1、考点考点2 2 机械振动与机械波机械振动与机械波 光学（选考）光学（选考）高考定位高考定位1考查内容考查内容(1)振动和波、振动和波两种图象信息的理解和应振动和波、振动和波两种图象信息的理解和应用，波的传播、波的相遇叠加。用，波的传播、波的相遇叠加。(2)光的折射、折射率、反全射、光导纤维。光的折射、折射率、反全射、光导纤维。(3)光的干涉和衍射。光的干涉和衍射。(4)电磁波。电磁波。锁定命题方向锁定命题方向2题型、难度题型、难度高考试题形式为一选择高考试题形式为一选择(5分分)计算计算(10分分)选择题在各选择题在各知识点都可能出现，计算题主要出现在光的折射和全反知识点都可能出现，计算题主要
2、出现在光的折射和全反射和机械波的传播的问题中，选择题难度中档，计算题射和机械波的传播的问题中，选择题难度中档，计算题难度较大。难度较大。(1)(多选多选)如图如图81所示，一列简谐横波沿所示，一列简谐横波沿x轴正方向传轴正方向传播，实线为播，实线为t0时的波形图，虚线为时的波形图，虚线为t0.5 s时的波形时的波形图。已知该简谐波的周期大于图。已知该简谐波的周期大于0.5 s。关于该简谐波，下。关于该简谐波，下列说法正确的是列说法正确的是图图81A波长为波长为2 mB波速为波速为6 m/sC频率为频率为1.5 HzDt1 s时，时，x1 m处的质点处于波峰处的质点处于波峰Et2 s时，时，x2
3、 m处的质点经过平衡位置处的质点经过平衡位置(2)如图如图82所示，一半径为所示，一半径为R玻璃半球，玻璃半球，O点是半球点是半球的球心，虚线的球心，虚线OO表示光轴表示光轴(过球心过球心O与半球底面垂直的与半球底面垂直的直线直线)。已知玻璃的折射率为。已知玻璃的折射率为1.5。现有一束平行光垂直。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑不考虑被半球的内表面反射后的光线被半球的内表面反射后的光线)。求：。求：图图822(1)如图如图83(a)，在，在xy平面内有两个沿平面内有两个沿z方向做简方向做简谐振动的点波源谐振动的点波源S
4、1(0,4)和和S2(0，2)。两波源的振动图。两波源的振动图线分别如图线分别如图(b)和图和图(c)所示，两列波的波速均为所示，两列波的波速均为1.00 m/s。两列波从波源传播到点。两列波从波源传播到点A(8，2)的路程差为的路程差为_m，两列波引起的点，两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互处质点的振动相互_(填填“加强加强”或或“减弱减弱”)，点，点C(0,0.5)上质点的上质点的振动相互振动相互_(填填“加强加强”或或“减弱减弱”)。图图83(2)如图如图84所示，一玻璃工件的上半部是半径为所示，一玻璃工件的上半部是半径为R的的半球体，半球体，O点为球心；下半部是半径为点为球心；
5、下半部是半径为R、高位、高位2R的圆的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴柱体，圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该光线与的光线从半球面射入，该光线与OC之间的距离为之间的距离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行行(不考虑多次反射不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。求该玻璃的折射率。图图84答案答案(1)2减弱加强减弱加强(2)1.433(1)(多选多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在在双缝干涉实验中，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。若要增大干双缝上，在缝后的屏幕上显
6、示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是A改用红色激光改用红色激光B改用蓝色激光改用蓝色激光C减小双缝间距减小双缝间距D将屏幕向远离双缝的位置移动将屏幕向远离双缝的位置移动E将光源向远离比缝的位置移动将光源向远离比缝的位置移动(2)一直桶状容器的高为一直桶状容器的高为2l，底面是边长为，底面是边长为l的正方的正方形；容器内装满某种透明液体，过容器中心轴形；容器内装满某种透明液体，过容器中心轴DD、垂、垂直于左右两侧面的剖面图如图直于左右两侧面的剖面图如图85所示。容器右侧内壁所示。容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料
7、。在剖面的左下涂有反光材料，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角处有一点光源，已知由液体上表面的D点射出的两束点射出的两束光线相互垂直，求该液体的折射率。光线相互垂直，求该液体的折射率。图图85答案答案(1)ACD(2)1.55例例1如图如图86所示，弹簧振子在所示，弹簧振子在M、N之间做简之间做简谐运动。以平衡位置谐运动。以平衡位置O为原点，建立为原点，建立Ox轴。向右为轴。向右为x轴轴正方向。若振子位于正方向。若振子位于N点时开始计时，则其振动图象为点时开始计时，则其振动图象为突破高频考点突破高频考点考点一简谐运动的规律及应用考点一简谐运动的规律及应用图图
8、86解析解析振子在振子在N点时开始计时，其位移为正向最点时开始计时，其位移为正向最大，并按正弦规律变化，故选项大，并按正弦规律变化，故选项A正确。正确。答案答案A【题组训练题组训练】1(多选多选)(简谐运动的图象简谐运动的图象)(2018洛阳模拟洛阳模拟)如图如图87所示为某质点做简谐运动的图象，下列说法正确的是所示为某质点做简谐运动的图象，下列说法正确的是图图87At0时，质点的速度为零时，质点的速度为零Bt0.1 s时，质点具有沿时，质点具有沿y轴正向最大加速度轴正向最大加速度C在在0.20.3 s内质点沿内质点沿y轴负方向做加速度增大的轴负方向做加速度增大的加速运动加速运动D在在0.50
9、.6 s内质点沿内质点沿y轴负方向做加速减小的加轴负方向做加速减小的加速运动速运动E在在00.4 s内质点通过的路程为内质点通过的路程为8 cm，位移为，位移为0答案答案DE2(多选多选)(单摆的振动问题单摆的振动问题)如图如图88所示为同一地点所示为同一地点的两单摆甲、乙的振动图象，下列说法中正确的是的两单摆甲、乙的振动图象，下列说法中正确的是图图88A甲、乙两单摆的摆长相等甲、乙两单摆的摆长相等B甲摆的振幅比乙摆大甲摆的振幅比乙摆大C甲摆的机械能比乙摆大甲摆的机械能比乙摆大D在在t0.5 s时有正向最大加速度的是乙摆时有正向最大加速度的是乙摆E由图象可以求出当地的重力加速度由图象可以求出当
10、地的重力加速度答案答案ABD3(多选多选)(弹簧振子的振动分析弹簧振子的振动分析)如图如图89所示，轻弹所示，轻弹簧上端固定，下端连接一小物块，物块沿竖直方向做简簧上端固定，下端连接一小物块，物块沿竖直方向做简谐运动。以竖直向上为正方向，物块简谐运动的表达式谐运动。以竖直向上为正方向，物块简谐运动的表达式为为y0.1 sin(2.5t)m。t0时刻，一小球从距物块时刻，一小球从距物块h高处高处自由落下；自由落下；t0.6 s时，小球恰好与物块处于同一高时，小球恰好与物块处于同一高度。取重力加速度的大小度。取重力加速度的大小g10 m/s2。以下判断正确的。以下判断正确的是是图图89Ah1.7
11、mB简谐运动的周期是简谐运动的周期是0.8 sC0.6 s内物块运动的路程是内物块运动的路程是0.2 mDt0.4 s时，物块与小球运动方向相反时，物块与小球运动方向相反答案答案AB考点二波的传播规律及应用考点二波的传播规律及应用(1)简谐波的周期、波速和波长；简谐波的周期、波速和波长；(2)质点质点O的位移随时间变化的关系式。的位移随时间变化的关系式。规律总结规律总结1质点振动方向与波传播方向互判的四种方法质点振动方向与波传播方向互判的四种方法方法一：质点带动法方法一：质点带动法(特殊点法特殊点法)如图甲所示为一沿如图甲所示为一沿x轴正方向传播的横波，根据波的轴正方向传播的横波，根据波的形成
12、，靠近波源的点能带动与它邻近的离波源稍远的形成，靠近波源的点能带动与它邻近的离波源稍远的点，可判断质点的振动方向。在质点点，可判断质点的振动方向。在质点P附近靠近波源一附近靠近波源一方的图线上另找一点方的图线上另找一点P，若，若P在在P上方，上方，P带动带动P向上运向上运动，则动，则P向上运动；若向上运动；若P在下方，在下方，P带动带动P向下运动，则向下运动，则P向下运动。向下运动。方法二：微平移法方法二：微平移法(波形移动法波形移动法)作出经微小时间作出经微小时间t(tT/4)后的波形后的波形(如图乙所示如图乙所示)，就知道了各质点经过就知道了各质点经过t时间达到的位置，运动方向就知时间达到
13、的位置，运动方向就知道了。道了。方法三：上下坡法方法三：上下坡法沿波的传播速度的正方向看，沿波的传播速度的正方向看，“上坡上坡”的点向下振的点向下振动，动，“下坡下坡”的点向上振动，简称的点向上振动，简称“上坡下，下坡上坡下，下坡上上”。(如图甲所示如图甲所示)方法四：同侧法方法四：同侧法在波的图象上的某一点，沿纵轴方向画出一个箭头表在波的图象上的某一点，沿纵轴方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿示质点振动方向，并设想在同一点沿x轴方向两个箭头轴方向两个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧。侧。(如图乙所示如图乙所示)
14、2振动图象和波动图象综合问题分析技巧振动图象和波动图象综合问题分析技巧求解波动图象与振动图象综合类问题可采用求解波动图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一分、一看、二找一看、二找”的方法：的方法：(1)分清振动图象与波动图象，此问题最简单，只要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，横坐标为看清横坐标即可，横坐标为x则为波动图象。横坐标为则为波动图象。横坐标为t则为振动图象。则为振动图象。(2)看清横、纵坐标的单位，尤其要注意单位前的数看清横、纵坐标的单位，尤其要注意单位前的数量级。量级。(3)找准波动图象对应的时刻。找准波动图象对应的时刻。(4)找准振动图象对应的质点。找
15、准振动图象对应的质点。【题组训练题组训练】1(多选多选)(机械波的传播机械波的传播)(2016全国卷全国卷)由波源由波源S形形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播。波源振动的成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播。波源振动的频率为频率为20 Hz，波速为，波速为16 m/s。已知介质中。已知介质中P、Q两质点两质点位于波源位于波源S的两侧，且的两侧，且P、Q和和S的平衡位置在一条直线的平衡位置在一条直线上，上，P、Q的平衡位置到的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为的平衡位置之间的距离分别为15.8 m、14.6 m，P、Q开始振动后，下列判断正确的是开始振动后，下列判断正确的是AP、Q两质点
16、运动的方向始终相同两质点运动的方向始终相同BP、Q两质点运动的方向始终相反两质点运动的方向始终相反C当当S恰好通过平衡位置时，恰好通过平衡位置时，P、Q两点也正好通过两点也正好通过平衡位置平衡位置D当当S恰好通过平衡位置向上运动时，恰好通过平衡位置向上运动时，P在波峰在波峰E当当S恰好通过平衡位置向下运动时，恰好通过平衡位置向下运动时，Q在波峰在波峰图图810A此后再经此后再经6 s该波传播到该波传播到x24 m处处BM点在此后第点在此后第3 s末的振动方向沿末的振动方向沿y轴正方向轴正方向C波源开始振动时的运动方向沿波源开始振动时的运动方向沿y轴负方向轴负方向D此后此后M点第一次到达点第一次
17、到达y3 m处所需时间是处所需时间是2 s答案答案AB3(多选多选)(振动图象与波动图象的综合振动图象与波动图象的综合)图图811(a)为为一列简谐横波一列简谐横波t2 s时的波形图，图时的波形图，图(b)为媒质中平衡位为媒质中平衡位置在置在x1.5 m处的质点的振动图象，处的质点的振动图象，P是平衡位置为是平衡位置为x2 m的质点，下列说法正确的是的质点，下列说法正确的是1图图811A波速为波速为0.5 m/sB波的传播方向向右波的传播方向向右C02 s时间内，时间内，P运动的路程为运动的路程为8 cmD02 s时间内，时间内，P向向y轴正方向运动轴正方向运动E当当t7 s时，时，P恰好回到
18、平衡位置恰好回到平衡位置答案答案ACE4(多选多选)(波的叠加波的叠加)如图如图812是水面上两列频率相是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况，以波源同的波在某时刻的叠加情况，以波源S1、S2为圆心的两为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰(实线实线)和波和波谷谷(虚线虚线)，S1的振幅的振幅A14 cm，S2的振幅的振幅A23 cm，则，则下列说法正确的是下列说法正确的是图图812A质点质点D是振动减弱点是振动减弱点B质点质点A、D在该时刻的高度差为在该时刻的高度差为14 cmC再过半个周期，质点再过半个周期，质点B、C是振动加强点是振动加
19、强点D质点质点C的振幅为的振幅为1 cmE质点质点C此刻以后将向下振动此刻以后将向下振动答案答案BDE考点三光的折射和全反射考点三光的折射和全反射图图813(1)求池内的水深；求池内的水深；(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为到池面的高度为2.0 m。当他看到正前下方的点光源。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45。求救生员的眼睛到池边的水平距离。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留结果保留1位位有效数字有效数字)。答案答案(1)2.6 m
20、(2)0.7 m规律总结规律总结解决光的折射和全反射问题的思路解决光的折射和全反射问题的思路 1确定研究的光线，该光线可能是入射光线，还确定研究的光线，该光线可能是入射光线，还有可能是反射光线或折射光线。有可能是反射光线或折射光线。2找入射点，确认界面，并画出法线。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。明确两介质折射率的大小关系。(1)若光线由光疏介质进入光密介质，既有反射光若光线由光疏介质进入光密介质，既有反射光线，又有折射光线。线，又有折射光线。(2)若光线从光密介质射向光疏介质，如果入射角若光线从光密介质射向光疏介质，如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射。大
21、于或等于临界角，一定发生全反射。4根据反射定律、折射定律作出光路图，结合几根据反射定律、折射定律作出光路图，结合几何关系，具体求解。何关系，具体求解。【题组训练题组训练】1(测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率)某同学利用平行玻璃砖测量某同学利用平行玻璃砖测量玻璃的折射率，按插针法步骤正确操作，借助刻度尺完玻璃的折射率，按插针法步骤正确操作，借助刻度尺完成了光路图。该同学有圆规，却没有量角器，他就以成了光路图。该同学有圆规，却没有量角器，他就以O点为圆心，点为圆心，15.00 cm为半径画圆，分别交入射光线于为半径画圆，分别交入射光线于A点，交直线点，交直线OO于于C点，分别过点，分别过A、C点作
22、法线点作法线NN的垂的垂线交线交NN于于B、D点，如图点，如图814所示。用刻度尺测得所示。用刻度尺测得AB9.00 cm，CD6.00 cm，则玻璃的折射率，则玻璃的折射率n_。(请用已知线段表示请用已知线段表示)，代入数据求得，代入数据求得n_。若玻璃砖前后两面并不平行，按正确实验操。若玻璃砖前后两面并不平行，按正确实验操作，则他测出的折射率作，则他测出的折射率_(填填“会会”或或“不会不会”)受到影响。受到影响。图图814图图815(1)要使该单色光不能直接射到要使该单色光不能直接射到BC面上，求面上，求的最的最大值？大值？(2)若该单色光能够直接射到若该单色光能够直接射到BC面上，试通
23、过计面上，试通过计算说明能否发生全反射？算说明能否发生全反射？答案答案(1)60(2)见解析见解析图图816考点四光的波动性考点四光的波动性2单缝衍射和圆盘衍射现象单缝衍射和圆盘衍射现象(1)单缝衍射单缝衍射单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹，两侧单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗。是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗。白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是窄白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是窄且渐暗的彩色条纹。且渐暗的彩色条纹。(2)圆盘衍射与泊松亮班圆盘衍射与泊松亮班当光照到不透明的小圆板上，在圆板的阴影中心出现当光照到不透
24、明的小圆板上，在圆板的阴影中心出现亮班亮班(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。(3)产生明显衍射现象的条件：障碍物产生明显衍射现象的条件：障碍物(或孔或孔)的尺寸跟的尺寸跟波长相差不多，甚至比波长还小。波长相差不多，甚至比波长还小。【题组训练题组训练】1(光的干涉光的干涉)如图如图817所示的双缝干涉实验，用绿所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝光照射单缝S时，在光屏时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以相邻条纹间距更大的干涉图样，可以图图817A增大增大S1与与S2的间距的间距B减小双缝屏到光屏的距
25、离减小双缝屏到光屏的距离C将绿光换为红光将绿光换为红光 D将绿光换为紫光将绿光换为紫光答案答案C2(多选多选)(光的衍射光的衍射)抽制高强度纤维细丝可用激光监抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图控其粗细，如图818所示，观察光束经过细丝后在光所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化图图818A这里应用的是光的衍射现象这里应用的是光的衍射现象B这里应用的是光的干涉现象这里应用的是光的干涉现象C如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗D如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细如果屏上条纹变宽，表明抽制的
26、丝变细解析解析若障碍物的尺寸与光的波长相差不多或更小，若障碍物的尺寸与光的波长相差不多或更小，衍射现象较明显。通过观察屏上条纹的变化情况，从而衍射现象较明显。通过观察屏上条纹的变化情况，从而监测抽制的细丝的情况，激光的一个波长很短，条纹变监测抽制的细丝的情况，激光的一个波长很短，条纹变宽，说明衍射现象明显，抽制的丝变细。选宽，说明衍射现象明显，抽制的丝变细。选A、D。答案答案AD3(光的偏振光的偏振)如图如图819所示，白炽灯的右侧依次平所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片行放置偏振片P和和Q，A点位于点位于P、Q之间，之间，B点位于点位于Q右右侧。旋转偏振片侧。旋转偏振片P，A、B两点光的强
27、度变化情况是两点光的强度变化情况是图图819AA、B均不变均不变 BA、B均有变化均有变化CA不变，不变，B有变化有变化DA有变化，有变化，B不变不变解析解析白炽灯发出的光包含着沿垂直于传播方向上一白炽灯发出的光包含着沿垂直于传播方向上一切方向振动的光，偏振片切方向振动的光，偏振片P旋转后，对旋转后，对A点光强无任何点光强无任何影响。由于影响。由于P、Q间光线的振动方向与偏振片间光线的振动方向与偏振片P的透振方的透振方向一致，再次经过偏振片向一致，再次经过偏振片Q时，时，B点光强将会受到影点光强将会受到影响，响，C正确。选正确。选C。答案答案C4(多选多选)(光的色散光的色散)如图如图820所
28、示，一束光沿半径所示，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为角为，经折射后射出，经折射后射出a、b两束光线，则两束光线，则图图820A在玻璃中，在玻璃中，a光的传播速度小于光的传播速度小于b光的传播速度光的传播速度B在真空中，在真空中，a光的波长小于光的波长小于b光的波长光的波长C玻璃砖对玻璃砖对a光的折射率小于对光的折射率小于对b光的折射率光的折射率D若改变光束的入射方向使若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射角逐渐变大，则折射光线光线a首先消失首先消失E分别用分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，验，a光的干涉条纹间距大于光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距光的干涉条纹间距答案答案ABD
