2019高考物理题分类汇编12机械振动、机械波、光学解析版

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1、2019 高考物理题分类汇编12 机械振动、机械波、光学1.【2019 年全国】一简谐横波沿 x 轴正方向传播，在 时刻，该波的波形图如图 所示，P、Q 是介质中的两个质点。图 表示介质中某质点的振动图象。下列说法正确的是A. 质点 Q 的振动图象与图 相同B. 在 时刻，质点 P 的速率比质点 Q 的大C. 在 时刻，质点 P 的加速度的大小比质点 Q 的大D. 平衡位置在坐标原点的质点的振动图象如图 所示E. 在 时刻，质点 P 与其平衡位置的距离比质点 Q 的大 【答案】CDE【解析】解：A、简谐机械波沿 x 轴正方向传播，在时刻，质点 Q 的振动方向向上，而在振动图象上在 时刻质点的振

2、动方向向下，所以图 b 不是质点 Q 的振动图 象。故 A 错误。B、 在 时刻，质点 P 位于波谷，速度为零，质点 Q 位于平衡位置，则质点 P 的速 率比质点 Q 的小，故 B 错误。C、 在 时刻，质点 P 的位移比质点 Q 的大，则质点 P 的加速度的大小比质点 Q 的 大。故 C 正确。D、 在 时刻，平衡位置在坐标原点的质点振动方向向下，与振动图象相符，所以 平衡位置在坐标原点的质点的振动图象如图 所示。故 D 正确。E、 在 时刻，质点 P 位于波谷，质点 Q 位于平衡位置，则质点 P 与其平衡位置的 距离比质点 Q 的大。故 E 正确。故选：CDE。根据波的传播方向确定 Q 点

3、在 时刻的振动方向，与振动图象上在 时刻质点的 振动方向比较，确定是哪个质点的振动图象。在波动图象上，根据位移大小研究加速 度和速度的大小关系。本题考查识别、理解振动图象和波动图象的能力，以及把握两种图象联系的能力。对 于波的图象往往先判断质点的振动方向和波的传播方向间的关系。同时，能熟练分析 波动形成的过程，分析物理量的变化情况。2.【2019 年全国】如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面 3m。 距水面 4m 的湖底 P 点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光 束与竖直方向的夹角为 取 。已知水的折射率为 。求桅杆到 P 点的水平距离；船向左行驶一段距离

4、后停止，调整由 P 点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹 角为 时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。【答案】解： 设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为 ，到 P 点的水平距离为 桅杆的高度为 ，P 点处水深为 激光束在水中与竖直方向的夹角为 。由几何关系有：由折射定律有：设桅杆到 P 点的水平距离为 x，则：联立 并代入数据解得：设激光束在水中与竖直方向的夹角为时，从水面出射的方向与竖直方向的夹角为 。由折射定律有：设船向左行驶的距离为 ，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为 ，到 P 点 的水平距离为 ，则联立 并代入数据解得：答： 桅杆到 P 点的水平距离是 7m；船行

5、驶的距离是 。【解析】 由折射定律求出入射角，结合几何关系求桅杆到 P 点的水平距离； 先根据折射定律求激光束从水面出射的方向与竖直方向的夹角，再由几何关系求船行驶的距离。本题是几何光学问题，对数学几何能力要求较高，关键要根据几何知识确定出入射角 和折射角，通过折射定律和几何关系进行求解。3.【2019 年全国】如图，长为 l的细绳下方悬挂一小球 a，绳的另一端固定在天花板上 O 点处，在 O 点正下方 的 处有一固定细铁钉。 将小球向右拉开，使细绳与竖直方向成一小角度 约为 后由静止释 放，并从释放时开始计时。当小球 a 摆至最低位置时，细绳会受到铁 钉的阻挡。设小球相对于其平衡位置的水平位

6、移为 x，向右为正。下 列图象中，能描述小球在开始一个周期内的 关系的是A. B.C. D.【答案】A【解析】解：小球属于单摆模型，从右向左运动到平衡位置的过程，相当于运动第一 个 个周期，根据周期公式可知， ，从平衡位置向左运动的过程中，相当于运动了第二个 周期， ，由此可知，第一个 个周期的时间长，第二个 个周期的时间短，结合位移来分析，第一个 个周期的位移大，第二个 个 周期的位移小，故 A 正确，BCD 错误。故选：A。分析摆长的变化，根据周期公式确定运动时间的变化。根据位移的大小和正负分析一个周期内的位移随时间变化的图线。本题考查了单摆的周期公式，解题的关键是灵活运用周期公式，当碰到

7、铁钉后，摆长 变短，周期变短。4.【2019 年全国】某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源 使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可_；A. 将单缝向双缝靠近B. 将屏向靠近双缝的方向移动C. 将屏向远离双缝的方向移动D. 使用间距更小的双缝若双缝的间距为 d，屏与双缝间的距离为 l，测得第 1 条暗条纹到第 n 条暗条纹之 间的距离为 ，则单色光的波长 _；某次测量时，选用的双缝的间距为 ，测得屏与双缝间的距离为 ，第 1 条暗条纹到第 4 条暗条纹之间的距离为 。则所测单色光波长为_ 结果 保留

8、3 位有效数字 。【答案】B【解析】解：630增加从目镜中观察到的条纹个数，则条纹的宽度减小，根据相邻亮条纹间的距离为 ，为减小相邻亮条纹 暗条纹 间的宽度，可增大双缝间距离或 减小双缝到屏的距离；故 B 正确，ACD 错误故选：B；第 1 条暗条纹到第 n 条暗条纹之间的距离为 ，则两个相邻明纹 或暗纹 间的距 离则单色光的波长将双缝的间距为 ，测得屏与双缝间的距离为 ，以及 得： ；故答案为： ；代入公式可根据双缝干涉条纹间距公式： 根据双缝干涉条纹间距公式：分析答题； 分析即可求出；将数据代入公式： ，求出该色光的波长；本题考查了实验装置、条纹间距公式的应用，知道双缝干涉实验的原理；要掌

9、握干涉 条纹的间距公式 ，知道 是相邻条纹的间距。5.【2019 年全国】水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上。振 动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源。两波源发出的波在水面 上相遇，在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样。关于两列波重叠区域内水面上振动 的质点，下列说法正确的是A. 不同质点的振幅都相同B. 不同质点振动的频率都相同C. 不同质点振动的相位都相同D. 不同质点振动的周期都与振动片的周期相同E. 同一质点处，两列波的相位差不随时间变化【答案】BDE【解析】解： 由题意可知两列波的周期与频率相同，即这两列波为相干波，形成干涉 图样后，有加强与减弱区域，

10、处在不区域的质点的振幅不一样，但不同的质点，振动的频 率和周期与波源的频率和周期相同，即不同的质点的振动频率相同，故 A 错误，BD 正确； C.不同位置处的质点起振的先后顺序不同，离波距离不同的质点，振动的相位是不同的， 故 C 错误；E.同一质点，两列波传播到该质点的时间差是一定的，故两列波的相位差是恒定的，不随 时间变化，故 E 正确。故选：BDE。振动加强点的振幅等于两列波的振幅之和，振动减弱点的振幅等于两列波的振幅之差；介 质中各质点振动的周期与波源的周期相同；质点在振动过程，不同时刻偏离平衡位置的位 移大小会发生变化；对同一质点而言，两列波的相位差是恒定的。本题主要考查两列相干波叠

11、加后，介质中质点的振动规律，对波的特点及振动加强点与减 弱点的特点要掌握。6.【2019 年全国】如图，直角三角形 ABC 为一棱镜的横截面， ， 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。求棱镜的折射率；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。【答案】解： 光路图及相关量如图所示。 光束在 AB 边上折射，由折射定律得：式中 n 是棱镜的折射率。由几何关系可知： 由几何关系和反射定律得：联立 式，并代入得：设改变后的入射角为 ，折射角为 ，由折射定律得：依题意，光束在 BC 边上的入

12、射角为全反射的临界角 ，且： 由几何关系得：由答：式得入射角的正弦为： 棱镜的折射率为；边上入射角的正弦为。【解析】 根据折射定律求出光线从 AC 边进入棱镜时的折射率；根据 求出临界角，判断光是在 BC 面上发生全反射的入射角，然后求出此 时 AB 边上入射角的正弦。本题考查几何光学，掌握光的折射定律以及临界角与折射率的大小关系，正确画出光 路图，运用几何知识求解相关角度是关键。7.(2019 年北京)一列简谐横波某时刻的波形如图所示，比较介质中的三个质点 a、b、c，则A. 此刻 a 的加速度最小B. 此刻 b 的速度最小C. 若波沿 x 轴正方向传播，此刻 b 向 y 轴正方向运动D.

13、若波沿 x 轴负方向传播，a 比 c 先回到平衡位置【答案】C【解析】解： 由图可知，质点 a 的位移大小最大，等于振幅，质点 b 在平衡位置，位 移最小为 0，则可知质点 a 的加速度最大，速度最小，质点 b 的加速度最小，速度最大； 故 AB 错误；C.若波沿 x轴正方向传播，根据同侧法可知质点 b 向 y 轴正方向振动，故 C 正确；D.若波沿 x轴负方向传播，此时质点 c向上振动，偏离平衡位置的位移小于振幅，则可知质点 c回到平衡位置的时间小于四分之一个周期，而质点 a 要回到平衡位置的时间需要四分之一个周期，故质点 c比质点 a 先回到平衡位置，故 D 错误。故选：C。先比较质点的位

14、移大小关系，从而可比较质点的加速度、速度大小关系；由波的传播方向 根据同侧法判断质点的振动方向，结合位移大小关系可判断那个质点先回到平衡。 对于质点在振动过程中，位移越大，速度越小，加速度越大；波的传播方向与质点的振动 方向存在对应关系，可用同侧法、微平移法等进行分析判断。8.(2019 年北京)利用图 1 所示的装置 示意图 ，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上 得到如图 2 中甲和乙两种图样。下列关于 P 处放置的光学元件说法正确的是A. 甲对应单缝，乙对应双缝B. 甲对应双缝，乙对应单缝C. 都是单缝，甲对应的缝宽较大D. 都是双缝，甲对应的双缝间距较大【答案】A【解析】解：依据干涉条纹在

15、光屏上观察到的图案是间距相等的条纹图象，而衍射条 纹中，中间的亮纹的宽度最大，向两边渐渐减小，因此甲对应单缝，乙对应双缝，故 A 正确，BCD 错误。故选：A。根据干涉条纹与衍射条纹的区别：干涉条纹在光屏上观察到的图案是间距相等的条纹 图象，而衍射条纹中，中间的亮纹的宽度最大。考查干涉与衍射条纹的应用，掌握两者的区别与联系，理解干涉的条件，与明显的衍 射的条件。9.【2019 年天津卷】一列简谐横波沿 x 轴传播，已知 x 轴上 的振动图象分别如图 1、图 2 所示，则此列波的传播速率可能是和处质点A.B. C. D.【答案】BC【解析】解：由图可知波的周期为 4s，先假设 处质点和 质点的距

16、离小于 一个波长，在 0 时刻，由图可知当 处质点在平衡位置向下振动， 处的质 点在波峰，则当波沿 x 轴的正方向传播时： ，考虑到波形的重复性，可知两质点的距离 与波长的关系为、 、可得波长通式为、 、根据可得波速的通式为、 、代入 n 为整数可得 ， ， ；当波沿 x 轴负方向传播时： ，考虑到波形的重 复性，可知两质点距离与波长的关系为、 、可得波长的通式为、 、 、根据可得波速的通式为、 、 、代入 n 为整数可得 ， ，故 BC 正确，AD 错误。故选：BC。由振动图象读出周期。根据 处质点和 质点的振动图象，分析状态与位置 关系，找出波长的通项，求出波速的通项，进而确定特殊值。本题

17、关键考查运用数学知识解决物理问题的能力，结合波形周期性和波传播方向的不 确定性求解出波长和波速的通项进行分析，基础题目。10.【2019 年天津卷】某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头 针，刻度尺，圆规，笔，白纸。下列哪些措施能够提高实验准确程度_。A. 选用两光学表面间距大的玻璃砖B. 选用两光学表面平行的玻璃砖C. 选用粗的大头针完成实验D. 插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞 如下图所示，其中实验操作正确的是_。该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点 O 为圆心 作

18、圆，与入射光线、折射光线分别交于 A、B 点，再过 A、B 点作法线 的垂线， 垂足分别为 C、D 点，如图所示，则玻璃的折射率 _。 用图中线段的字母表示【答案】AD D【解析】解： 、为了作图误差更小，应选用两光学表面间距大的玻璃砖，故 A 正确； B、根据折射定律可知，如果两个光学面不平行，不影响入射角与折射角的值，所以对折 射率的测定结果不产生影响，故 B 错误；C、 为了准确测量光路图，应选用较细的大头针来完成实验，故 C 错误；D、 插在玻璃砖同侧的大头针之间的距离适当大些时，相同的距离误差情况下引起的角度误差会减小，故 D 正确；故选：AD；因玻璃的折射率较大，故在玻璃中的折射角

19、一定小于入射角；实验作出的入射角一定大 于折射角；并且光线从玻璃中出来后，应与入射光平行，因此只有 D 图正确 ABC 均错误； 故选：D；折射率 ，其中：， ，故 ；故答案为： ； ；为了取得较好的实验效果，根据实验原理分析可知：玻璃砖上下表面不一定要平行，选 择的入射角应尽量大些；同则的大头针之间的距离适当大些，这样可以减小测量的相对误 差。根据折射定律进行分析，明确光路基本性质；根据几何知识求出入射角和折射角的正弦值，再求解折射率。本题是插针法测定玻璃砖的折射率，实验原理是折射定律，注意采用单位圆法处理数据， 同时注意根据原理分析实验误差情况和实验中应注意的事项。11.【2019 年江苏

20、卷】一单摆做简谐运动，在偏角增大的过程中，摆球的A. 位移增大B. 速度增大C. 回复力增大D. 机械能增大【答案】AC【解析】解：A、偏角增大时，摆球向最大位移处移动，相对于平衡位置的位移一定增 大，速度减小；故 A 正确，B 错误；C、 回复力与位移成正比，故回复力增大，故 C 正确；D、 由于单摆在运动过程中只有重力做功，故机械能守恒，故 D 错误。故选：AC。明确单摆的摆动过程，知道其平衡位置在竖直方向，偏角增大时位移、回复力、加速 度增大；而速度减小；同时明确单摆在振动过程中机械能不变。本题考查简谐运动的性质，要明确做简谐运动物体的位移、速度、加速度以及能量的 周期性变化的情况。12

21、.【2019 年江苏卷】将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去 看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的_ 选填“折射”“干涉”或“衍 射” 。当缝的宽度_ 选填“ 远大于”或“接近” 光波的波长时，这种现象十分明显。 【答案】衍射 接近【解析】【分析】只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多的条件下，才能发生明显的 衍射现象。通过折射、干涉和衍射的基本特征判断是光的什么现象。区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等 方面加以区分。【解答】解：将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光 灯，能观察

22、到彩色条纹，这是由于光的衍射产生的。当缝的宽度与光波波长接近时，衍射现象非常明显。故答案为：衍射，接近。【2019 年江苏卷】如图所示，某 L 形透明材料的折射率现沿 AB 方向切去一角，AB 与水平方向的夹角为为使水平方向的光线射到 AB 面时不会射入空气，求的最大值。【答案】解：当光线在 AB 面上刚好发生全反射时 最大，设全反射临界角为 C，则 可得根据几何关系有可得答： 的最大值是 。【解析】为使水平方向的光线射到 AB 面时不会射入空气，光线在 AB 面上必须发生全 反射，当 最大时，光线在 AB 面上的入射角最小，最小入射角等于临界角 C，根据临界角公式和几何关系结合求解。解决本题的关键要掌握全反射的条件和临界角公式 ，并能灵活运用几何关系帮 助解答。