2025 高考物理三维设计二轮第一部分　专题五　振动与波　光

7/72025高考物理三维设计二轮第一部分专题五振动与波光第12讲振动与波1.（2024·福建高考2题）某简谐振动的y-t图像如图所示，则以下说法正确的是（）A.振幅2cmB.频率2.5HzC.0.1s时速度为0D.0.2s时加速度方向竖直向下2.（多选）（2024·海南高考10题）一歌手在湖边唱歌，歌声通过空气和水传到距其2km的湖对岸，空气中的声速为340m/s，水中声速为1450m/s，歌声可视为频率为400Hz的声波，则下列说法正确的是（）A.歌声在水中传播频率会改变B.歌声由空气和水传到湖对岸的时间差约为4.5sC.歌声在空气中波长为0.85mD.歌声在水中的波长为5m3.（2024·广东高考3题）一列简谐横波沿x轴正方向传播。波速为1m/s，t＝0时的波形如图所示。t＝1s时，x＝1.5m处的质点相对平衡位置的位移为（）A.0 B.0.1mC.－0.1m D.0.2m4.（多选）（2024·新课标卷19题）位于坐标原点O的波源在t＝0时开始振动，振动图像如图所示，所形成的简谐横波沿x轴正方向传播。平衡位置在x＝3.5m处的质点P开始振动时，波源恰好第2次处于波谷位置，则（）A.波的周期是0.1sB.波的振幅是0.2mC.波的传播速度是10m/sD.平衡位置在x＝4.5m处的质点Q开始振动时，质点P处于波峰位置5.（2024·浙江6月选考11题）频率相同的简谐波源S1、S2和接收点M位于同一平面内，S1、S2到M的距离之差为6m。t＝0时，S1、S2同时垂直平面开始振动，M点的振动图像如图所示，则（）A.两列波的波长为2mB.两列波的起振方向均沿x正方向C.S1和S2在平面内不能产生干涉现象D.两列波的振幅分别为3cm和1cm考点一机械振动1.简谐运动的五个特征受力特征回复力：F＝－kx，F（或a）的大小与x的大小成正比，方向相反运动特征（1）运动学表达式：x＝Asin（ωt＋φ0）。（2）靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小能量特征（1）振幅越大，能量越大。（2）在运动过程中，系统的动能和势能相互转化，机械能守恒周期性特征质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化，变化周期等于简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为T对称性特征关于平衡位置O对称的两点，速度的大小、动能、势能相等，相对平衡位置的位移大小相等2.单摆（1）单摆周期公式T＝2πl①g为当地重力加速度，在地球上不同位置g的取值不同，不同星球表面g值也不相同。②单摆处于超重或失重状态时等效重力加速度g0＝g±a。在近地轨道上运动的卫星加速度a＝g，为完全失重状态，其等效重力加速度g0＝0。（2）单摆受力的两点说明①当摆球在最高点时，F向＝mv2l＝0，FT＝mgcos②当摆球在最低点时，F向＝mvmax2l，F向最大，FT＝mg【例1】（2024·北京高考9题）图甲为用手机和轻弹簧制作的一个振动装置。手机加速度传感器记录了手机在竖直方向的振动情况，以向上为正方向，得到手机振动过程中加速度a随时间t变化的曲线为正弦曲线，如图乙所示。下列说法正确的是（）A.t＝0时，弹簧弹力为0B.t＝0.2s时，手机位于平衡位置上方C.从t＝0至t＝0.2s，手机的动能增大D.a随t变化的关系式为a＝4sin（2.5πt）m/s2尝试解答【例2】（2024·广东广州模拟）如图，用两根完全相同、不可伸长的轻绳将小沙包（大小可忽略）对称地吊在空中，轻推小沙包，测得其在垂直于纸面的平面内做简谐运动的周期为T0，已知每根轻绳的长度为L，小沙包的质量为m，则小沙包静止时，每根绳子张力为（）A.2mLπ2TC.2mLπ3T尝试解答【例3】（2024·吉林高考7题）如图a，将一弹簧振子竖直悬挂，以小球的平衡位置为坐标原点O，竖直向上为正方向建立x轴。若将小球从弹簧原长处由静止释放，其在地球与某球状天体表面做简谐运动的图像如图b所示（不考虑自转影响）。设地球、该天体的平均密度分别为ρ1和ρ2，地球半径是该天体半径的n倍。ρ1ρ2的值为A.2nB.n2C.2nD尝试解答考点二机械波机械波的特点及性质形成条件（1）波源；（2）传播介质，如空气、水等传播特点（1）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（2）介质中各质点振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同（3）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（4）一个周期内，波向前传播一个波长的距离波的图像及各量关系v＝λf＝λ波的叠加（1）两个振动情况相同的波源形成的波，振动加强的条件为Δx＝nλ（n＝0，1，2，…），振动减弱的条件为Δx＝（2n＋1）λ2（n＝0，1，2（2）振动加强点的位移随时间而改变，振幅为两波振幅的和（A1＋A2）波的多解问题由于波的周期性、波传播方向的双向性，波的传播易出现多解问题【例4】（2024·山西太原三模）一列简谐横波在均匀介质中沿x轴负方向传播，已知x＝34λ处质点的振动方程为y＝Asin2πTt＋π2，当t＝5尝试解答【例5】（2023·浙江6月选考11题）如图所示，置于管口T前的声源发出一列单一频率声波，分成两列强度不同的声波分别沿A、B两管传播到出口O。先调节A、B两管等长，O处探测到声波强度为400个单位，然后将A管拉长d＝15cm，在O处第一次探测到声波强度最小，其强度为100个单位。已知声波强度与声波振幅平方成正比，不计声波在管道中传播的能量损失，则（）A.声波的波长λ＝15cmB.声波的波长λ＝30cmC.两声波的振幅之比为3∶1D.两声波的振幅之比为2∶1尝试解答【例6】（多选）（2024·云南昆明模拟）如图为一列沿x轴传播的简谐横波，在t＝0时刻的部分波形图如图中实线所示，在t＝0.02s时刻的部分波形图如图中虚线所示，该波的周期T＞0.04s，则（）A.该波的传播速度v＝100m/sB.该波的传播速度v＝700m/sC.t＝1.64s时，x＝64m处的质点位于波峰D.t＝1.64s时，x＝64m处的质点位于波谷尝试解答考点三振动图像和波的图像的综合应用解决y-t和y-x图像综合问题的基本思路（1）由y-t图像可以获取振幅A、振动周期（即波的周期）T。（2）由y-x图像可以获取振幅A、波长λ。（3）进而由公式v＝λf或v＝（4）明确y-t图像描述的是哪个质点的振动图像，y-x图像是哪一时刻的图像，然后根据y-t图像确定y-x图像对应时刻该质点的位移和振动方向，最后根据y-x图像确定波的传播方向。进而判断其他有关问题。【例7】（2024·湖北武汉预测）图a是一列沿x轴方向传播的简谐横波在t＝4s时的波形图，M、N是介质中的两个质点，其平衡位置分别位于x＝2m、x＝8m处，图b是质点N的振动图像。下列说法正确的是（）A.波沿x轴负方向传播B.波的传播速度大小为0.5m/sC.t＝5s时，M、N的速度大小相等，方向相同D.t＝7s时，M、N的加速度大小相等，方向相反尝试解答【例8】（2024·河南开封模拟）一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝0时刻的部分波形图如图甲所示，P是平衡位置在x＝1.2m处的质点，Q是平衡位置在x＝4m处的质点，质点Q的振动图像如图乙所示。求：（1）该波的波速v；（2）从t＝0时刻起到质点P第三次位于波峰位置所用的时间。尝试解答1.应用简谐运动对称性巧解力学问题（1）物体做简谐运动的过程中，在关于平衡位置对称的位置，各个物理量的大小相等，如图甲所示，弹簧振子在A、B两点时的加速度等大反向，任意一对对称点都符合此规律。（2）如果将小球轻轻地放在竖直弹簧的上端（图乙），松手后小球在竖直方向上做简谐运动，在平衡位置时小球的重力等于弹簧的弹力（O点），小球到达最低点时，弹簧被压缩最短，此点与小球的释放点关于O点对称，即此时的加速度大小为g，方向竖直向上。【典例1】如图所示，一根轻弹簧竖直立在水平地面上，下端固定。在弹簧的正上方有一个小物块，小物块从高处自由下落到弹簧上端O，将弹簧压缩，弹簧被压缩了x0时，小物块的速度变为零。从小物块与弹簧接触开始，小物块的加速度大小随下降的位移x变化的图像可能是下图中的（）尝试解答2.波的干涉现象中加强点、减弱点的判断方法（1）公式法：某质点的振动是加强还是减弱，取决于该质点到两相干波源的距离之差Δr。①两波源振动步调一致若Δr＝nλ（n＝0，1，2，…），则振动加强；若Δr＝（2n＋1）λ2（n＝0，1，2，…），则振动减弱②两波源振动步调相反若Δr＝（2n＋1）λ2（n＝0，1，2，…），则振动加强若Δr＝nλ（n＝0，1，2，…），则振动减弱。（2）图像法：在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰（或波谷与波谷）的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点；加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点的振幅与减弱点的振幅之间。【典例2】如图甲所示，在xOy平面内有两个波源S1（－2m，0）和S2（4m，0），两波源在垂直于xOy的平面内做简谐运动，其振动图像分别如图乙和图丙所示，两波源形成的机械波在xOy平面内向各个方向传播，波速均为25cm/s。xOy平面上有A、B两点，其位置坐标分别为A（－2m，8m），B（0.5m，0），则（）A.两波源形成的波不同，不能产生干涉现象B.图中A点处质点的振幅为6mC.A、B连线上有一个振动加强点D.两波源的连线上（不含波源）有11个振动减弱点，它们的位移大小始终是2m尝试解答提示：完成课后作业第一部分专题五第12讲第13讲光学1.（2024·江苏高考6题）现有一束光以相同的入射角θ，打在两杯不同浓度的NaCl溶液甲、乙中，折射光线如图所示（β1＜β2），已知NaCl溶液的折射率随NaCl浓度的增大而增大。则（）A.甲溶液折射率较大B.甲溶液的NaCl浓度较小C.光在甲溶液中的传播速度较大D.光在甲中发生全反射的临界角较大2.（2024·吉林高考4题）某同学自制双缝干涉实验装置：在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照射双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是（）A.换用更粗的头发丝B.换用红色激光照射双缝C.增大纸板与墙面的距离D.减小光源与纸板的距离3.（2024·海南高考4题）如图为一截面为正三角形OPQ的玻璃砖，某束光线垂直侧面OP射入，恰好在PQ界面发生全反射，则玻璃砖的折射率为（）A.2 B.3C.233 D4.（2024·广东高考6题）如图所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以θ角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射。反射光射向PQ面。若θ逐渐增大。两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是（）A.在PQ面上，红光比绿光更靠近P点B.θ逐渐增大时，红光的全反射现象先消失C.θ逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射D.θ逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大5.（2024·福建高考10题）一束光以入射角i（i＞0）射入透镜，遇反射膜反射，垂直射到反射膜则原路返回成为激光，如图所示。将蓝绿两条光束以相同入射角射入透镜，已知透镜对蓝光折射率大于绿光，则透镜中蓝光折射角（填“大于”“等于”或“小于”）绿光，若此时激光为蓝光，要变为绿光，则（填“顺时针”或“逆时针”）改变入射角。考点一光的折射和全反射1.求解折射率的三个公式（1）n12＝sin（2）n＝cv（3）n＝1sin2.折射率的理解（1）折射率与介质和光的频率有关，与入射角的大小无关。（2）光密介质指两种介质相对而言折射率大的介质，而不是指密度大的介质。（3）同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。3.求解光的折射和全反射问题的思路（1）根据题意画出正确的光路图，特别注意全反射的临界光线。（2）利用几何关系确定光路中的边、角关系。（3）利用折射定律等公式求解。（4）注意折射现象中光路的可逆性。【例1】（2024·山西太原模拟）高压汞灯，UV光刻机的紫外光源，它可以产生的波长分别为365nm、404nm、436nm、546nm和579nm五条尖锐的光谱线，但这些光中只有h线（404nm）是光刻机所需要的。高压汞灯辐射的光通过图中的三棱镜分离后形成a、b、c、d、e五束，其中适合UV光刻机的是（）A.a B.bC.d D.e尝试解答【例2】（2024·山东济宁三模）五一假期济宁太白湖公园的湖水里安装了一批圆形线状光源，将该光源水平放置于湖水下方710m处，该光源发出红光时，可在水面上观察到红色亮环，如图所示。已知水对红光的折射率为43，则亮环的宽度d为（A.0.3m B.0.4mC.0.5m D.0.6m尝试解答【例3】（多选）（2024·甘肃高考10题）如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O，当θ＝30°时，反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是（）A.该材料对红光的折射率为3B.若θ＝45°，光线c消失C.若入射光a变为白光，光线b为白光D.若入射光a变为紫光，光线b和c仍然垂直尝试解答【例4】（2024·山东高考15题）某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG＝30°。横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。（1）求sinθ；（2）以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D（图中未标出）到E点距离的范围。尝试解答考点二光的干涉、衍射和偏振1.光的干涉现象：双缝干涉、薄膜干涉（油膜、空气膜、增透膜、牛顿环）。2.光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、泊松亮斑。3.光的双缝干涉和单缝衍射的比较双缝干涉单缝衍射发生条件两束光频率相同、相位差恒定障碍物或狭缝的尺寸足够小（明显衍射现象）图样不同点条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等，中央最宽条纹间距各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等亮度情况清晰条纹，亮度基本相等中央条纹最亮，两边变暗与光的偏振的区别干涉、衍射都是波特有的现象；光的偏振现象说明光是横波【例5】（2024·山东高考4题）检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是（）A.滚珠b、c均合格B.滚珠b、c均不合格C.滚珠b合格，滚珠c不合格D.滚珠b不合格，滚珠c合格尝试解答【例6】（多选）（2024·湖南高考9题）1834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验），平面镜沿OA放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度θ，如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是（）A.沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动B.沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小C.若θ＝0°，沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变D.若θ＝0