【二轮复习】高考物理专题11 机械波及光的运用（讲义）.zip

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01专题网络·思维脑图
02考情分析·解密高考
03高频考点·以考定法
04核心素养·难点突破
05创新好题·轻松练习
【典例1】（2022·海南·高考真题）在同一地方，甲、乙两个单摆做振幅不同的简谐运动，其振动图像如图所示，可知甲、乙两个单摆的摆长之比为（ ）
A．2：3B．3：2C．4：9D．9：4
【答案】C
【详解】由振动图像可知甲乙两个单摆周期之比为
T甲：T乙 = 0.8：1.2 = 2：3
根据单摆周期公式
T=2πLg
可得
L=gT24π2
则甲、乙两个单摆的摆长之比为
L甲：L乙 = T甲2：T乙2 = 4：9
故选C。
【典例2】（多选）（2023·重庆·统考高考真题）一列简谐横波在介质中沿x轴传播，波速为2m/s，t=0时的波形图如图所示，P为该介质中的一质点。则（ ）

A．该波的波长为14m
B．该波的周期为8s
C．t＝0时质点P的加速度方向沿y轴负方向
D．0~2 s内质点P运动的路程有可能小于0.1m
【答案】BD
【详解】A．由图可知
34λ=12m
解得
λ=16m
A错误；
B．由
v=λT
得
T=λv=162s=8s
B正确；
C．简谐运动的加速度总指向平衡位置，P点位于y轴负半轴，加速度方向沿y轴正方向，C错误；
D．P点位于y轴的负半轴，经过
2s=T4
若波向x轴负方向传播，P向远离平衡位置方向振动，在0~2 s内质点P运动的路程有可能小于0.1m，D正确；
故选BD。
【典例3】（2023·浙江·统考高考真题）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=30cm
C．两声波的振幅之比为3:1D．两声波的振幅之比为2:1
【答案】C
【详解】CD．分析可知A、B两管等长时，声波的振动加强，将A管拉长d=15cm后，两声波在O点减弱，根据题意设声波加强时振幅为20，声波减弱时振幅为10，则
A1+A2=20
A1-A2=10
可得两声波的振幅之比
A1A2=31
故C正确，D错误；
AB．根据振动减弱的条件可得
λ2=2d
解得
λ=60cm
故AB错误。
故选C。
考向01 简谐运动的图像分析及函数表达式
一、简谐运动的特征
1．动力学特征：F＝－kx，“－”表示回复力的方向与位移方向相反，k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数．
2．运动学特征：简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比，而方向相反，为变加速运动，远离平衡位置时，x、F、a、Ep均增大，v、Ek均减小，靠近平衡位置时则相反．
3．运动的周期性特征：相隔T或nT的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同．
4．对称性特征：
(1)相隔eq \f(T,2)或eq \f(2n＋1T,2)(n为正整数)的两个时刻，振子位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度大小相等，方向相反．
(2)如图所示，振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P′(OP＝OP′)时，速度的大小、动能、势能相等，相对于平衡位置的位移大小相等．
(3)振子由P到O所用时间等于由O到P′所用时间，即tPO＝tOP′.
(4)振子往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等，即tOP＝tPO.
5．能量特征：振动的能量包括动能Ek和势能Ep，简谐运动过程中，系统动能与势能相互转化，系统的机械能守恒．
二、简谐运动的公式和图象
1．简谐运动的公式：
(1)简谐运动中位移随时间变化的表达式叫振动方程，一般表示为x＝Asin(ωt＋φ)．
(2)从平衡位置开始计时，函数表达式为x＝Asin ωt，从最大位移处开始计时，函数表达式为x＝Acs ωt.
2．对简谐运动图象的认识：
(1)简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线，如图所示．
(2)图象反映的是位移随时间的变化规律，随时间的增加而延伸，图象不代表质点运动的轨迹．
3．图象信息：
(1)由图象可以得出质点做简谐运动的振幅、周期和频率．
(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移．
(3)可以确定某时刻质点回复力、加速度的方向：因回复力总是指向平衡位置，故回复力和加速度在图象上总是指向t轴．
(4)确定某时刻质点速度的方向：速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定，下一时刻位移如增加，振动质点的速度方向就是远离t轴，下一时刻位移如减小，振动质点的速度方向就是指向t轴．
(5)比较不同时刻回复力、加速度的大小．
(6)比较不同时刻质点的动能、势能的大小．
考向02 机械波的形成及图像分析
一、波的图象及波速公式的应用
1．波动图象的特点
(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时(n＝1,2,3…)，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)eq \f(λ,2)(n＝0,1,2,3…)时，它们的振动步调总相反．
(3)波源质点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．
2．波动图象的信息
(1)直接读取振幅A和波长λ，以及该时刻各质点的位移．
(2)确定某时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小．
(3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向．
3．波速与波长、周期、频率的关系为：v＝eq \f(λ,T)＝λf.
判断波的传播方向与质点的振动方向的三种常见方法
(1)上下坡法：沿波的传播方向，上坡时质点向下振动，下坡时质点向上振动，如图甲所示．
(2)同侧法：波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧，如图乙所示．
(3) 微平移法：将波形图沿传播方向平移Δx(Δx≤eq \f(λ,4))，再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定，如图丙所示．
二、波动图象和振动图象的比较
三、机械波的多解问题
1．造成波动问题多解的主要因素有
(1)周期性：
①时间周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确；
②空间周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不明确．
(2)双向性：
①传播方向双向性：波的传播方向不确定；
②振动方向双向性：质点振动方向不确定．
2．解决波的多解问题的思路
一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系Δt或Δx，若此关系为时间，则t＝nT＋Δt(n＝0,1,2…)；若此关系为距离，则x＝nλ＋Δx(n＝0,1,2…)．
3．求解波的多解问题的一般步骤
(1)根据初、末两时刻的波形图确定传播距离与波长的关系通式．
(2)根据题设条件判断是唯一解还是多解．
(3)根据波速公式v＝eq \f(Δx,Δt)或v＝eq \f(λ,T)＝λf求波速．
考向03 波的干涉、衍射及多普勒效应
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.
(1)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．
(2)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．波的衍射现象是指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
(1)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．
(2)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．
考向01 简谐运动的图像分析及函数表达式
【针对练习1】（2023·河北·校联考模拟预测）如图所示，在光滑杆下面铺一张白纸，一带有铅笔的弹簧振子在A、B两点间做简谐运动，白纸沿垂直杆方向以0.4m/s的速度移动，铅笔在白纸上留下的痕迹如图所示。已知弹簧的劲度系数k=10N/m，振子（小球与铅笔）的质量为0.2kg，不考虑一切摩擦，弹簧的质量忽略不计，弹簧的弹性势能Ep=12kx2，x为弹簧的形变量。下列说法正确的是（ ）

A．图线为铅笔的运动轨迹
B．弹簧振子的周期为0.25s
C．铅笔在x=5cm的位置留下痕迹时，振子的加速度为-4m/s2
D．铅笔在x=10cm的位置留下痕迹时，振子的动能为0.32J
【答案】C
【详解】A．铅笔在一条直线上往复运动，图线不是铅笔的运动轨迹，故A错误；
B．一个周期内白纸移动距离
l=20cm
白纸移动速度为
v=0.4m/s
该弹簧振子的周期为
T=lv=0.5s
故B错误；
C．振幅A=8cm，铅笔在x=5cm的位置留下痕迹时，弹簧弹力
F=-kA=-0.8N
振子的加速度为
a=Fm=-4m/s2
故C正确；
D．根据能量守恒，铅笔在x=10cm的位置留下痕迹时，振子的动能为
Ek=Ep=12kA2=0.032J
故D错误。
故选C。
【针对练习2】（多选）（2024·四川成都·成都七中校考一模）图示为地球表面上甲、乙单摆的振动图像。以向右的方向作为摆球偏离平衡位置的位移的正方向，地球上的自由落体加速度为10m/s2，月球上的自由落体加速度为1.6m/s2，下列说法正确的是（ ）

A．甲、乙两个单摆的摆长之比为4:1
B．甲摆在月球上做简谐运动的周期为5s
C．甲摆振动的振幅4cm
D．甲单摆的摆长约为4m
E．乙单摆的位移x随时间t变化的关系式为x=2sin(0.5πt+π2)cm
【答案】BCE
【详解】A,．如图可知，在地球上甲单摆的周期为2s，乙单摆的周期为4s，甲乙两单摆的周期比为1:2，根据单摆的周期公式
T=2πLg
可得
L=g4π2T2
甲乙两单摆的摆长比为1:4，A错误；
B．在地球上甲单摆的周期为2s，根据单摆的周期公式
T=2πLg
可知
T月T地=g地g月=52
可得
T月=5s
B正确；
C．振幅为偏离平衡位置的最大距离，如图可知甲摆振动的振幅为4cm，C正确；
D．甲单摆的周期为2s，根据单摆的周期公式
T=2πLg
可得摆长为
L≈1m
D错误；
E．如图可知乙单摆的振幅为2cm，周期为4s，可得
ω=2πT=0.5πrad/s
t=0时，位移为正向最大，所以初相位为
φ0=π2
根据简谐运动位移随时间变化的关系
x=Asin(ωt+φ0)
可得，乙单摆位移x随时间t变化的关系式为
x=2sin(0.5πt+π2)cm
E正确。
故选BCE。
考向02 机械波的形成及图像分析
【针对练习3】（2023·贵州·清华中学校联考模拟预测）如图甲所示是一列简谐横波在t=0.2s时刻的波形图，质点P的平衡位置位于x=7m处，其振动图像如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．波沿x轴正方向传播
B．再经过0.2s质点P的加速度最大且沿y轴负方向
C．质点Q的振动方程为y=6sin5π4t+π4cm
D．该波的波速为10m/s
【答案】C
【详解】A．由图乙可知t=0.2s时刻，质点P向下振动，根据上下坡法，波沿x轴负方向传播，故A错误；
B．由图乙可知，再经过0.2s质点P的位于波谷，加速度最大且沿y轴正方向，故B错误；
C．质点P、Q的相位差
φ0=xP-xQλ×2π=7-48×2π=34π
由图乙可知质点P的振动方程为
y=Asin(2πT+φ)=6sin5π4t+πcm
质点Q的振动方程为
y=Asin(2πT+φ-φ0)=6sin5π4t+π4cm
故C正确；
D．该波的波长为8m，周期为1.6s，波速为
v=λT=81.6m/s=5m/s
故D错误。
故选C。
【针对练习4】（多选）（2023·全国·校联考模拟预测）位置坐标x=0的波源S在t=0时刻从平衡位置开始向下运动，形成沿x轴正、负两个方向传播的简谐横波，沿波传播方向上有间距均为1m的9个质点，位置坐标如图所示。t=0时刻各质点均处于平衡位置，经0.3秒x=1m处的质点第一次具有正向最大速度，同时x=3m的质点开始振动，则下列法正确的是（ ）

A．波速为10m/s
B．x=-3m和x=3m的两质点振动步调完全一致
C．t=0.6s时，x=4m的质点具有负向最大速度
D．t=0.5s时，x=-2.5m的质点加速度正在减小
【答案】AB
【详解】A．设该波的波速为v，周期为T，根据题意可得
x3v=0.3s
x1v+T2=0.3s
其中
x1=1m，x3=3m
联立解得
v=10m/s，T=0.4s
故A正确；
B．由于该波源形成沿x轴正、负两个方向传播的简谐横波，则关于该波源对称的点的振动步调一致，故B正确；
C．该波从波源传播到x=4m处所需的时间为
t=x4v=410s=0.4s
则可知0.4s时x=4m处的质点才开始振动，且跟波源的起振方向相同，即从平衡位置开始向下振动，而
0.2s=T2
则可知t=0.6s时，x=4m的质点到达平衡位置，正向上振动，此刻该质点具有正向最大速度，故C错误；
D．波传播到x=-2.5m处所用的时间为
t1=xv=2.510s=0.25s
则再经过0.25s，x=-2.5m的质点正从平衡位置向正向最大位移处振动，而离平衡位置越远加速度越大，速度越小，即该质点得加速度正在增大，故D错误。
故选AB。
考向03 波的干涉、衍射及多普勒效应
【针对练习5】（2023·吉林长春·统考一模）同一均匀介质中，位于x = 0和x = 1.2m处的两个波源沿y轴振动，形成了两列相向传播的简谐横波a和b，a波沿x轴正方向传播，b波沿x轴负方向传播。在t = 0时两波源间的波形如图所示，A、B为介质中的两个质点，a波的波速为2m/s，则（ ）
A．b波的周期为0.1s
B．A质点开始振动时沿y轴正方向运动
C．t = 0.25s时，B质点位于最大位移处
D．当两列波都传到A质点后，A质点的振动加强
【答案】C
【详解】A．由题知，简谐横波a和b在同一均匀介质中，则
va = vb = 2m/s
再由题图可知
λa = λb = 0.4m
则根据v=λT得
Ta = Tb = 0.2s
故A错误；
B．由于va = vb，且由题图可看出t = 0时A质点距a波最近，则a波先传播到质点A，则A质点开始振动时沿y轴负方向运动，故B错误；
C．由于质点B距离a波和b波均为0.2m，则经过0.1s质点B开始振动，则t = 0.25s时，质点B振动了0.15s即34T，由于B质点的起振方向向下，则34TB质点运动到波峰，即最大位移处，故C正确；
D．由题图可知t = 0时A质点距a波波源0.5m，距b波波源0.7m，则A质点到两波源的波程差为
x = 0.2m = 1 × 0.5λ
则A质点的振动减弱，故D错误。
故选C。
【针对练习6】（2023·吉林通化·梅河口市第五中学校考模拟预测）两列机械波在同种介质中相向而行，P、Q为两列波的波源，以P、Q的连线和中垂线为轴建立坐标系，P、Q的坐标如图所示。某时刻的波形如图所示。已知P波的传播速度为10m/s，O点有一个观察者，下列判断正确的是（ ）

A．两波源P、Q的起振方向相同
B．经过足够长的时间，O的振幅为45cm
C．波源Q产生的波比波源P产生的波更容易发生衍射
D．当观察者以2m/s的速度向Q点运动时，观察者接收到Q波的频率小于2.5Hz
【答案】B
【详解】A．两波源P、Q的起振方向与波最前头质点的起振方向相同，由波形平移法可知，波源P的起振方向沿y轴负方向，波源Q的起振方向沿y轴正方向，即两波源P、Q的起振方向相反，故A错误；
B．根据对称性可知，两波的波峰与波峰或波谷与波谷同时到达O点，所以两波在O点相遇后，O点振动加强，振幅等于两波振幅之和，为45cm，故B正确；
C．两波的波长相等，波源Q产生的波与波源P产生的波发生衍射现象的难易程度相同，故C错误；
D．当观察者以2m/s的速度向Q点运动时，相当于观察者不动，Q波向左传播的速度
v=vQ+v观=12m/s+2m/s=12m/s
观察者接收到Q波的频率为
f=vλ=124Hz=3Hz
故D错误。
故选B。
考向04 光的折射定律及全反射
一、光的折射率和折射定律
1．对折射率的理解
(1)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v＝eq \f(c,n).
(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关．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)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同．
2．几种常见折射模型
3．光路的可逆性
在光的折射现象中，光路是可逆的．如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射．
二、光的全反射的理解及应用
1．求解光的折射、全反射问题的四点提醒
(1)光密介质和光疏介质是相对而言的．同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质．
(2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象．
(3)在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的．
(4)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．
2．求解全反射现象中光的传播时间的一般思路
(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即v＝eq \f(c,n).
(2)全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定．
(3)利用t＝eq \f(l,v)求解光的传播时间．
3．解决全反射问题的一般方法
(1)确定光是从光密介质进入光疏介质．
(2)应用sin C＝eq \f(1,n)确定临界角．
(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射．
(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图．
(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题．
【典例4】（2023·湖北·统考高考真题）如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为（ ）

A．12dB．22dC．dD．2d
【答案】C
【详解】设光线在OQ界面的入射角为α，折射角为β，几何关系可知α=30°，则有折射定律
n=sinβsinα=2
光线射出OQ界面的临界为发生全反射，光路图如下，其中OB⊥CS

光线在AB两点发生全反射，有全反射定律
sinC=1n=22
即AB两处全反射的临界角为45°，AB之间有光线射出，由几何关系可知
AB=2AC=2CS=OS=d
故选C。
【针对练习7】（2023·四川成都·统考一模）如图，一玻璃砖的截面由等腰三角形PMQ和半径为R的半圆组成，∠PMQ=120°，O为圆心，其右侧放置足够长的竖直平面镜，镜面与PQ平行，A处的光源发射一束光从MP中点B射入玻璃砖，光束与MP夹角θ=30°，经折射后光线与PQ垂直。A、M、O三点共线，光在真空中的传播速度为c，不考虑光束在玻璃砖内的反射。
（i）求玻璃砖的折射率n；
（ii）若光束从光源A发射经平面镜一次反射后恰能回到光源A处，求光束在全过程中的传播时间t。
【答案】（i）3；（ii）8Rc
【详解】（1）光路图如图所示
根据几何关系可知，入射角
i=90°-θ=60°
折射角
r=30°
由折射定律
n=sinisinr
解得
n=3
（2）光路图如图所示
由对称性可得
AB=2BMcsθ=R
BC=12OM+Rcs30°=23R3
CD=R
又
v=cn
所以光束在全过程中的传播时间为
t=2×AB+CDc+BCv=8Rc
【针对练习8】（2024·全国·校联考一模）如图所示，ABCD为一透镜的截面图，圆弧BD是一个以O为圆心的半圆面，AB边垂直于AC边，AB边与CD边平行且相等，一束平行单色光垂直于AC边射向透镜。已知光在真空中的传播速度为c，光在该透镜中的传播速度为33c，求：
（1）该透镜的折射率n；
（2）圆弧BD上有光射出的区域对应圆心角的正弦值。
【答案】（1）3；（2）223
【详解】（1）根据折射率与光传播速度的关系
n=cv
得
n=3
（2）如图所示，恰好发生全反射时
sinC=1n
得
sinC=33，csC=63
则圆心角的正弦值
sin2C=2sinCcsC
得
sin2C=223
考向05 光的干涉、衍射及偏振现象
一、光的干涉
1．定义
在两列光波的叠加区域，某些区域的光被加强，出现亮纹，某些区域的光被减弱，出现暗纹，且加强和减弱互相间隔的现象叫做光的干涉现象．
决定条纹亮暗的条件
类比波的干涉可得，时出现亮条纹，，时出现暗条纹，如图所示，S1和S2是两个狭缝，S1S2=d，缝到屏的距离为l，l≫d，O是S1S2的中垂线与屏的交点，P点为屏上一点，光的波长为λ.
(1)出现亮条纹的条件：两个光源与屏上某点P的距离差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍，即
(2)出现暗条纹的条件：两个光源与屏上某点P的距离差正好是半波长的奇数倍，即
2．条件
两列光的频率相等，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉现象．
3．双缝干涉
由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是相同的相干光波，屏上某点到双缝的路程差是波长的整数倍处出现亮条纹；路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹．相邻的明条纹(或暗条纹)之间距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为Δx＝eq \f(l,d)λ.
4．薄膜干涉
利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后表面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度相同．
薄膜干涉的应用
①利用光的干涉检查平整度
如图甲所示，在被检查平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面与被检查平面之间形成一个劈形空气薄膜.用单色平行光从上面照射，空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉，空气层厚度相同的地方，两列波的路程差相同，两列波叠加时相互加强或相互削弱的情况也相同.如果被检测表面是平整的，干涉条纹就是一组平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检测表面某处凹下，即此处厚度与右面某处厚度相同，则本来靠右的厚度所对应的条纹提前出现(如图乙所示).若某处凸起，即此处厚度与左面某处厚度相同，则本来靠左的厚度所对应的条纹延后出现(如图丙所示).这里的“提前""延后”不是指时间，而是指由左向右的顺序位置
(1)用力压工件，导致空气层更薄，此前所对应的厚度右移，则条纹整体右移；同时相邻条纹对应的两个厚度之间的水平间距变大，则条纹间距变大
(2)垫厚薄片，空气层变厚，此前所对应的厚度左移，则条纹整体左移，相邻条纹对应的两个厚度之间的水平间距变小，则条纹间距变小.
(3)顶天立地走法：假想条纹是一个人保持头顶上表面，脚踩下表面走的路径(同一路径同一身高),则如图乙所示，人往薄处走，要保持顶天立地，说明该处凹陷；反之，往厚处走，要保持顶天立地，说明该处凸出.
②光学仪器上的增透膜、增反膜
(1)在增透膜的前、后表面反射的两列光波形成相干波，路程差为nλ+λ/2(n=0,1,2,3,…)时(厚度为路程差的一半),两光波相互削弱，反射光的能量几乎等于零.由于能量守恒，则透过增透膜的光的能量最强，起到了增透的作用.
(2)在增反膜的前、后表面反射的两列光波形成相干波，路程差为nλ(n=1,2,3,…)时，两列波叠加增强，反射光的能量最大，起到了增反的作用.
(1)增透膜和增反膜都是改变反射光的强弱.增透膜是削弱反射光，增反膜是增强反射光
(2)增透膜的光学镜头显淡紫色：入射光一般是白光，增透膜不可能使所有的单色光都干涉抵消.由于人眼对绿光最敏感，所以一般增透膜的厚度做到使绿光垂直入射时完全抵消，这时红光和紫光没有显著削弱，因为这两种色光混合，所以增透膜的光学镜头显淡紫色
二、光的衍射
1．光的衍射现象
光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射．
2．光发生明显衍射现象的条件
当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟光波波长相差不多时，光才能发生明显的衍射现象．
3．衍射图样
(1)单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同．白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光．
(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环．
(3)泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一．
三、光的偏振
1．偏振光：在跟光传播方向垂直的平面内，光振动在某一方向较强而在另一些方向较弱的光即为偏振光．
光的偏振现象证明光是横波(填“横波”或“纵波”)．
2．自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿各个方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光．
3．偏振光的产生
通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫做起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光，叫做检偏器．
【典例5】（多选）（2022·山东·统考高考真题）某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1，S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙，图丙所示图样。下列描述正确的是（ ）
A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
【答案】ACD
【详解】A．由图可知，图乙中间部分等间距条纹，所以图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；
B．狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；
C．根据条纹间距公式Δx=Ldλ可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。
故选ACD。
【针对练习9】（2023·山东潍坊·校考模拟预测）图甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其中A为标准平板，B为被检查其平面的物体，C为入射光，图乙和图丙分别为两次观察到的干涉条纹，下列说法正确的是（ ）
A．图示条纹是由A的下表面反射光和A的上表面反射光发生干涉形成的
B．当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹
C．若所观察的条纹是图乙，被检查表面上有洞状凹陷
D．若所观察的条纹是图丙，被检查表面上有沟状凹陷
【答案】D
【详解】A．根据薄膜干涉的产生条件可知，图示条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉形成的，而不是A的上表面反射光，故A错误；
B．空气层厚度相同的地方，两列光波的光程差相同，当A、B之间某处距离的两倍为入射光的半波长奇数倍时，根据叠加原理可知对应条纹是暗条纹，故B错误；
C．空气层干涉是等厚干涉，即同一条纹处空气膜的厚度相同；从图乙中弯曲的条纹可知，检查平面弯曲处的空气膜厚度与右面的空气膜厚度相同，弯曲处是凸的，故C错误；
D．由图丙可知，检查平面的条纹位置偏左，即左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，所以该条纹处是凹的，该条纹与其他的条纹平行，可知被检查表面上有沟状凹陷，故D正确；
故选D。
【针对练习10】（2023·广东梅州·统考三模）以下四幅图中，图甲为“共振曲线”，图乙为“双缝干涉”实验，图丙为“用干涉法检测工件表面平整度”实验，图丁为“研究光的偏振现象”实验，针对这四幅图，下列说法中正确的是（ ）

A．由图甲可知，驱动力频率越大，能量越大，受迫振动的振动幅度越大
B．图乙实验中，若只将光源由蓝色光改为绿色光，则两相邻亮条纹间距离Δx增大
C．图丙中，若将薄片向右移动，条纹间距将变小
D．图丁中，当M固定不动，将N从图示位置开始绕水平轴在竖直面内缓慢转动90∘的过程中，光屏P上光的亮度保持不变
【答案】BC
【详解】A．对于受迫振动，当驱动力频率等于振动系统固有频率时，振幅最大，故A错误；
B．图乙中，根据
Δx=ldλ
若只将光源由蓝色光改为绿色光，波长增大，则两相邻亮条纹间距离增大，故B正确；
C．图丙中，当将薄片向右移动时，同级的光程差的间距变小，则干涉条纹间距会变小，故C正确；
D．图丁中，当M固定不动，将N缓慢转动90∘的过程中，M、N的透振方向变为相互垂直，此时光屏P上光的亮度最暗，故D错误。
故选BC。
一、单选题
1．每年夏季，我国多地会出现如图甲所示日晕现象。日晕是当日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光。下列说法正确的是（ ）

A．a光的频率较大
B．通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻亮条纹间距大
C．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角小
D．在冰晶中，b光的传播速度比a光小
【答案】D
【详解】A．由图看出，太阳光射入六角形冰晶时，b光的偏折角大于a光的偏折角，则六角形冰晶对b光的折射率大于对a光的折射率，故b光的频率较大，故A错误；
B．由于a光的频率比b光小，则a光波长大于b光波长，根据Δx=Lλd可知，通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻亮条纹间距较小，故B错误；
C．根据sinC=1n，六角形冰晶对b光的折射率大于对a光的折射率，可知从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角较大，故C错误。
D．六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，根据v=cn可知在冰晶中，b光的传播速度比a光小，故D正确。
故选D。
2．如图甲所示，一个单摆做小角度摆动，该运动可看成简谐运动。从某次摆球到达右侧最大位移处开始计时，摆球相对平衡位置的位移x随时间t变化的图像如图乙所示，取重力加速度大小g=10m/s2，π2≈10。下列说法正确的是（ ）

A．单摆的摆长约为0.16m
B．单摆的位移x随时间t变化的关系式为x=4cs2.5πtcm
C．单摆的摆长约为1m
D．从t＝0.4s到t＝0.6s的过程中，摆球的加速度逐渐增大，速度逐渐减小
【答案】A
【详解】AC．由公式
T=2πLg=0.8s
解得
L＝0.16m
故A正确，C错误；
B．由振动图像读出周期T＝0.8s，振幅A＝2cm，又根据ω=2πT，则单摆的位移x随时间t变化的关系式为
x=Asin(ωt+φ)
代入数据得
x=2sin2.5πt+π2cm=2cs2.5πtcm
故B错误；
D．从t＝0.4s到t＝0.6s的过程中，摆球靠近平衡位置，则加速度逐渐减小，速度逐渐增大，故D错误。
故选A。
3．如图所示，波源S从平衡位置y=0开始振动，运动方向竖直向上（y轴的正方向），振动周期T=0.01s，产生的机械波向左、右两个方向传播，波速均为v=80m/s，经过一段时间后，P、Q、M三点开始振动，已知距离SP=1.4m、SQ=2.2m、SM=3.6m。若以M点开始振动的时刻作为计时的零点，则在下图所示的四幅振动图像中，能正确描述S、P、Q、M四点振动情况的是（ ）


A．甲为振源S点的振动图像B．乙为M点的振动图像
C．丙为P点的振动图像D．丁为Q点的振动图像
【答案】D
【详解】波从S点传到P点、Q点和M点所用的时间分别为
tP=SPv=1.480=0.0175s=1.75T
tQ=SQv=2.280=0.0275s=2.75T
tM=SMv=3.680=0.045s=4.5T
A．以M点开始振动的时刻作为计时的零点，此时振源S点已经振动了4.5T，S点处于平衡位置向y轴负方向振动，故甲不是振源S点的振动图像，故A错误；
B．以M点开始振动的时刻作为计时的零点，此时M点由平衡位置开始向y轴正方向振动，故乙不是M点的振动图像，故B错误；
C．以M点开始振动的时刻作为计时的零点，此时P点已经振动了2.75T，P点处于波谷位置，故丙不是P点的振动图像，故C错误；
D．以M点开始振动的时刻作为计时的零点，此时Q点已经振动了1.75T，Q点处于波谷位置，故丁为Q点的振动图像，故D正确。
故选D。
4．一水平弹簧振子做简谐运动的振动图像如图所示，已知该弹簧的劲度系数为20N/cm，则（ ）
A．在0~4s内振子做了1.75次全振动
B．在0~4s内振子通过的路程为4cm
C．图中A点对应的时刻振子的速度方向指向x轴的负方向
D．图中A点对应的时刻振子所受的回复力大小为5N，方向指向x轴的正方向
【答案】B
【详解】A．由图可知，周期为2s，所以0~4s内振子做了2次全振动，故A错误；
B．振子的周期为2s，所以在0~4s内振子振动了2个周期，走过的路程为8A，即4cm，故B正确；
C．根据振动图像可知质点A的速度方向指向x轴的正方向，故C错误；
D．质点A对应时刻振子的位移为0.25cm，所受的回复力大小为
F=kx=20×0.25N=5N
方向指向x轴负方向，故D错误。
故选B。
5．光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的。光导纤维由内、外两种材料制成，内芯材料的折射率为n1，外层材料的折射率为n2，如图所示。关于两折射率的关系，下列说法正确的是（ ）
A．n1=n2
B．n1>n2
C．弯曲的光导纤维不能导光
D．光导纤维能够传输图像，但不能传输声音
【答案】B
【详解】AB．光在内芯和外层的界面上发生全反射，则内芯的折射率n1大于外层的折射率n2，故A错误，B正确；
C．光在光纤中传播主要是依据全反射原理。光线垂直光线端面射入，并与光纤轴心线重合时，光线沿轴心线向前传播；若弯曲度过大，就会造成部分光无法正常通过，其他光线还是可以正常通过，故C错误；
D．光导纤维可以传输声音、图像和文字等信息，故D错误。
故选B。
6．对如图所示的图样、示意图或实验装置图，下列判断正确的是（ ）
A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”
B．乙图是利用薄膜干涉来检测玻璃板的平整程度，它是光在被检测厚玻璃板的上下表面反射后叠加的结果
C．丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是半波长的奇数倍，则P处是暗纹
D．图丁中的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动，绕水平转轴在竖直面内转动N顺时针90°后，P上的光亮度不变
【答案】C
【详解】A．甲图是小孔衍射的图样，“泊松亮斑”是圆板衍射，故A错误；
B．入射光经空气膜上表面反射后得到第一束光，折射光经空气膜下表面反射，又经上表面折射后得到第二束光，并不是被检测玻璃板的上下表面反射后的光，故B错误；
C．丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是半波长的奇数倍，则P处是暗纹，故C正确；
D．当M固定不动，缓慢转动N时，从图示位置开始转动90°的过程时，则M、N的振动方向垂直，此时光屏P上的光亮度最暗，故D错误。
故选C。
7．甲乙两同学在实验室做薄膜干涉实验。甲将有肥皂膜铁丝圈竖直放置，形成如图甲所示的肥皂膜侧视图，用黄色光从左侧照射薄膜，会观察到明暗相间的干涉条纹。乙用平行单色光垂直照射透明薄膜，观察到如图乙所示明暗相间的干涉条纹。关于甲乙两实验下列说法正确的是（ ）
A．甲应该从薄膜右侧观察干涉图样
B．任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差相同
C．乙实验中薄膜层厚度的变化率不随坐标x变化而变化
D．乙实验中薄膜层厚度的变化率随坐标x增大而逐渐增大
【答案】B
【详解】A．薄膜干涉是薄膜前、后两个面的反射光叠加产生的，故甲应该从薄膜左侧观察干涉图样，故A错误；
B．任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差是黄色光波长的一半，故B正确；
CD．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
Δx=2d
即光程差为薄膜厚度的2倍，当光程差
Δx=nλ(n=1,2,3,…)
时，表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为λ2，在乙图中相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离变大，可知薄膜厚度变化λ2所用的距离逐渐变大，即乙实验中薄膜层厚度的变化率随坐标x增大而逐渐减小，故CD错误。
故选B。
8．如图所示为某物体沿一直线做简谐运动的v-t图像，则下列说法中正确的是（ ）
A．0∼T4和T4∼T2，合外力做功不相同、合外力的冲量相同
B．T4∼T2和T2∼3T4，合外力做功不相同、合外力的冲量相同
C．0∼T4和3T4∼T，合外力做功相同、合外力的冲量也相同
D．0∼T2和T2∼T，合外力做功相同、合外力的冲量不相同
【答案】B
【详解】A．设最大速度大小为v0，则0∼T4内动能的变化量为12mv02，动量变化量为mv0，T4∼T2内动能变化量为-12mv02，动量变化量为-mv0，根据动能定理可知这两段时间内合力做功不相同，根据动量定理知合力的冲量不相同，故A错误；
B．T2∼3T4内动能变化量为
12mv02-0=12mv02
动量变化量为-mv0，结合上述和T4∼T2相比，合外力做功不相同、合外力的冲量相同，故B正确；
C．3T4∼T内动能变化量为
0-12mv02=-12mv02
动量变化量为
0--mv0=mv0
结合上述和0∼T4相比，合外力做功不相同、合外力的冲量相同，故C错误；
D．结合上述可知0∼T2和T2∼T内动能变化量均为0，动量变化量均为0，根据动能定理和动量定理得知合力的功和冲量都相同，故D错误。
故选B。
9．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示。 将单色红光从上方射入，俯视可以看到图乙的条纹，利用此装置可以检查工件的平整度，下列说法中正确的是（ ）

A．图乙中条纹弯曲处表明被检查的平面在此处是凹的
B．若用单色紫光从上方射入，条纹变疏
C．若装置中抽去一张纸片，条纹变密
D．若装置中抽去一张纸片，条纹向左移动
【答案】A
【详解】A．图乙中条纹弯曲处表明左侧空气膜厚度与右侧一致，说明此处是凹的，故A正确；
B．从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为
Δx=2d
即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差为
Δx=2d=nλ
则此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差12λ，若把红光换成紫光，波长变短，相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变小，干涉条纹条纹间距变小，条纹变密，故B错误；
CD．抽去一张纸片后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大，干涉条纹条纹间距变大，条纹变疏，条纹向右移动，故CD错误。
故选A。
10．如图所示，一束复色光以45°的入射角照射到底面有涂层的平行玻璃砖上表面，经下表面反射后从玻璃砖上表面折射出两条平行光线a、b，关于a、b两束单色光，下列说法正确的是（ ）
A．a光的频率较小
B．a光在玻璃砖中的速度比b光快
C．b光在玻璃砖中的波长比a光短
D．b光先从玻璃砖上表面射出
【答案】D
【详解】根据题意，由折射定律和反射定律做出完整的光路图，如图所示
A．由折射定律可知，两束单色光的折射率分别为
na=sin45°sinθ，nb=sin45°sinα
由图可知
α>θ
则有
na>nb
即玻璃砖对a光的折射率比b光的折射率大，由于折射率越大，光的频率越大，则a光的频率较大，故A错误；
B．根据
n=cv
可得
v=cn
可知，折射率越大，光在介质中传播的速度越小，即a光在玻璃砖中的速度比b光慢，故B错误；
C．根据
v=λf
可得
λ=vf
由于a光的速度慢，频率大，则a光的波长短，故C错误；
D．设玻璃砖的厚度为d、光线进入玻璃砖后的折射角为β，则光在玻璃砖中传播的速度为
v=cn=csinβsin45°=csinβ
传播距离为
L=2×dcsβ=2dcsβ
则传播时间为
t=Lv=2dcsinβcsβ=4dcsin2β
根据上述光路图可知
0