高考物理选修3-4专练

（7）物理光学—【选修3-4】2022届高考物理二轮复习选修 1.某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图1所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图2所示。

他改变的实验条件可能是( )。

A.减小光源到单缝的距离B.减小双缝之间的距离C.减小双缝到光屏之间的距离D.换用频率更高的单色光源2.下列说法正确的是( )。

A.在双缝干涉实验中，保持入射光的频率不变，增大双缝间的距离，干涉条纹间距也增大B.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上滤光片，可以使景象更清晰，这是利用了光的干涉原理C.我们发现竖直向上高速运动的球体，在水平方向上长度变短了D.用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，这是利用紫外线的荧光效应3.双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S 后，投射到具有双缝的挡板上，双缝1S 和2S 与单缝S 的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹.屏上O 点距双缝1S 和2S 的距离相等，P 点处出现距O 点最近的第一条亮条纹，如果将入射的绿光换成红光或蓝光，已知红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光波长，则下列说法正确的是( )A.O 点出现红光的暗条纹B.O 点上方距O 点最近的红光的第一条亮条纹在P 点的上方C.O 点不出现蓝光的亮条纹D.O 点上方距O 点最近的蓝光的第一条亮条纹在P 点的上方4.在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如下四幅图样，关于光屏前传播方向上放置的装置，以下说法正确的是( )A.甲是单缝、乙是双缝B.乙是双缝、丙是小圆孔C.丙是小圆孔、丁是小圆板D.丁是小圆孔、甲是双缝5.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.在冰晶中，b光的传播速度比a光小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.a光的频率较大6.关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是( )甲：单色光通过劈尖产生明暗条纹乙：单色光通过牛顿环产生明暗条纹丙：单色光通过双缝产生明暗条纹丁：单色光通过单缝产生明暗条纹A.四个实验产生的条纹均为干涉条纹B.甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹C.丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大D.丁实验中，产生的明暗条纹为光的衍射条纹7.下列所示的图片、示意图大都来源于课本，关于这些图的判断，下列说法正确的是( )。

二、选修3-4考情分析年份2013年2014年2015年2016年2017年考题分析第(1)题卷Ι：振动与波动的判断;卷Ⅱ:简谐运动周期和振幅卷Ι：横波图像、振动图像;卷Ⅱ:横波图像、振动图像卷Ι：红绿光的比较、光的干涉、干涉公式的应用;卷Ⅱ:半球形玻璃砖、光的折射,光的干涉卷Ι：水面波的传播;卷Ⅱ:电磁波;卷Ⅲ:机械波的传播卷Ι：机械波的传播和叠加;卷Ⅱ:双缝干涉实验的综合考查;卷Ⅲ:机械波第(2)题卷Ι：光导纤维(2问);卷Ⅱ:三棱镜、全反射(2问)卷Ι：半球形玻璃砖全反射(2问);卷Ⅱ:“方形”玻璃砖全反射(1问)卷Ι：机械波波长、波速和时间的关系、波的叠加、干涉现象(2问);卷Ⅱ:波的传播、波速、波长和频率、路程(2问)卷Ι：光的全反射(“视深”)(2问);卷Ⅱ:简谐横波在介质中的传播计算(2问);卷Ⅲ:光的折射(1问)卷Ι：光的反射和折射(1问);卷Ⅱ:几何光学,光的反射、折射、折射率(1问);卷Ⅲ:几何光学,光的反射、折射、折射率(2问)命题解读在考纲中,选修3-4共18个考点,其中有3个Ⅱ要求,结合上表可见,高考对3-4部分的考查还是比较稳定的,基本围绕Ⅱ要求命题。

复习时还要引起关注的是高考的非常态命题,突然的变化在难度系数的突降中显现。

另外,复习时不要忘记选修3-4中还有3个实验,而且近年未考。

增分专练1.(1)如图所示为某时刻的两列简谐横波在同一介质中沿相同方向传播的波形图,此时a波上某质点P的运动方向如图所示,则下列说法正确的是()A.两列波具有相同的波速B.此时b波上的质点Q正向上运动。

江苏省高三高考物理一轮复习精选精练跟踪练习模块综合检测（选修3-4）(时间60分钟，满分100分)1．(8分) (1)机械波和电磁波都能传递能量，其中电磁波的能量随波的频率的增大而________；波的传播及其速度与介质有一定的关系，在真空中机械波是________传播的，电磁波是________传播的(填“能”、“不能”或“不确定”)；在从空气进入水的过程中，机械波的传播速度将________，电磁波的传播速度将________．(填“增大”、“减小”或“不变”)(2)如图1所示复合光经过半圆形玻璃后分成a、b两束光，比较a、b两束光在玻璃砖中的传播速度v a________v b；入射光线由AO转到BO，出射光线中________最先消失；若在该光消失时测得AO与BO间的夹角为α，则玻璃对该光的折射率为________．解析：(1)电磁波的能量随波的频率的增大而增大；电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，而机械波不能在真空中传播；从空气进入水的过程中，机械波的传播速度增大，而电磁波的传播速度减小．(2)由折射率n＝sinθ1sinθ2n a＞n b，又n＝cv故v a＜n b；根据sin C＝1n可知，a光的临界角较小，当入射光线由AO转到BO时，出射光线中a最先消失．玻璃对a光的折射率n＝1sin(90°－α)＝1cosα.答案：(1)增大不能能增大减小(2)＜a1 cosα2．(8分)麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波．一单色光波在折射率为1.5的介质中传播，某时刻电场横波图象如图2所示，求该光波的频率．解析：设光在介质中的传播速度为v ，波长为λ，频率为f ，则f ＝v λ，v ＝c n ，联立得f ＝c n λ从波形图上读出波长λ＝4×10－7m ， 代入数据解得f ＝5×1014Hz. 答案：5×1014 Hz3．(8分)(1)如图3所示是双缝干涉实验装置的示意图，S 为单缝，S 1、S 2为双缝，P 为光屏．用绿光从左边照射单缝S 时，可在光屏P 上观察到干涉条纹．则：①减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离将________； ②增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离将________；③将绿光换为红光，干涉条纹间的距离将________．(填“增大”、“不变”或“减小”) (2)如图4甲所示，横波1沿BP 方向传播，B 质点的振动图象如图乙所示；横波2沿CP 方向传播，C 质点的振动图象如图丙所示．两列波的波速都为20 cm/s.P 质点与B 质点相距40 cm ，P 质点与C 质点相距50 cm ，两列波在P 质点相遇，则P 质点振幅为( )A ．70 cmB ．50 cmC ．35 cmD ．10 cm 解析：(1)由Δx ＝l λd可知，当d 减小，Δx 将增大；当l 增大时，Δx 增大；当把绿光换为红光时，λ增长，Δx 增大．(2)波1和2的周期均为1 s ，它们的波长为：λ1＝λ2＝vT ＝20 cm.由于BP ＝2λ，CP ＝2.5λ.t ＝0时刻B 质点的位移为0且向上振动，经过2.5T 波1传播到P 质点并引起P 质点振动12T ，此时其位移为0且振动方向向下；t ＝0时刻C 质点的位移为0且向下振动，经过2.5T 波2刚好传到P 质点，P 质点的位移为0且振动方向也向下；所以两列波在P 质点引起的振动是加强的，P 质点振幅为两列波分别引起的振幅之和，为70 cm ，A 正确．答案：(1)①增大 ②增大 ③增大 (2)A4．(8分)如图5所示是一个透明圆柱的横截面，其半径为R ，折射率是3，AB 是一条直径．今有一束平行光沿AB 方向射向圆柱体．若一条入射光线经折射后恰经过B 点，则这条入射光线到AB 的距离是多少？解析：设光线P 经折射后经过B 点，光路如图所示．根据折射定律n ＝sin αsin β＝ 3 在△OBC 中，sin βR ＝sin α2R ·cos β可得β＝30°，α＝60°， 所以CD ＝R sin α＝32R . 答案：32R 5．(8分)某实验室中悬挂着一弹簧振子和一单摆，弹簧振子的弹簧和小球(球中间有孔)都套在固定的光滑竖直杆上．某次有感地震中观察到静止的振子开始振动4.0 s 后，单摆才开始摆动．此次地震中同一震源产生的地震纵波和横波的波长分别为10 km 和5.0 km ，频率为1.0 Hz.假设该实验室恰好位于震源的正上方，求震源离实验室的距离． 解析：设地震纵波和横波的传播速度分别为v P 和v S ，则v P ＝f λP① v S ＝f λS②式中，f 为地震波的频率，λP 和λS 分别表示地震纵波和横波的波长．设震源离实验室的距离为x ，纵波从震源传播到实验室所需时间为t ，则x ＝v P t ③x ＝v S (t ＋Δt ) ④式中，Δt 为摆B 开始摆动的时刻与振子A 开始振动的时刻之间的时间间隔．由①②③④式得：x ＝f Δt1λS －1λP代入数据得x ＝40 km. 答案：40 km6．(8分)机械横波某时刻的波形图如图6所示，波沿x轴正方向传播，质点p 的坐标x ＝0.32 m ．从此时刻开始计时．(1)若每间隔最小时间0.4 s 重复出现波形图，求波速．(2)若p 点经0.4 s 第一次达到正向最大位移，求波速．(3)若p 点经0.4 s 到达平衡位置，求波速．解析：(1)依题意，周期T ＝0.4 s ，波速v ＝λT ＝0.80.4 m/s＝2 m/s.(2)波沿x 轴正方向传播，Δx ＝0.32 m －0.2 m ＝0.12 m ．p 点恰好第一次达到正向最大位移．波速v ＝Δx Δt ＝0.120.4m/s ＝0.3 m/s. (3)波沿x 轴正方向传播，若p 点恰好第一次到达平衡位置则Δx ＝0.32 m ，由周期性可知波传播的可能距离Δx ＝(0.32＋λ2n )m(n ＝0,1,2,3，…) 可能波速v ＝Δx Δt＝0.32＋0.82n 0.4m/s ＝(0.8＋n ) m/s(n ＝0,1,2,3，…)．答案：(1)2 m/s (2)0.3 m/s (3)(0.8＋n ) m/s(n ＝0,1,2,3，…)7．(7分) (1)在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图7甲、乙所示．测量方法正确的是________(选填“甲”或“乙”)．(2)实验时，若摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻，如图8甲所示．光敏电阻与某一自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化图线如图乙所示，则该单摆的振动周期为________．若保持悬点到小球顶点的绳长不变，改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验，则该单摆的周期将________(填“变大”、“不变”或“变小”)，图乙中的Δt将________(填“变大”、“不变”或“变小”)．解析：(1)小球应放在测脚下部位置，图乙正确．(2)小球摆动到最低点时，挡光使得光敏电阻阻值增大，从t1时刻开始，再经两次挡光完成一个周期，故T＝2t0；摆长为摆线加小球半径，若小球直径变大，则摆长增加，由周期公式T＝2πlg可知，周期变大；当小球直径变大时，挡光时间增加，即Δt变大.答案：(1)乙(2)2t0变大变大8．(8分)20世纪80年代初，科学家发明了硅太阳能电池．如果在太空设立太阳能卫星电站，可24 h发电，且不受昼夜气候的影响．利用微波——电能转换装置，将电能转换成微波向地面发送，太阳能卫星电站的最佳位置在离地1100 km的赤道上空，此时微波定向性最好．飞机通过微波区不会发生意外，但微波对飞鸟是致命的．可在地面站附近装上保护网或驱逐音响，不让飞鸟通过．(地球半径R＝6400 km)(1)太阳能电池将实现哪种转换________．A．光能—微波 B．光能—热能C．光能—电能 D．电能—微波(2)微波是________．A．超声波 B．次声波C．电磁波 D．机械波(3)飞机外壳对微波的哪种作用，使飞机安全无恙________．A．反射 B．吸收 C．干涉 D．衍射(4)微波对飞鸟是致命的，这是因为微波的________．A．电离作用 B．穿透作用C．生物电作用 D．热效应解析：(1)太阳能电池实现光能与电能的转换，C对，A、B、D错．(2)微波是某一频率的电磁波，C对，A、B、D错．(3)飞机外壳可以反射微波，使飞机安全，A对，B、C、D错．(4)微波是频率很高的电磁波，在生物体内可引起热效应，由于太阳能卫星电站的功率很大，产生的热量足以将鸟热死．答案：(1)C (2)C (3)A (4)D9．(9分) (1)下列说法中正确的是________．A．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由光的衍射造成的B．根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的电场周围一定可以产生变化的磁场C．狭义相对论认为：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的D．在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中，测量单摆周期应该从小球经过最大位移处开始计时，以减小实验误差(2)如图9所示，一个半径为R 的14透明球体放置在水平面上，一束蓝光从A 点沿水平方向射入球体后经B 点射出，最后射到水平面上的C 点．已知OA ＝R2，该球体对蓝光的折射率为 3.则它从球面射出时的出射角β＝________；若换用一束红光同样从A 点射向该球体，则它从球体射出后落到水平面上形成的光点与C 点相比，位置________(填“偏左”、“偏右”或“不变”)．(3)一列简谐横波沿x 轴正方向传播，周期为2 s ，t ＝0时刻的波形如图10所示．该列波的波速是________m/s ；质点a 平衡位置的坐标x a ＝2.5 m ，再经________s 它第一次经过平衡位置向y 轴正方向运动．解析：(1)水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是薄膜干涉的结果，A 错；均匀变化的电场周围产生的磁场是恒定的，B 错；根据狭义相对论的光速不变原理知，C 正确；对D 项，为减小实验误差，测量单摆周期应从小球经过平衡位置处开始计时，D 错． (2)设∠ABO ＝θ，由sin θ＝12得θ＝30°，由n ＝sin βsin θ，得β＝60°设红光从球面射出时的出射角为β′sin β＝n 蓝sin30°，sin β′＝n 红sin30°由于n 蓝＞n 红，故β′＜β，所以红光从球体射出后落到水平面上形成的光点与C 点相比，位置偏右．(3)因为T ＝2 s ，λ＝4 m ， 所以v ＝λT＝2 m/s质点a 第一次经过平衡位置向y 轴正方向运动所经过的时间Δt ＝Δx v ＝(2.5－2)2 s ＝0.25 s.答案：(1)C (2)60° 偏右 (3)2 0.2510．(8分)有一种示波器可以同时显示两列波形．对于这两列波，显示屏上横向每格代表的时间间隔相同．利用此种示波器可以测量液体中的声速，实验装置的一部分如图11所示：管内盛满液体，音频信号发生器所产生的脉冲信号由置于液体内的发射器发出，被接收器所接收．图12所示为示波器的显示屏．屏上所显示的上、下两列波形分别为发射信号与接收信号．若已知发射的脉冲信号频率为f ＝2000 Hz ，发射器与接收器的距离为x ＝1.30 m ，求管内液体中的声速．(已知所测声速应在1300～1600 m/s 之间，结果保留两位有效数字)解析：设脉冲信号的周期为T ，从显示的波形可以看出，图12中横向每一分度(即两条长竖线间的距离)所表示的时间间隔为Δt ＝T2 ①其中T ＝1f②对比图12中上、下两列波形，可知信号在液体中从发射器传播到接收器所用的 时间为t ＝(Δt )(2n ＋1.6)，其中n ＝0,1,2… ③液体中的声速为v ＝x t④ 联立①②③④式，代入已知条件并考虑到所测声速应在1300～1600 m/s 之间，得v ＝1.4×103 m/s.答案：1.4×103m/s.11．(10分)在桌面上有一个倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图13所示，有一半径为r 的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合，已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径是多少？ 解析：当光线到达玻璃圆锥的侧面时，根据几何关系，相对于 玻璃和空气的界面，入射角为60°，因光线在玻璃中发生全反射的临界角的正弦值sin C ＝1n ＝23，而sin i ＝sin60°＝32＞23，故光线在侧面发生全反射，然后垂直射向另一侧面，并射 出圆锥．如图所示，由几何关系可知，△ABC 为等边三角形，△ACD 也为等边三角形，故光束在桌面上形成的光斑半径为2r . 答案：2r12．(10分)如图14所示，一列沿x 轴正方向传播的简谐横波，波速大小为0.3 m/s ，P 点的横坐标为96 cm ，从图中状态开始计时，求：(1)经过多长时间，P 质点开始振动，振动时方向如何？(2)经过多长时间，P 质点第一次到达波峰？(3)以P 质点第一次到达波峰开始计时，作出P 点的振动图象(至少画出1.5个周期) 解析：(1)开始计时时，这列波的最前端的质点坐标是24 cm ，根据波的传播方向，可知这一点沿y轴负方向运动，因此在波前进方向的每一个质点开始振动的方向都是沿y轴负方向运动，故P点开始振动时的方向是沿y轴负方向，P质点开始振动的时间是t＝Δxv＝0.96－0.240.3s＝2.4 s.(2)波形移动法：质点P第一次到达波峰，即初始时刻这列波的波峰传到P点，因此所用的时间是t′＝0.96－0.060.3s＝3.0 s.(3)由波形图知，振幅A＝10 cm，T＝λv＝0.8 s，由P点自正向最大位移开始的振动图象如图所示．答案：(1)2.4 s 沿y轴负方向(2)3.0 s (3)见解析图。

一、选择题 1．【2022·北京卷】如图所示，弹簧振子在M 、N 之间做简谐运动。

以平衡位置O 为原点，建立Ox 轴。

向右为x的轴的正方向。

若振子位于N 点时开头计时，则其振动图像为【答案】A【解析】由于向右为正方向，振子位于N 点时开头计时，所以0时刻位移为正，在正向最大位移处，将向左运动，即向负方向运动，故A 正确。

【考点定位】简谐振动图像【方法技巧】在考纲上简谐振动这一块要求同学能从振动图象上猎取信息，会求简谐运动的路程和位移，以及把握简谐运动的表达式sin x A t ωϕ=+（）。

2．【2022·天津卷】在均匀介质中坐标原点O 处有一波源做简谐运动，其表达式为π5sin()2y t =，它在介质中形成的简谐横波沿x 轴正方向传播，某时刻波刚好传播到x =12 m 处，波形图象如图所示，则A ．此后再经6 s 该波传播到x =24 m 处B ．M 点在此后第3 s 末的振动方向沿y 轴正方向C ．波源开头振动时的运动方向沿y 轴负方向D ．此后M 点第一次到达y =–3 m 处所需时间是2 s 【答案】AB【解析】波的周期T =4 s ，波长λ=8 m ，波速 2 m/s v Tλ==，则再经过6 s ，波传播的距离为x =vt =12 m ，【考点定位】机械波的传播、质点的振动【名师点睛】此题考查了质点的振动及机械波的传播；要知道质点振动一个周期，波向前传播一个波长的距离；各个质点的振动都是重复波源的振动，质点在自己平衡位置四周上下振动，而不随波迁移；能依据波形图及波的传播方向推断质点的振动方向。

3．【2022·四川卷】简谐横波在均匀介质中沿直线传播，P 、Q 是传播方向上相距10 m 的两质点，波先传到P ，当波传到Q 开头计时，P 、Q 两质点的振动图像如图所示。

则A ．质点Q 开头振动的方向沿y 轴正方向B ．该波从P 传到Q 的时间可能为7 sC ．该波的传播速度可能为2 m/sD ．该波的波长可能为6 m【答案】AD【解析】由图线可知，质点Q 开头起振的方向沿y 轴正方向，选项A 正确；振动由P 向Q 传播，由图线可知T =6 s ，故振动从P 传到Q 的时间可能为(nT +4) s=v (6n +4) s ，（n =1、2、3、……），故不行能为7 s 选项B 错误；依据（nT +4）v =10 m 可得10m/s 64v n =+（n =1、2、3、……），故波速不行能为2 m/s ，选项C 错误；依据60m 64vT n λ==+，当n =1时，λ=6 m ，选项D 正确；故选AD 。