高考物理二轮复习热点题型专题17 机械振动机械波 光学（2份打包，解析版+原卷版，可预览）

高考物理二轮复习热点题型与提分秘籍

专题17  机械振动机械波  光学

题型一 简谐运动的特征

【典例分析】 (2020·河南天一高三第一次联考)如图所示，一质点在AB之间做简谐运动，C为平衡位置，E、F分别为AC和CB之间的点，且EC和CF的距离相等。质点从E点向右运动经过时间t1第一次经过F点，再经过时间t2第4次经过F点，则该质点的振动周期为________。若此简谐运动分别在空气和水中进行，则形成的两列波的波长________(填“相同”“不相同”或“不能确定”)。

【典例分析2】．(2020·江西重点中学联考)如图所示，曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动．开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2 Hz.现匀速转动摇把，转速为240 r/min.则(　　)

A．当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5 s

B．当振子稳定振动时，它的振动频率是4 Hz

C．当转速增大时，弹簧振子的振幅增大

D．当转速减小时，弹簧振子的振幅增大

E．振幅增大的过程中，外界对弹簧振子做正功

【提分秘籍】

1.简谐运动的五大特征

2.对共振的理解

(1)共振曲线：

如图所示，横坐标为驱动力频率f，纵坐标为振幅A.它直观地反映了驱动力频率对某振动系统受迫振动振幅的影响，由图可知，f与f0越接近，振幅A越大；当f＝f0时，振幅A最大．

(2)受迫振动中系统能量的转化：受迫振动系统机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换．

【突破训练】

1.(2020·北京海淀区模拟)如图所示，一轻质弹簧上端固定在天花板上，下端连接一物块，物块沿竖直方向以O点为中心点，在C、D之间做周期为T的简谐运动．已知在t1时刻物块的动量为p、动能为Ek.下列说法正确的是(　　)

A．如果在t2时刻物块的动量也为p，则t2－t1的最小值为T

B．如果在t2时刻物块的动能也为Ek，则t2－t1的最小值为T

C．当物块通过O点时，其加速度最小

D．物块运动至C点时，其加速度最小

2．(2020·湖北宜昌高三模拟)如图所示为两个单摆的受迫振动的共振曲线，则下列说法正确的是(　　)

A．若两个受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相同，则图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线

B．若两个受迫振动是在地球上同一地点进行，则两个摆长之比LⅠ∶LⅡ＝25∶4

C．图线Ⅱ若是在地面上完成的，则该单摆摆长约为1 m

D．若摆长均为1 m，则图线Ⅰ是在地面上完成的

E．若两个单摆在同一地点均发生共振，图线Ⅱ表示的单摆的能量一定大于图线Ⅰ表示的单摆的能量

题型二 波的形成、传播与图象

【典例分析】(2018·高考全国卷Ⅲ)一列简谐横波沿x轴正方向传播，在t＝0和t＝0.20 s时的波形分别如图中实线和虚线所示．已知该波的周期T ＞0.20 s．下列说法正确的是(　　)

A．波速为0.40 m/s

B．波长为0.08 m

C．x＝0.08 m的质点在t＝0.70 s时位于波谷

D．x＝0.08 m的质点在t＝0.12 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

【提分秘籍】

1．机械波的传播特点

(1)波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同．

(2)介质中每个质点都做受迫振动，因此，任一质点振动频率和周期都和波源的振动频率和周期相同．

(3)波从一种介质进入另一种介质，由于介质的情况不同，它的波长和波速可能改变，但频率和周期都不会改变．

(4)波经过一个周期T完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离，所以v＝＝λf.

2．波的图象特点

(1)质点振动nT(波传播nλ)时，波形不变．

(2)在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为nλ(n＝1，2，3…)时，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n＋1)(n＝0，1，2，3…)时，它们的振动步调总相反．

(3)波源的起振方向决定了它后面的质点的起振方向，各质点的起振方向与波源的起振方向相同．

【突破训练】

1.(2020·烟台模拟)如图甲所示，O、P为介质中的两点，O为波源，OP间距为6 m．t＝0时刻O点由平衡位置开始向上振动，向右产生沿直线传播的简谐横波，图乙表示t＝0时刻开始P点振动的图象．则以下说法不正确的是(　　)

A．该波的波长为12 m                      B．该波的波速为2 m/s

C．该波的周期为4 s                        D．从开始振动到t＝10 s，质点P经过的路程为1.6 m

2.一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝0时刻的波形如图所示，质点P的x坐标为3 m．已知任意振动质点连续2次经过平衡位置的时间间隔为0.4 s，下列说法正确的是(　　)

A．波速为4 m/s

B．波的频率为1.25 Hz

C．x坐标为15 m的质点在t＝0.6 s时恰好位于波谷

D．x坐标为22 m的质点在t＝0.2 s时恰好位于波峰

E．当质点P位于波峰时，x坐标为17 m的质点恰好位于波谷

题型三 振动与波两种图象综合问题

【典例分析】(2020·河北石家庄调研)如图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为介质中x＝2 m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象．下列说法正确的是(　　)

A．这列波的传播方向是沿x轴正方向

B．这列波的传播速度是20 m/s

C．经过0.15 s，质点P沿x轴的正方向传播了3 m

D．经过0.1 s，质点Q的运动方向沿y轴正方向

E．经过0.35 s, 质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离

【提分秘籍】

(1)振动与波两种图象综合问题的处理思路

①定位：依据已知条件明确波的图象对应的时刻，依据质点振动图象找出该时刻质点振动的位移及振动方向。再根据此位移及振动方向，在波的图象中找出该质点，则所有问题将解决。

②定时：依据已知条件找到波的图象中对应的质点，读出该质点的位移并判断其振动方向，依据位移在振动图象中确定该质点处在此位移对应的时刻。

(2)巧解波动图象与振动图象综合问题的基本方法

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：

【突破训练】

1.一列简谐横波，某时刻的波形图如图甲所示，从该时刻计时，波上质点A的振动图象如图乙所示，则(　　)

A．若此波传播过程中遇到频率为1.25 Hz的同类波，一定会发生干涉，产生稳定的干涉图样

B．若此波传播过程中遇到波长为20 m的同类波，一定会发生干涉，产生稳定的干涉图样

C．若此波传播过程中遇到的障碍物的尺寸为2 000 m，可能发生明显衍射现象

D．该波的传播速度为2.5 m/s

E．该波的传播速度为25 m/s

2.(2019·四川德阳二诊)一列波沿x轴传播，t＝2 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/s

B．波如果向右传播，则图2是x＝0、4 m处质点的振动图象

C．波如果向左传播，则图2是x＝0、4 m处质点的振动图象

D．波如果向左传播，则x＝2 m处质点经过1 s到达x＝2 m处

E．无论波向左传播还是向右传播，x＝2 m处在2 s内路程都为2A

3.(2019·四川宜宾二诊)(多选)图甲为一列简谐横波在t＝0 s时刻的波形图，P是平衡位置为x＝1 m处的质点，Q是平衡位置为x＝4 m处的质点，图乙为质点Q的振动图象，则下列说法正确的是(　　)

A．该波的周期是0.10 s

B．该波的传播速度是40 m/s

C．该波沿x轴的正方向传播

D．t＝0.10 s时，质点Q的速度方向向下

E．从t＝0 s到t＝0.15 s，质点P通过的路程为30 cm

题型四 波的特有现象和电磁波

【典例分析】(2019·湖南衡阳二模)(多选)以下物理学知识的相关叙述中，正确的是(　　)

A．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应

B．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振

C．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，说明光具有波动性

D．红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线

E．在“用单摆测重力加速度”的实验中，为了减小测量单摆周期的误差，应选小球运动中的最低点为计时起点，测其n次全振动的时间

【提分秘籍】

1.机械波和光波都能发生干涉、衍射、多普勒效应等波特有的现象，偏振现象是横波特有的现象。要观察到稳定的干涉现象和明显的衍射现象需要一定的条件。

(1)干涉条件：频率相同、相位差恒定、振动方向相同。

(2)发生明显衍射现象的条件：缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小。

2．机械波的干涉图样中，波峰和波峰相遇的点、波谷和波谷相遇的点及其连线上的所有点都是振动加强点；波峰和波谷相遇的点及其连线上的所有点都是振动减弱点。振动加强点有时位移也为零，只是振幅为两列波的振幅之和，振动更加剧烈。

3．光的干涉

(1)光的双缝干涉

①条纹间隔均匀，亮度均匀，中央为亮条纹。

②条纹间距Δx＝λ，l、d相同时，Δx∝λ，例如，其他条件相同，双缝干涉时可见光中的红光条纹间距最大，紫光最小。

③如用白光做实验，中央为白色亮条纹，两边为彩色条纹。

(2)光的干涉现象：薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)。

4．光的衍射

(1)光的单缝衍射

①条纹宽度和间隔不均匀，亮度不均匀，中央亮条纹最宽最亮。

②单缝衍射装置等其他条件相同时，可见光中红光的中央亮条纹最宽，紫光最窄。

③如用白光做实验，中央为白色亮条纹，两边为彩色条纹。

(2)光的衍射现象：圆孔衍射、泊松亮斑。

5．多普勒效应：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。

6．电磁波的特点

(1)是横波。

(2)传播不需要介质。

(3)在真空中传播速度等于光速。

【突破训练】

1．(2019·西安高三第三次质检)下列说法正确的是(　　)

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

2.(2019·东北三省三校二模)关于振动和波动，下列说法中正确的是(　　)

A．各种波均会发生偏振现象

B．单摆做简谐运动的周期与摆球的质量有关

C．在波的干涉中，振动加强点的位移不一定始终最大

D．部队过桥不能齐步走而要便步走，是为了避免桥梁发生共振现象

E．我们在地球上接收到来自遥远星球的光波的波长变长，可以判断该星球正在远离我们

题型五 光的折射和全反射

【典例分析1】(2018·全国卷Ⅱ)如图，△ABC是一直角三棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝60°，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。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？

【典例分析2】. (2019·山东青岛二模)(多选)如图，光源S从水下向空气中射出一束由红光、黄光和蓝光组成的复色光，在水面上的P点分裂成a、b、c三束单色光，下列说法正确的是(　　)

A．c光为红色光

B．在水中传播时a光速度最大，c光波长最小

C．逐渐增大入射角，c光最先发生全反射

D．b光比a光更容易发生明显的衍射现象

E．a、b、c三种色光分别用同一双缝干涉实验装置发生干涉，a光相邻亮条纹间距最大

【提分秘籍】

1.光的折射和全反射题型的分析思路

(1)确定要研究的光线，有时需根据题意，分析、寻找临界光线为研究对象。

(2)找入射点，确认界面，并画出法线。

(3)明确两介质折射率的大小关系。

①若光疏→光密：定有反射、折射光线。

②若光密→光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射。

(4)根据反射定律、折射定律列出关系式，结合几何关系，联立求解。充分考虑三角形、圆的特点，运用几何图形中的边角关系、三角函数、相似形、全等形等，仔细分析光传播过程中的几何关系。

2.光的色散现象

(1)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带．

(2)成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象．

(3)．各种色光的比较

【突破训练】

1.(2019·全国卷Ⅲ)如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝30°。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。

(1)求棱镜的折射率；

(2)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。

2.(2019·四川内江三模) 如图所示，一单色细光束AB从真空中以入射角i＝45°，入射到折射率n＝的某透明球体的表面上B点。经研究发现光束在过球心O的平面内，从B点折射进入球内后，又经球的内表面只反射一次，再经球表面上的C点折射后，以光线CD射出球外，真空中的光速为3×108 m/s。则：

(1)光束在球内的传播速度是多少？

(2)出射光线CD相对入射光线AB方向改变的角度是多少？

3. (2019·湖北武汉二模)内径为r，外径为r的透明介质半球壳折射率n＝2，如图为其截面示意图。

(1)将点光源放在球心O处，求光射出球壳的最短时间；

(2)将光源移至O点正上方内壳上的P点，使其发出的光射向球壳外，求透明球壳外表面发光区域在截面上形成的弧长。

4.(2019·四川南充三诊)(多选)如图所示，一束复色光由某介质射入真空后分解为a、b两束单色光。以下说法正确的是(　　)

A．真空中a光的波长比b光的大

B．在同一介质中，a光的传播速度比b光慢

C．光由同一介质射入空气时，a光的临界角比b光小

D．a、b通过相同的单缝衍射实验装置，b光的中央亮条纹较宽

E．a、b通过相同的双缝干涉实验装置，b光的干涉条纹间距较小

5．(2019·内蒙古呼和浩特市二模)(多选)下列说法正确的是(　　)

A．肥皂泡呈现彩色是光的干涉现象，露珠呈现彩色是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现彩色是光的衍射现象

B．横波和纵波都能发生干涉、衍射和偏振现象

C．做双缝干涉实验时，用绿光照射单缝，在光屏P上观察到干涉条纹，用红光代替绿光照射单缝将得到相邻条纹间距更大的干涉图样

D．真空中的光速在不同的惯性系中不相同

E．在真空中传播的电磁波，当它的频率增大时，它的传播速度不变，波长变短