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专题十一 光学、机械振动和机械波
一、几何光学
1．地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生
弯曲。下列光路图中能描述该现象的是( )
2．负折射率材料近年备受关注，如图甲所示，当光从空气射入负折射率材料时，折射角小
于入射角，折射光线和入射光线分布在法线的同侧。如图乙所示，若一束入射光线从空气
中以一定夹角倾斜射入一负折射率材料，则出射光线最接近图乙中的( )
A.1
B.2
C.3
D.4
3．如图所示，一束复色光由真空从P 点射入玻璃球经
折射后分解为a、b 两束单色光。下列说法正确的是(
)
A.a 光频率大于b 光频率
B.a 光在玻璃球中传播时间大于b 光在玻璃球中传播时
间
C.若a 光能使某金属发生光电效应，b 光也能使该金属发生光电效应
D.ab 两束光用同一装置进行双缝干涉实验，b 光干涉条纹间距更大
4. 如图所示，圆心为O、半径为R 的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P 点垂直界面
入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角θ＝60°时，光线从玻璃砖圆形表面
出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则( )
A．玻璃砖的折射率为1.5
B．OP 之间的距离为R
C．光在玻璃砖内的传播速度为c
D．光从玻璃砖到空气的临界角为30°
二、波动光学
1. (多选)利用薄膜干涉的原理可以检查平面的平整度和制作镜头增透膜。图甲中，让
单色光从上方射入，这时从上方看可以看到明暗相间的条纹。下列说法正确的是( )
A．图甲中将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，条纹变疏
B．图甲中将样板微微平行上移，条纹疏密不变
C．在图甲中如果看到的条纹如图乙所示，说明被检平面在此处是凹陷
D．图丙中镀了增透膜的镜头看起来是有颜色的，那是增透了这种颜色的光的缘故
2．三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023 年诺贝尔化学
奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列
说法正确的是( )
A．蓝光光子的能量大于红光光子的能量
B．蓝光光子的动量小于红光光子的动量
C．在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度
D．蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
3. 用图示实验装置演示光的偏振现象，白炽灯在O 发出的光通过两个透振方向平行
的偏振片P、Q 照到光屏上，通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示，下列说法正
确的是( )
A．白炽灯发出的光是纵波
B．偏振片Q 起到检偏的作用
C．光束Ⅱ中的光振动方向与透振方向垂直
D．将偏振片Q 以光传播方向为轴转过45°，光束Ⅲ完全消失
4. 某实验小组同学采用图甲装置研究光的干涉现象，两狭缝S1、S2间距离d 及各自宽
度m 均可调，狭缝到光屏的距离为L。用不同的单色光垂直照射狭缝，得到如图乙所示的
干涉条纹。下列说法正确的是( )
A．在d、L 相同条件下，照射光的频率越高，形成的干涉亮条纹越宽
B．若遮住S1，用红光照射S2，减小S2的宽度m，光屏上的中央亮条纹变宽变暗
C．若同时用红光和蓝光分别照射S1、S2，光屏上将得到红蓝相间的干涉彩色条纹
D．用红光照射两条狭缝时，若狭缝S1、S2到光屏上P1点的路程差为红光波长的3.5 倍，
P1点处一定是亮条纹
三、机械振动和机械波
1．B 超是以灰阶即亮度（brightness）模式形式来诊断疾病的称“二维显示”，因亮度第一
个英文字母是B，故称B 超，又称二维超声或灰阶超声。B 超成像的基本原理是探头向人
体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收到的超声波信号由计
算机处理，从而形成B 超图像。如图所示为血管探头沿x 轴正方向发送的简谐超声波图像，
0
t
时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为
7
1 10 Hz
。下列说法正确的是( )
A.血管探头发出的超声波在血管中的传播速度为
B.质点M 开始振动的方向沿y 轴负方向
C.
6
5 10 s
t
时质点M 运动到横坐标的N 处
D.
7
1.25 10 s
内质点M 的路程为2cm
2. 如图1 所示，在距离水平圆盘中心r 处固定一小球，转动圆盘，小球做线速度为v 的匀
速圆周运动，在圆盘圆心正上方，另一完全相同的小球制成的单摆在小角度的摆动。图2
是两球在与摆球摆动平面平行的竖直面上的投影，两球投影时刻都在同一竖直方向上。已
知小球半径为R，重力加速度为g，下列说法正确的是( )
A.单摆的摆线长度为
B.单摆在做简谐运动，其回复力为合力
C.更换另一体积更大的摆球，投影依旧时刻在同一竖直方向
D.若该装置从汕头搬到北京，要使投影依旧时刻在同一竖直方向，则圆盘转速要变快
3. 如图所示是同一地点的甲、乙两单摆的部分振动图像，下列说法正确的是( )
A.甲、乙两单摆的摆长之比为9: 4
B.乙单摆的振动方程
π
8sin
π cm
3
x
t
C.甲单摆的机械能小于乙单摆的机械能
D.0 ~1s 内，甲摆球的重力势能增大，乙摆球
的重力势能减小
4. （多选）两列简谐横波分别沿x 轴正方向和负方向传播，两波源分别位于
0.2m
x
和
1.2m
x
处，两列波的波速均为0.2m/s，波源的振幅均为4cm，图示为
时刻两列波的图像，此刻平衡位置在
和
的两质点刚开始振动。下列说法正
确的是( )
A.两列波波源的起振方向相同
B.当两列波相遇时，左边的波源振动了3s
C.平衡位置在
处的质点为振动加强点
D.
时，
0
x
处的质点运动的总路程为32cm
5. 某同学在探究单摆运动中，图甲是用力传感器对单摆运动过程进行测量的装置图，图乙
是与力传感器连接的计算机屏幕所显示的F－t 图像，根据图乙的信息可得(π2取10，重力
加速度g 取10 m/s2)( )
A．摆球所受重力和摆线对摆球拉力的合力充当单摆的回复力
B．从t＝0 时刻开始，摆球第一次摆到最低点的时刻为0.5 s
C．用米尺量得细线长度l，即摆长为l
D．由图乙可计算出单摆的长度为1.0 m
6. 如图甲为演示单摆共振的装置，实验时依次让不同的单摆先摆起来，观察单摆P(图中未
标出)能达到的最大振幅A 和稳定时的振动频率f，并描点记录在图乙中，用光滑曲线连接
各点得到如图乙所示的曲线。重力加速度g 取π2 m/s2，下列说法正确的是( )
A．单摆P 的固有频率约为1.0 Hz
B．装置甲中只有一个单摆的摆长约为1.0 m
C．当单摆P 稳定时的振动频率为1.0 Hz 时，先振动的单摆摆长约为0.25 m
D．单摆P 的振动周期总为2 s
7. 通过探头向人体发射一束超声波，遇到人体组织产生反射，经电子电路和计算机进
行处理，便形成了超声波图像。如图所示为沿x 轴正方向发送的简谐超声波图像，已知超
声波传播速度为2 cm/s，t＝0 时刻波恰好传到质点P，质点A、Q 的横坐标分别为1.2 cm、
6 cm。下列说法正确的是( )
A．质点Q 开始振动的方向沿y 轴正方向
B．在t＝0 时刻质点A 回复力的方向沿y 轴负方向
C．经过2.0 s，质点P 运动到Q 所处位置
D．在t＝2.75 s，质点Q 第一次到达波峰
8. 如图(a)所示，利用超声波可以检测飞机机翼内部缺陷。在某次检测实验中，入射
波为连续的正弦信号，探头先后探测到机翼表面和缺陷表面的反射信号，分别如图(b)、(c)
所示。已知超声波在机翼材料中的波速为6 300 m/s。关于这两个反射信号在探头处的叠加
效果和缺陷深度d，下列选项正确的是( )
A．振动减弱；d＝4.725 mm
B．振动加强；d＝4.725 mm
C．振动减弱；d＝9.45 mm
D．振动加强；d＝9.45 mm
9. 沿x 轴传播的一列简谐横波在t＝0 时刻的波形图如图甲所示，平衡位置在x＝4 m
处的质点Q 的振动图像如图乙所示，下列说法正确的是( )
A．该列波的传播方向沿x 轴正方向
B．该列波的传播速度为6.25 m/s
C．经过0.4 s，质点Q 沿波的传播方向运动了3 m
D．t＝0.2 s 时，质点Q 的加速度方向沿y 轴正方向
