＝0.25s，回复力对质点P的冲量不为零，故D错误；E、质点Q简谐运动的表达式为y＝Asin6.如图所示，甲、乙两列简谐横波在同一介质中沿x轴正方向传播，波速均为v＝5.0m/s。在t＝0时，两列波的波峰正好在x＝5.0m处重合，则下列说法正确的是（）A．t＝0时刻，乙波上x＝3m质点振动方向沿y轴正方向 B．t＝0时刻，甲波上x＝1m质点振动方向沿y轴正方向 C．简谐横波甲的周期T甲＝1.6s D．甲、乙两列波叠加会产生干涉现象【答案】【解析】AB．根据“同侧法”，可知乙波上x＝3m质点沿y轴负方向振动，甲波上x＝1m质点沿y轴正方向振动，故A错误，B正确；C．由图可知，两列波的波长分别为λ甲＝5m，λ乙＝8m，则波甲的周期为T甲7．（2023·河北·统考二模）一列简谐横波在t=0时刻的波形图如图中实线所示，从此刻起，经0.2s波形图如图中虚线所示。若波传播的速度为10（1）判断波的传播方向和t=0时刻质点S的振动方向；（2）若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定的干涉现象，求另一列简谐横波的频率；（3）写出x=4m【答案】（1）沿x轴负方向传播，向y轴负方向振动；（2）1.25Hz；（3）y=−0.8sin2.5πt(cm)【解析】（1）由题意可知经0.2s波沿传播方向传播的距离x=vt=2m根据波形的平移可知这列波沿x轴负方向传播，根据同侧法可知t=0时刻质点S向y轴负方向振动；（2）由题图可知这列波的频率为f=1T（3）t=0时刻，x=4m处的质点正沿y轴负方向运动，其位移表达式为y=−Asin2πft=−0.8sin2.5πt(cm)考向三、光的折射与全反射易混易错归纳：1．光的折射和全反射规律(1)折射定律：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)、n＝eq\f(c,v)、n＝eq\f(1,sinC).(2)全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角等于或大于临界角，就会发生全反射．2．应用折射定律注意“四点”(1)折射率公式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)中，不论光从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角．3．各种色光的性质比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率ν低→高波长大→小通过棱镜的偏折角小→大同一介质的折射率小→大同一介质中速度大→小全反射临界角大→小典例分析：1.（2022高考辽宁物理）完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是（）A.此单色光从空气进入水球，频率一定变大B.此单色光从空气进入水球，频率一定变小C.若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射D.若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射【答案】C【解析】由于光的频率是由光源决定的，与介质无关，所以此单色光从空气进入水球，频率不变，选项AB错误；由光路图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线经过水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ，根据几何关系，由正弦定理可得由此可知光线2的θ大于光线1的θ，故若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射，C正确、D错误。2.某透明物体的横截面如图所示，其中ABC为等腰直角三角形，直角边的长度为L，ADC为半圆，其圆心O在AC边的中点，此透明物体的折射率。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入透明物体，经过BC边全反射后能照亮（即有光射出）半圆某区域。则半圆ADC上被照亮（即有光射出）的圆弧长度为（）A. B. C. D.【答案】B【解析】根据题意，由折射定律画出光路图，如图所示当从圆弧ADC上射出的边缘光线的入射角等于材料的临界角时，光线将发生全反射，不能从圆弧ADC上射出，则有解得，由几何关系有，其中，解得，故选B。3.一束复色光由空气射入玻璃，在界面发生折射，分为a、b两束单色光，折射光路图如图所示，现比较a、b两束单色光，下列说法正确的是（）A.玻璃对a光的折射率更大B.b光在玻璃中传播速度更大C.两束光从玻璃射向空气时，b光更容易发生全反射D.若a光照射某金属表面，恰能发生光电效应，则b光照射此金属，一定不能发生光电效应【答案】C【解析】a光与b光的入射角相同，a光折射角大于b光折射角，根据可知即，玻璃对b光折射率更大，故A错误；根据，可知即，a光在玻璃中传播速度更大，故B错误；根据可知，即a光临界角大于b光临界角，两束光从玻璃射向空气时，b光更容易发生全反射，故C正确；折射率越大，光的频率越高，则，当入射光的频率大于金属的极限频率时，金属表面有电子逸出。a光照射某金属表面，恰能发生光电效应，则b光照射此金属，一定能发生光电效应，故D错误。故选C。4．如图所示为彩虹形成的原理示意图，一束白光水平射入球形的水滴，经过两次折射和一次反射后进入人的眼睛，由于不同色光在水滴的折射率不同，人在地面上逆着光线看过去就看到了按红橙黄绿青蓝紫顺序排列的彩带，其中α为光线入射角，出射光线与水平面的夹角β称为彩虹角，下列说法正确的是（ ）A．红光在水中的折射率大于紫光在水中的折射率B．红光在水中的波长小于紫光在水中的波长C．紫光在B点可能发生全反射现象D．红光的彩虹角大于紫光的彩虹角【答案】D【解析】A．在同一介质中，从红光到橙、黄、绿、青、蓝、紫光的顺序，频率逐渐增大，折射率逐渐增大，可知红光在水中的折射率小于紫光在水中的折射率，故A错误；B．不同颜色的光在水中的波长不相等，红光最长，紫光最短，故B错误；C．光线第一次折射时，折射角必定小于临界角，故在B点光的入射角必定小于临界角，所以紫光在B点不会发生全反射，故C错误；D．根据出射光线与水平面的夹角β称为彩虹角，可知由于红光的折射率小于紫光的折射率，则红光的彩虹角大于紫光的彩虹角，故D正确。故选D。5．光纤在现代通信中有着巨大作用，如图所示，由透明材料制成的光纤纤芯折射率大于包层折射率，若纤芯的折射率为n1，包层材料的折射率为n2，则当光由纤芯射向包层时，发生全反射的临界角C满足。若光纤纤芯的半径为a，并设光垂直于端面沿轴入射，为保证光信号一定能发生全反射，则在铺设光纤时，光纤轴线的转弯半径不能超过（）A． B． C． D．【答案】A【解析】光线的临界态是光垂直端面从内芯的轴线上入射时，在上表面发生全反射，光路如图，则又解得故选A。6.（2022·全国理综甲卷））如图，边长为a的正方形为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在平面内，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在边的N点恰好发生全反射，反射光线从边的P点射出棱镜。求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。【答案】a【解析】由折射定律，n=sin60°/sinr，sinC=1/n，r+C=90°，联立解得n=，sinr=，sinC=设BN=b，PC=c，则有sinr=，sinC=，联立解得c=a。7.（2022·全国理综乙卷）.一细束单色光在三棱镜的侧面上以大角度由D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至边的E点，如图所示，逐渐减小i，E点向B点移动，当时，恰好没有光线从边射出棱镜，且。求棱镜的折射率。【答案】1.5【解析】因为当时，恰好没有光线从AB边射出，可知光线在E点发生全反射，设临界角为C，则由几何关系可知，光线在D点的折射角为则，联立可得n=1.5考向四、光波所特有的现象易混易错归纳：1．光的干涉(1)光的干涉条件：两束光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定．(2)双缝干涉①干涉图样：单色光照射时形成等间距的，明暗相间的条纹．白光照射时，中央是白色的条纹，两边是彩色的条纹．②条纹间距：Δx＝eq\f(L,d)λ，其中L是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长．(3)薄膜干涉：由薄膜的前、后表面反射回来的两列光相遇而形成的．2．光的衍射(1)发生明显衍射的条件当孔或障碍物的尺寸比光波波长小或相差不多时，光才能发生明显的衍射现象．(2)衍射图样①单缝衍射：单色光衍射时，中央条纹亮且宽，两侧是间距不相等、明暗相间的条纹．白光衍射时，中央是较宽的白条纹，靠近中央的是紫光，远离中央的是红光．②圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环．③泊松亮斑：光照射到一个不透明的半径很小的圆板时，在圆板的影的中心出现的亮斑．3．光的偏振(1)自然光：在垂直于光的传播方向的平面内，光沿任意方向振动，且各个方向光振动的强度相同．(2)偏振光：在垂直于光波传播方向的平面上，沿某个特定方向振动的光．(3)光的偏振现象说明光波是横波．典例分析：1.用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示的明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度随坐标的变化图像，可能正确的是（）A.B.C.D.【答案】B【解析】由题意可知，从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为∆x=2d，即光程差为薄膜厚度的2倍，当光程差（n=1，2，3，⋯）时，此处表现为亮条纹，即当薄膜的厚度为（n=1，2，3，⋯）时，对应的条纹为亮条纹，相邻亮条纹之间的薄膜厚度差为，从题图中可知，从左向右相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离逐渐变小，则薄膜层的厚度逐渐变大，可厚度不是均匀变大，ACD错误。B可能正确。故选B。2.（多选）下列关于光的说法正确的是（）A.图甲中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是光的折射现象B.图乙中，激光切割主要利用了激光的能量高的特性C.图丙中，DNA双螺旋结构的发现利用了衍射图样D.图丁中，戴特制的眼镜观看立体电影，是利用了光的干涉现象【答案】BC【解析】图甲中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是光的薄膜干涉现象，选项A错误；图丁中，戴特制的眼镜观看立体电影，是利用了光的偏振现象，选项D错误。3．科学家早在1966年就研究发现蓝光可引起视网膜细胞的损伤，其中波长400~450纳米的蓝光对视网膜危害程度最大，生活中的电视、电脑、手机等各类LED发光屏为了画面靓丽却往往会提升蓝光强度。如图所示，人们可用防蓝光眼镜减小蓝光对眼睛的损害，关于防蓝光镜片制作的原理可能正确的是（）A．用偏振片作为镜片，利用光的偏振将蓝光过滤B．把镜片制作得很薄，利用光的衍射将蓝光过滤C．在镜片上涂一层膜，利用光的干涉将蓝光过滤D．用折射率较大的材料做镜片，利用光的全返射将蓝光过滤【答案】C【解析】A．从电视、电脑、手机等各类LED中发出的光是自然光，包含着垂直于传播方向上沿一切方向的振动的光，无法通过偏振片只滤过蓝光，故A错误；B．把镜片制作得很薄，蓝光也可以从镜片中透射，且镜片尺寸远大于蓝光波长，几乎不会发生衍射现象，故B错误；C．在镜片上涂一层特定厚度的膜，使蓝光在膜的前表面和镜片前表面的反射光发生干涉增强，使蓝光的反射增强，透射减弱，即可以过滤蓝光，故C正确；D．用折射率较大的材料做镜片，蓝光在从镜片内射入空气时不可能满足在各点的入射角都大于临界角，无法利用光的全发射将蓝光过滤，故D错误。故选C。4．如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则（）A．λ1<λ2，M是波长为λ1的光出射位置 B．λ1<λ2，N是波长为λ1的光出射位置C．λ1>λ2，M是波长为λ1的光出射位置 D．λ1>λ2，N是波长为λ1的光出射位置【答案】D【解析】由双缝干涉条纹间距的公式可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知反射光经过三棱镜后分成两束色光，由图可知M光的折射角小，又由折射定律可知，入射角相同时，折射率越大的色光折射角越大，由于则所以N是波长为λ1的光出射位置，故D正确，ABC错误。故选D。5．（多选）2021年7月1日上午，中国共产党成立100周年庆祝大会在北京天安门隆重举行，中央广播电视总台全程直播。央视首次使用5G网络代替传统微波技术进行移动4K高清视频直播，5G技术大带宽、低时延的技术优势在直播中得以充分展现，全国人民看到了精彩的现场直播。下列说法正确的是（）A．现场影像资料传输的时候利用了5G高速网络，5G网络技术使用更高频率的传输波段，单个基站覆盖范围更大，更利于信号绕过障碍传播B．在广场上两个喇叭之间行走时，听到声音忽高忽低是两个喇叭发出的声波的干涉现象造成的C．现场摄影师使用的照相机镜头采用镀膜技术增加透射光，膜的厚度为入射光在真空中波长的，这是利用了光的薄膜干涉原理D．当天活动结束后有演职人员发现，前方路面有水可以看到前方行车的倒影，但是走到前方发现路面无水，这是因为柏油马路温度较高，靠近地表的空气密度减少，发生了全反射E．现在很多家庭使用的是光纤有线网络电视，信号在光纤中高速传播利用了光的干涉原理【答案】BD【解析】A．现场影像资料传输的时候利用了5G高速网络，5G网络技术使用更高频率的传输波段，意味着波长更短，缺点就是单个基站覆盖范围小，需要更多基站才能实现信号全覆盖，选项A错误；B．广场上两个喇叭之间行走时，听到声音忽高忽低是两个喇叭发出的声波的干涉现象造成的，选项B正确；C．现场摄影师使用的照相机镜头利用光的薄膜干涉原理，采用镀膜技术增加透射光，膜的厚度应为入射光在介质中波长的，选项C错误；D．当看到前方路面有水可以看到前方行车的倒影，但是走到前方发现路面无水，这是因为柏油马路温度较高，靠近地表的空气密度减少，光在传播过程中发生了全反射，选项D正确；E．现在很多家庭使用的是光纤有线网络电视，信号在光纤中高速传播利用的是光的全反射原理，选项E错误。故选BD。好题演练1.（2022高考河北）一列简谐横波沿x轴正方向传播。波速为10m/s。在传播方向上有P、Q两质点，坐标分别为xP=1m，xQ=6m。波传播到P点开始计时，该点的振动图像如图所示，则简谐波的波长为______m，经过______s，Q点第一次到达正向最大位移处。【答案】①.2②.0.55【解析】由P点的振动图像可得出该波的周期T=0.2s，由于该波的波速为10m/s，则该波的波长λ=vT=10×0.2m=2m，由题知P、Q两质点相距xPQ=5m，则波从P点传播到Q点需经过由P点的振动图像可得出该波的起振方向向上，则Q点从起振到第一次到达正向最大位移处还需经过T/4=0.05s，所以经过t=tPQ+0.05s==0.55s，Q点第一次到达正向最大位移处。2.在如图所示的坐标系中，一条弹性绳沿x轴放置，图中小黑点代表绳上的质点，相邻质点的间距为a。时，处的质点开始沿y轴做周期为T、振幅为A的简谐运动。时的波形如图所示。下列说法正确的是（）A．时，质点沿y轴负方向运动B．时，质点的速度最大C．时，质点和相位相同D．该列绳波的波速为【答案】D【解析】时，质点沿y轴正方向运动，选项A错误；时，质点位于波峰，位移最大，速度最小为零，选项B错误；时，质点和二者位移相同，速度方向不同，相位不相同，选项C错误；该列绳波的波长λ=8a，波速为v=λ/T=，选项D正确。3.（2022·浙江6月卷）（多选）位于的波源P从时刻开始振动，形成的简谐横波沿x轴正负方向传播，在时波源停止振动，时的部分波形如图所示，其中质点a的平衡位置，质点b的平衡位置。下列说法正确的是（）A.沿x轴正负方向传播的波发生干涉B.时，波源的位移为正C.时，质点a沿y轴负方向振动D.在0到2s内，质点b运动总路程是2.55m【答案】BD【解析】A．波从波源发出后，向轴正负方向传播，向相反方向传播的波不会相遇，不会发生干涉，故A错误；B．由图可知，波的波长，由题意可知0.1s内波传播四分之一波长，可得解得根据同侧法可知，波源的振动方向向上，即时，波源向上振动，位移为正，故B正确；C．波的波速，波源停止振动，到质点停止振动的时间即质点还在继续振动，到经过时间即，结合图象可知质点a位移为正且向轴正方向运动，故C错误；D．波传到点所需的时间在0到2s内，质点振动的时间为质点b运动总路程故D正确。故选BD。4.（2021·重庆卷）简谐横波沿x轴正方向传播，题图为某时刻波形图。波源位于x=0处，其位移随时间变化的关系为y=sin（2πt）cm，则（在给出的4个选项中。只有一个符合要求的）A.此波的波长为9cmB.此波的频率为2HzC.此波的波速为0.1m/sD.此时波源沿y轴正方向运动【答案】C【解析】由波形图可知，此波的波长λ=10cm，选项A错误；由ω=2π=2πf可得此波的频率f=1Hz，选项B错误；由ω=2π=2π/T可得T=1s，由λ=vT可得此波的传播速度v=0.1m/s，选项C正确；此时波源沿y轴负方向运动，选项D错误。5.（2021·湖北卷）(多选)一列简谐横波沿x轴传播，在t=0时刻和t=1s时刻的波形分别如图中实线和虚线所示。已知x=0处的质点在0~1s内运动的路程为4.5cm。下列说法正确的是（）A.波沿x轴正方向传播B.波源振动周期为1.1sC.波的传播速度大小为13m/sD.t=1s时，x=6m处的质点沿y轴负方向运动【答案】AC【解析】A．由题意，x=0处的质点在0~1s的时间内通过的路程为4.5cm，则结合图可知t=0时刻x=0处的质点沿y轴的负方向运动，则由质点的振动和波的传播方向关系可知，该波的传播方向沿x轴的正方向，故A正确；BC．由题意可知，t=1s为，解得由图可知则故C正确，B错误；D．由同侧法可知t=1s时，x=6m处的质点沿y轴正方向运动，故D错误。故选AC。6.（2022山东物理）柱状光学器件横截面如图所示，右侧是以O为圆心、半径为R的圆，左则是直角梯形，长为R，与夹角，中点为B。a、b两种频率的细激光束，垂直面入射，器件介质对a，b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在面全反射后，从面射出的光是（不考虑三次反射以后的光）（）A.仅有a光 B.仅有b光 C.a、b光都可以 D.a、b光都不可以【答案】A【解析】当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，激光沿直线传播到O点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，如下图可知，激光沿直线传播到CO面经反射向PM面传播，根据图像可知，入射点从A向B移动过程中，光线传播到PM面的入射角逐渐增大。当入射点为B点时，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的P点，此时光线在PM面上的入射角最大，设为，由几何关系得根据全反射临界角公式得，，,两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为故在入射光从A向B移动过程中，a光能在PM面全反射后，从OM面射出；b光不能在PM面发生全反射，故仅有a光。选项A正确，BCD错误。7．(多选)2021年12月9日，“天宫课堂”第一课正式开讲，某同学在观看太空水球光学实验后，想研究光在含有气泡的水球中的传播情况，于是找到一块环形玻璃砖模拟光的传播，俯视图如图所示。光线a沿半径方向入射玻璃砖，光线b与光线a平行，两束光线之间的距离设为x，已知玻璃砖内圆半径为R，外圆半径为2R，折射率为，光在真空中的速度为c，不考虑反射光线，下列关于光线b的说法正确的是（）A．当时，光不会经过内圆B．当时，光线从外圆射出的方向与图中入射光线的夹角为45°C．当时，光线从外圆射出的方向与图中入射光线平行D．当时，光从内圆通过的时间为【答案】AD【解析】当折射光线恰好和内圆相切时，光恰好不会通过内圆根据几何关系得，,根据折射率公式代入数据解得因此当时，光不会经过内圆，故A正确；B．由上式解得由几何分析可知，光线从外圆射出的方向与图中入射光线的夹角小于45°，故B错误；C．当时，由几何分析可知，光线从外圆射出的方向不可能与图中入射光线平行根据折射定律由于角度较小，可以得到,因此光从内圆通过距离为,光从内圆通过的时间为，故C错误，D正确。故选AD。8.（2021·湖南卷）(多选)均匀介质中，波源位于O点的简谐横波在xOy水平面内传播，波面为圆。t=0时刻，波面分布如图（a）所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷。A处质点的振动图像如图（b）所示，z轴正方向竖直向上。下列说法正确的是（）A.该波从A点传播到B点，所需时间为B.时，处质点位于波峰C.时，处质点振动速度方向竖直向上D.时，处质点所受回复力方向竖直向上E.处质点起振后，内经过的路程为【答案】ACE【解析】A．由图a、b可看出，该波的波长、周期分别为λ=10m，T=4s,则根据波速公式v==2.5m/s,则该波从A点传播到B点，所需时间为t=m/s=4m/s,A正确,B．由选项A可知，则该波从A点传播到B点，所需时间为4s，则在t=6s时，B点运动了2s，即，则B处质点位于波谷，B错误；C．波从AE波面传播到C的距离为x=(1010)m,则波从AE波面传播到C的时间为t=则t=8s时，C处质点动了3.1s，则此时质点速度方向向上，C正确；D．波从AE波面传播到D的距离为则波从AE波面传播到C的时间为t=则t=10s时，C处质点动了8.3s，则此时质点位于z轴上方，回复力方向向下，D错误；E．由选项A知T=4s，12s=3T,一个周期质点运动的路程为4cm，则3T质点运动的路程为12cm，E正确。故选ACE。9.一列简谐横波在t=0.2 s时的波形如图甲所示，P是介质中的质点，图乙是质点PA．波的周期为0.6s B．波的波速为20m/sC．波沿x轴负方向传播 D．质点P的平衡位置坐标为x=3【答案】D【解析】A．由图乙可知，波的周期为1.2s，A错误；B．波速为v=λT=121.2m/s=10m/s；B错误；C．质点P在t=0.2 s时，向y轴正方向运动，根据“上下坡法”，波沿x轴正方向传播，C错误；D．振动方程为y=Asin2πT10.甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播，波速均为0.05m/s。两列波在时刻t=0的波形曲线如图所示。下列说法正确的是（）A．甲、乙两波的波长之比为2：3 B．甲、乙两波的周期之比为3∶2C．t=1s，x=25cm处质点的位移为0 D．t=0，【答案】A【解析】A．根据图像知，甲、乙两波的波长分别为λ1=0.4m；λ2=0.6m；则甲、乙两波的波长之比为2：3，故A正确；B．根据v=λT；知，波速v相同时，甲、乙两波的周期之比为甲、乙两波的波长之比，为2：3，故B错误；CD．根据v=λT；计算得，甲、乙两波的周期分别为T1=8s；T2=12s11.夜晚高速公路路标在灯光的照射下特别亮，主要是因为使用了由大量均匀透明介质球组成的反光材料。如图所示，介质球的球心位于O点，半径为R。平行于直径的单色光沿从空气射入介质球，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气中时出射光线恰好与平行，已知与的距离为，下列说法正确的是（）A.介质球的折射率为B.该单色光从空气射入球面不同位置，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气时的出射光线均与入射光平行C.换不同的单色光线，沿入射，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气时仍与平行D.增大单色光的频率，入射光射入球体后，在球内表面可能发生全反