高考物理专题复习振动与波光电磁波相对论.docx

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高考物理专题复习振动与波光电磁波相对论

2020年高考物理专题复习：

振动与波、光、电磁波、相对论

*振动与波、光、电磁波、相对论*

1、（2019·湖北荆州中学月考）

（多选）质点沿y轴做简谐运动的振动图象如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．该质点的振动周期为0.4s

B．t＝0.04s时，该质点沿y轴负方向运动

C．在一个周期内，该质点的位移为0.4m

D．t＝0.2s时，该质点受到的回复力等于0

E．在0.3～0.5s内，该质点的速度先增大后减小

2、（2019·福建百校联考）

（多选）如图所示，两根完全相同的轻质弹簧和一根绷紧的轻质细线将甲、乙两物块束缚在光滑水平面上。

已知物块甲的质量是物块乙质量的4倍，弹簧振子做简谐运动的周期T＝2π

，式中m为振子的质量，k为弹簧的劲度系数。

当细线突然断开后，两物块都开始做简谐运动，在运动过程中，下列说法正确的是（　　）

A．物块甲的振幅是物块乙振幅的4倍

B．物块甲的振幅等于物块乙的振幅

C．物块甲的最大速度是物块乙最大速度的

D．物块甲的振动周期是物块乙振动周期的2倍

E．物块甲的振动频率是物块乙振动频率的2倍

3、（2019·兰州市联考）

（多选）一列沿着x轴正方向传播的横波，在t＝0时刻的波形如图甲所示，图甲中某质点的振动图象如图乙所示。

下列说法正确的是（　　）

甲　　　　　　　　　乙

A．图乙表示质点L的振动图象

B．该波的波速为0.5m/s

C．t＝8s时质点M的位移为零

D．在4s内质点K所经过的路程为3.2m

E．质点L经过1s沿x轴正方向移动0.5m

4、（2019·四川广元二诊）

（多选）体育课上甲同学一脚把足球踢到了足球场旁边的池塘中间。

乙提出用石头激起水波让水浪把足球推到池边，他抛出一石块到水池中激起了一列水波，可是结果足球并没有被推到池边。

大家一筹莫展，恰好物理老师来了，大家进行了关于波的讨论。

物理老师把两片小树叶放在水面上，大家观察发现两片小树叶在做上下振动，当一片树叶在波峰时恰好另一片树叶在波谷，两树叶在1min内都上下振动了36次，两树叶之间有2个波峰，他们测出两树叶间水面距离是4m。

则下列说法正确的是（　　）

A．该列水波的频率是36Hz

B．该列水波的波长是1.6m

C．该列水波的波速是0.96m/s

D．两片树叶的位移始终等大反向

E．足球不能到岸边的原因是水波的振幅太小

5、（2019·武汉模拟）

（多选）如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABM的单色光从空气射向E点，并偏折到F点。

已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BM的中点，则（　　）

A．该三棱镜对该单色光的折射率为

B．光在F点发生全反射

C．光从空气进入棱镜，波长变短

D．从F点出射的光束与入射到E点的光束可能平行

E．从F点出射的光束与入射到E点的光束偏向角为60°

6、（多选）如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带。

下列说法中正确的是（　　）

A．a侧是红光，b侧是紫光

B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长

C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率

D．在三棱镜中a侧光的速率比b侧光小

E．在三棱镜中a、b两侧光的速率相同

7、（多选）光的偏振现象说明光是横波。

下列现象中能反映光的偏振特性的是（　　）

A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化

B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光

C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰

D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹

E．阳光在水面的反射光是自然光

8、（多选）如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（　　）

甲　　　　　　　乙

A．干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

B．干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的

D．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的

E．若使用半径小一些的凸薄透镜，则干涉条纹的间距要变大

9、（2019·河南百校联考）

如图甲所示是一个摆线长度可调的单摆振动的情景图，O是它的平衡位置，P、Q是小球所能到达的最高位置。

小球的质量m＝0.4kg，图乙是摆线长为L时小球的振动图象，g取10m/s2。

（1）为测量单摆的摆动周期，测量时间应从摆球经过________（选填“O”“P”或“Q”）时开始计时；测出悬点到小球球心的距离（摆长）L及单摆完成n次全振动所用的时间t，则重力加速度g＝________（用L，n，t表示）。

甲　　　　　　　　　乙　　

（2）由图乙写出单摆做简谐运动的表达式，并判断小球在什么位置时加速度最大？

最大加速度为多少？

10、如图（a）所示，在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1（0,4）和S2（0，－2）。

两波源的振动图线分别如图（b）和图（c）所示。

两列波的波速均为1.00m/s。

两列波从波源传播到点A（8，－2）的路程差为________m，两列波引起的点B（4,1）处质点的振动相互________（选填“加强”或“减弱”），点C（0,0.5）处质点的振动相互________（选填“加强”或“减弱”）。

（a）

（b）　　　　　　　（c）

11、（2019·安庆二模）

在阳光的照射下，充满雾气的瀑布上方常会出现美丽的彩虹，彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、内反射、再折射后形成的，其光线传播路径如图所示，图中的圆面代表水珠过球心的截面，太阳光平行截面射入球形水珠后，最后出射光线a、b分别代表两种不同颜色的光线，则水珠对a、b两束光折射率的大小关系是na________nb；a、b两种光在水珠内传播速度大小关系是va________vb。

（均填“>”或“<”）

12、

（1）如图所示，甲图为沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波动图象，乙图为参与波动质点P的振动图象，则下列判断正确的是________（填正确答案序号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．该波的传播速率为4m/s

B．该波的传播方向沿x轴正方向

C．经过0.5s，质点P沿波的传播方向向前传播2m

D．该波在传播过程中若遇到4m的障碍物，能发生明显衍射现象

E．经过0.5s时间，质点P的位移为零，路程为0.4m

（2）如图，一个三棱镜的截面为等腰直角形ABC，∠A为直角，直角边长为L.一细束光线沿此截面所在平面且平行于BC边的方向射到AB边上的某点M，光进入棱镜后直接射到BC边上．已知棱镜材料的折射率为

，光在真空中速度为c.

①作出完整的光路图（含出射光线，并在图上标出角度大小）

②计算光从进入棱镜，到第一次射出棱镜所需的时间.

参考答案

*振动与波、光、电磁波、相对论*

1、（2019·湖北荆州中学月考）

（多选）质点沿y轴做简谐运动的振动图象如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．该质点的振动周期为0.4s

B．t＝0.04s时，该质点沿y轴负方向运动

C．在一个周期内，该质点的位移为0.4m

D．t＝0.2s时，该质点受到的回复力等于0

E．在0.3～0.5s内，该质点的速度先增大后减小

【答案】ADE　[由振动图象可知，该质点的振动周期为0.4s，故A正确；由图象可知，在0～0.1s时间内，该质点沿y轴正方向运动，故B错误；质点振动一个周期后回到初始位置，则质点的位移为0，故C错误；在t＝0.2s时，由图象可知，此时该质点在平衡位置，此时受到的回复力等于0，故D正确；在0.3～0.5s内，该质点由最低点到平衡位置再到最高点，其速度先增大后减小，故E正确。

]

2、（2019·福建百校联考）

（多选）如图所示，两根完全相同的轻质弹簧和一根绷紧的轻质细线将甲、乙两物块束缚在光滑水平面上。

已知物块甲的质量是物块乙质量的4倍，弹簧振子做简谐运动的周期T＝2π

，式中m为振子的质量，k为弹簧的劲度系数。

当细线突然断开后，两物块都开始做简谐运动，在运动过程中，下列说法正确的是（　　）

A．物块甲的振幅是物块乙振幅的4倍

B．物块甲的振幅等于物块乙的振幅

C．物块甲的最大速度是物块乙最大速度的

D．物块甲的振动周期是物块乙振动周期的2倍

E．物块甲的振动频率是物块乙振动频率的2倍

【答案】BCD　[线未断开前，两根弹簧伸长的长度相同，故线断开后两物块离开平衡位置的最大距离相同，即振幅相同，故A错误，B正确；当线断开的瞬间，弹簧的弹性势能相同，到达平衡位置时，甲、乙的最大动能相同，由于甲的质量大于乙的质量，由Ek＝

mv2知道，甲的最大速度是乙的最大速度的

，故C正确；根据T＝2π

可知，甲的振动周期是乙的振动周期的2倍，根据f＝

可知，甲的振动频率是乙的振动频率的

，故D正确，E错误。

]

3、（2019·兰州市联考）

（多选）一列沿着x轴正方向传播的横波，在t＝0时刻的波形如图甲所示，图甲中某质点的振动图象如图乙所示。

下列说法正确的是（　　）

甲　　　　　　　　　乙

A．图乙表示质点L的振动图象

B．该波的波速为0.5m/s

C．t＝8s时质点M的位移为零

D．在4s内质点K所经过的路程为3.2m

E．质点L经过1s沿x轴正方向移动0.5m

【答案】ABD　[由题图甲及波沿x轴正方向传播可知，t＝0时刻质点L经过平衡位置向上振动，故A正确；由题图甲读出波长λ＝2m，由题图乙读出周期T＝4s，则该波的波速v＝

＝

m/s＝0.5m/s，故B正确；t＝8s＝2T，所以t＝8s时质点M的位移与开始时的位移相同，为负的最大值，故C错误；由于T＝4s，所以在4s内K质点所经过的路程为4倍的振幅，为3.2m，故D正确；横波中，各质点振动的方向与波的传播方向垂直，所以不可能沿x轴方向运动，故E错误。

]

4、（2019·四川广元二诊）

（多选）体育课上甲同学一脚把足球踢到了足球场旁边的池塘中间。

乙提出用石头激起水波让水浪把足球推到池边，他抛出一石块到水池中激起了一列水波，可是结果足球并没有被推到池边。

大家一筹莫展，恰好物理老师来了，大家进行了关于波的讨论。

物理老师把两片小树叶放在水面上，大家观察发现两片小树叶在做上下振动，当一片树叶在波峰时恰好另一片树叶在波谷，两树叶在1min内都上下振动了36次，两树叶之间有2个波峰，他们测出两树叶间水面距离是4m。

则下列说法正确的是（　　）

A．该列水波的频率是36Hz

B．该列水波的波长是1.6m

C．该列水波的波速是0.96m/s

D．两片树叶的位移始终等大反向

E．足球不能到岸边的原因是水波的振幅太小

【答案】BCD　[两树叶在1min内都上下振动了36次，则树叶振动的周期T＝

s＝

s，树叶振动的频率f＝

＝0.6Hz，则水波的频率为0.6Hz，故A错误；两树叶之间有2个波峰，当一片树叶在波峰时恰好另一片树叶在波谷，两树叶间水面距离是4m，所以

λ＝4m，解得该列水波的波长为λ＝1.6m，故B正确；据v＝λf可得，水波的波速v＝1.6×0.6m/s＝0.96m/s，故C正确；一片树叶在波峰时恰好另一片树叶在波谷，两者平衡位置间的距离是半波长的奇数倍，两片树叶的位移始终等大反向，故D正确；水波传播时，各质点在自身的平衡位置附近上下振动，并不随波迁移，所以足球不能到岸边，故E错误。

]

5、（2019·武汉模拟）

（多选）如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABM的单色光从空气射向E点，并偏折到F点。

已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BM的中点，则（　　）

A．该三棱镜对该单色光的折射率为

B．光在F点发生全反射

C．光从空气进入棱镜，波长变短

D．从F点出射的光束与入射到E点的光束可能平行

E．从F点出射的光束与入射到E点的光束偏向角为60°

【答案】ACE　[在E点作出法线可知入射角为i＝60°，折射角为r＝30°，由折射定律可知折射率n＝

＝

，A正确；由sinC＝

可知全反射的临界角大于30°，由光路可知，在边BM上的入射角等于30°，小于全反射的临界角，故不会发生全反射，B错误；根据公式n＝

＝

＝

，得λ介＝

，可知光从空气进入棱镜，波长变短，C正确；三棱镜两次折射使得光线都向AM边偏折，不会与入射到E点的光束平行，D错误；从F点出射的光束与入射到E点的光束偏向角为2（i－r）＝60°，E正确。

]

6、（多选）如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带。

下列说法中正确的是（　　）

A．a侧是红光，b侧是紫光

B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长

C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率

D．在三棱镜中a侧光的速率比b侧光小

E．在三棱镜中a、b两侧光的速率相同

【答案】BCD　[由题图可以看出，a侧光偏折得较厉害，三棱镜对a侧光的折射率较大，所以a侧光是紫光，波长较短，b侧光是红光，波长较长，A错误，B、C正确；又v＝

，所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率，D正确，E错误。

]

7、（多选）光的偏振现象说明光是横波。

下列现象中能反映光的偏振特性的是（　　）

A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化

B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光

C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰

D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹

E．阳光在水面的反射光是自然光

【答案】ABC　[在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项A、B反映了光的偏振特性；选项C是偏振现象的应用；选项D是光的衍射现象，D项错误；阳光在水面的反射光是偏振光，故选项E错误。

]

8、（多选）如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（　　）

甲　　　　　　　乙

A．干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

B．干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的

D．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的

E．若使用半径小一些的凸薄透镜，则干涉条纹的间距要变大

【答案】ACE　[由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故A正确，B错误；由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化的，形成不等间距的干涉条纹，故C正确，D错误；若使用半径小一些的凸薄透镜，则空气薄膜上的厚度变化更快，则形成的干涉条纹的间距要变大，故E正确。

]

9、（2019·河南百校联考）

如图甲所示是一个摆线长度可调的单摆振动的情景图，O是它的平衡位置，P、Q是小球所能到达的最高位置。

小球的质量m＝0.4kg，图乙是摆线长为L时小球的振动图象，g取10m/s2。

（1）为测量单摆的摆动周期，测量时间应从摆球经过________（选填“O”“P”或“Q”）时开始计时；测出悬点到小球球心的距离（摆长）L及单摆完成n次全振动所用的时间t，则重力加速度g＝________（用L，n，t表示）。

甲　　　　　　　　　乙　　

（2）由图乙写出单摆做简谐运动的表达式，并判断小球在什么位置时加速度最大？

最大加速度为多少？

[解析]　

（1）因摆球经过最低点的速度大，容易观察和计时，所以测量时间应从摆球经过最低点O开始计时。

单摆周期T＝

，再根据单摆周期公式T＝2π

，可解得g＝

。

（2）由图乙可知单摆的振幅A＝5cm，ω＝

＝

rad/s＝πrad/s，所以单摆做简谐运动的表达式为x＝5sinπt（cm）。

小球在最大位移处的加速度最大，由图乙可看出此摆的周期是2s，根据T＝2π

，可求得摆长为L＝1m，加速度最大值am＝

＝

＝

m/s2＝0.5m/s2。

[答案]　

（1）O　

（2）x＝5sinπt（cm）　小球在最大位移处的加速度最大，为0.5m/s2

10、如图（a）所示，在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1（0,4）和S2（0，－2）。

两波源的振动图线分别如图（b）和图（c）所示。

两列波的波速均为1.00m/s。

两列波从波源传播到点A（8，－2）的路程差为________m，两列波引起的点B（4,1）处质点的振动相互________（选填“加强”或“减弱”），点C（0,0.5）处质点的振动相互________（选填“加强”或“减弱”）。

（a）

（b）　　　　　　　（c）

[解析]　波长λ＝vT＝2m，两列波的波长相等。

两波源到A点的路程差Δx＝

m－8m＝2m。

两波源到B点的路程差Δx′＝

m－

m＝0，初相相差π，B点为振动减弱点。

两波源到C点的路程差Δx″＝3.5m－2.5m＝1m＝

，初相相差π，C点为振动加强点。

[答案]　2　减弱　加强

11、（2019·安庆二模）

在阳光的照射下，充满雾气的瀑布上方常会出现美丽的彩虹，彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、内反射、再折射后形成的，其光线传播路径如图所示，图中的圆面代表水珠过球心的截面，太阳光平行截面射入球形水珠后，最后出射光线a、b分别代表两种不同颜色的光线，则水珠对a、b两束光折射率的大小关系是na________nb；a、b两种光在水珠内传播速度大小关系是va________vb。

（均填“>”或“<”）

[解析]　由题图可知当复色光a、b沿同一方向射入水珠时会发生色散现象，光线a偏折较大，故na>nb；根据n＝

可知a光折射率较大，其速度较小，故va

[答案]　>　<

12、

（1）如图所示，甲图为沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波动图象，乙图为参与波动质点P的振动图象，则下列判断正确的是________（填正确答案序号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．该波的传播速率为4m/s

B．该波的传播方向沿x轴正方向

C．经过0.5s，质点P沿波的传播方向向前传播2m

D．该波在传播过程中若遇到4m的障碍物，能发生明显衍射现象

E．经过0.5s时间，质点P的位移为零，路程为0.4m

（2）如图，一个三棱镜的截面为等腰直角形ABC，∠A为直角，直角边长为L.一细束光线沿此截面所在平面且平行于BC边的方向射到AB边上的某点M，光进入棱镜后直接射到BC边上．已知棱镜材料的折射率为

，光在真空中速度为c.

①作出完整的光路图（含出射光线，并在图上标出角度大小）

②计算光从进入棱镜，到第一次射出棱镜所需的时间.

【答案】

（1）ADE　

（2）①见解析　②

【解析】

（1）根据图甲可知，波长λ＝4m，根据图乙可知，周期T＝1s．波速v＝

＝4m/s，A选项正确；质点P在t＝0时刻，沿y轴负方向振动，根据波动规律可知，该波的传播方向沿x轴负方向，B选项错误；质点只在自己的平衡位置附近上下振动，并不随波在波的传播方向向前传播，C选项错误；发生明显衍射的条件是障碍物的尺寸与波长相差不多或比波长短，波长为4m，该波在传播过程中若遇到4m的障碍物，能发生明显的衍射现象，D选项正确；0.5s＝

，质点P返回平衡位置，0.5s内位移为零，路程为0.4m，E选项正确．

（2）①作出光路图，

②作出三角形ABC关于BC边对称图形，如图所示：

可知光线在棱镜中的传播路径长度等于MN的距离，即：

s＝

L.

速率v＝

＝

c.

传播时间：

t＝

＝

.