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第12讲　光学和
电磁波
考情统计
考点考题统计 命题热点
光的折射和全反射 2025·安徽卷·T13、2025·甘肃卷·T13、2025·河南卷·T2、2025·黑吉辽内蒙古卷·T3、2025·江苏卷·T7、2025·北京卷·T14、2025·广东卷·T4、2025·湖北卷·T13、2025·湖南卷·T3、2025· 山东卷·T15、2025·四川卷·T9、2025·云南卷·T13、2025·广西卷·T5 1.光的折射和全反射
2.光的干涉、衍射和偏振
2024·广东卷·T6、2024·甘肃卷·T10、2024·江苏卷·T6、 2024·全国甲卷·T34 2023·江苏卷·T5、2023·湖北卷·T6、2023·湖南卷·T7、 2023·浙江6月选考卷·T13、2023·山东卷·T16 光的波动性 2025·山东卷·T3、2025·重庆卷·T4
2024·广西卷·T9、2024·黑吉辽卷·T4、2024·江西卷·T9、2024·山东卷·T4、2024·湖南卷·T9 2023·江苏卷·T6、2023·山东卷·T5 2022·山东卷·T10、2022·浙江6月选考卷·T4、2022·浙江1月选考卷·T16 电磁波 2021·浙江6月选考卷·T3、T8 核心考点一　光的折射和全反射
1.三个重要公式
2.两种现象
(1)全反射现象:光从光密介质射向光疏介质且入射角大于或等于临
界角。
(2)光的色散现象:在同一介质中,不同频率的光对应的折射率不同,频率越高,对应的折射率越大。
3.解决光的反射和折射问题的思路
(多选)(2025·四川卷,9)某款国产手机采用了一种新型潜望式摄像头模组。如图所示,模组内置一块上下表面平行(θ<45°)的光学玻璃。光垂直于玻璃上表面入射,经过三次全反射后平行于入射光射出,则( 　　)
[A] 可以选用折射率为1.4的光学玻璃
[B] 若选用折射率为1.6的光学玻璃,θ可以设定为30°
[C] 若选用折射率为2的光学玻璃,第二次全反射入射角可能为70°
[D] 若入射光线向左移动,则出射光线也向左移动
CD
▼
典例1
AD
▼
典例2
▼
典例3
(1)当α=45°时,求光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值;
(2)若光线从AB边折射后直接到达BC边,并在BC边刚好发生全反射,求此时的α值。
【答案】 (2)60°
核心考点二　光的波动性
1.光的干涉现象:双缝干涉、薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)。
2.光的衍射现象:单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、泊松亮斑。
3.光的干涉、衍射与偏振的比较
项目 双缝干涉 单缝衍射 光的偏振
发生 条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或狭缝的尺寸足够小(明显衍射现象) 光波只沿某一特定方向传播
图 样 不 同 点 条纹 宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等,中央最宽 自然光通过偏振片产生偏振光;自然光发生反射和折射可以成为部分偏振光或完全偏振光。纵波没有偏振现象,光的偏振现象说明光是一种横波
条纹 间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等 亮度 情况 清晰条纹,亮度基本相等 中央条纹最亮,两边变暗 与光的偏 振的区别 干涉、衍射都是波特有的现象;光的偏振现象说明光是横波
4.亮暗条纹的判断方法
如图所示,在双缝干涉中,光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr=r2-r1。
(1)当Δr=kλ(k=0,1,2,…)时,光屏上P′处出现亮条纹。
(2023·山东卷,5)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环,C为待测柱形样品,C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板,会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时,下列说法正确的是(　　)
[A] 劈形空气层的厚度变大,条纹向左移动
[B] 劈形空气层的厚度变小,条纹向左移动
[C] 劈形空气层的厚度变大,条纹向右移动
[D] 劈形空气层的厚度变小,条纹向右移动
▼
典例 4
A
【解析】 由题知,C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时,G增长的高度大于C增长的高度,则劈形空气层的厚度变大,且同一厚度的空气层向劈尖移动,则条纹向左移动。
(多选)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
▼
典例 5
ACD
[一题多问]
(1)若同时用红光和蓝光分别照射S1、S2,光屏上能得到红蓝相间的干涉彩色条纹吗
(2)若将垂直照射狭缝的同一单色光改为点光源,上、下移动点光源,明暗条纹位置会随之变化吗
(2025·四川宜宾专题检测)如图甲是夏季常出现的日晕现象,日晕是太阳光通过卷层云时,受到冰晶的折射或反射形成的。图乙为一束太阳光射到六边形冰晶上的光路图,a、b为其折射出的光线中的两种单色光,已知同种介质对频率大的光折射率大。比较a、b两种单色光,下列说法正确的是(　　)
[A] b光比a光更容易发生明显衍射现象
[B] 在冰晶中,a光的波速与b光的波速一样大
[C] 通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻明条纹间距较大
[D] a、b两种光分别从水射入空气发生全反射时,a光的临界角比b光的小
▼
典例 6
C
核心考点三　电磁波
1.电磁振荡和电磁波谱
(2)麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场能够在周围空间产生电场,变化的电场能够在周围空间产生磁场。
(3)电磁波谱:按照电磁波的频率高低或波长大小的顺序把它们排列成的谱叫作电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
2.电磁波的特点
(1)电磁波是横波。
(2)电磁波的传播不需要介质,可以在真空中传播,电磁波在真空中的传播速度为c=3×108 m/s。
(3)不同电磁波的频率或波长不同,表现出不同的特性,波长越长越容易产生干涉、衍射现象,波长越短穿透能力越强。
(4)同频率的电磁波在不同介质中速度不同。不同频率的电磁波在同一种介质中传播时,频率越大,折射率越大,速度越小。
(5)用途不同:无线电波用于通信和广播,红外线用于加热和遥感技术,紫外线用于杀菌消毒,X射线应用于医学上的X光照片,γ射线用于检查金属部件的缺陷等。
(2025·河北衡水阶段练习)图甲为某种车辆智能道闸系统的简化原理图:预埋在地面下的地感线圈L和电容器C构成LC振荡电路,当车辆靠近地感线圈时,线圈自感系数变大,使得振荡电流频率发生变化,检测器将该信号发送至车牌识别器,从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电路如图乙所示,则下列有关说法正确的是(　　)
[A] t1～t2时间内,线圈的自感电动势正在减小
[B] t1～t2时间内,电容器处于放电过程
[C] 汽车靠近线圈时,振荡电流频率变小
[D] 从图乙可判断汽车正靠近地感线圈
▼
典例 7
C
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专题五　机械振动和机械波　光和电磁波
试做真题
1.(多选)(2024·贵州卷,9)如图,一玻璃瓶的瓶塞中竖直插有一根两端开口的细长玻璃管,管中一光滑小球将瓶中气体密封,且小球处于静止状态,装置的密封性、绝热性良好。对小球施加向下的力使其偏离平衡位置,在t=0时由静止释放,小球的运动可视为简谐运动,周期为T。规定竖直向上为正方向,则小球在t=1.5T时刻(　 　)
[A] 位移最大,方向为正
[B] 速度最大,方向为正
[C] 加速度最大,方向为负
[D] 受到的回复力大小为零
AC
【解析】 由题意可知,t=0时,小球位于最低点,经过t=1.5T,小球运动到最高点,即位移最大,方向向上,为正方向,速度为零,A正确,B错误;小球在最高点,所受回复力最大,方向向下,由牛顿第二定律可知小球的加速度最大,方向向下,为负方向,C正确,D错误。
2.(多选)(2025·重庆卷,8) 一浮筒(视为质点)在池塘水面以频率f上下振动,水面泛起圆形的涟漪(视为简谐波)。用实线表示波峰位置,某时刻第1圈实线的半径为r,第3圈实线的半径为9r,如图所示,则(　 　)
[A] 该波的波长为4r
[B] 该波的波速为2fr
[C] 此时浮筒在最低点
AD
3.(2024·浙江6月选考卷,9)如图所示,不可伸长的光滑细线穿过质量为0.1 kg的小铁球,两端A、B悬挂在倾角为30°的固定斜杆上,间距为1.5 m。小球平衡时,A端细线与杆垂直;当小球受到垂直于纸面方向的扰动做微小摆动时,等效于悬挂点位于小球重垂线与AB交点的单摆,重力加速度g取 10 m/s2,则(　　)
B
4.(2025·江苏卷,7)如图所示,一束激光射入肥皂泡后(入射激光束未在图中标出),肥皂膜内出现一亮环。肥皂膜内的激光(　　)
[A] 波长等于亮环的周长
[B] 频率比在真空中的大
[C] 在肥皂膜与空气的界面上发生衍射
[D] 在肥皂膜与空气的界面上发生全反射
D
【解析】 激光在不同的介质中传播时,频率相同,波长不同,激光波长与亮环周长无关,A、B错误;在肥皂泡内出现一个亮环,是因为激光在空气与肥皂膜界面处发生了全反射,C错误,D正确。
5.(2025·黑吉辽内蒙古卷,5)平衡位置在同一水平面上的两个振动完全相同的点波源,在均匀介质中产生两列波。若波峰用实线表示,波谷用虚线表示,P点位于其最大正位移处,曲线ab上的所有点均为振动减弱点,则下列图中可能满足以上描述的是(　　)
[A] [B] [C] [D]
C
【解析】 根据题意P点位于其最大正位移处,故可知此时P点位于两列波的波峰与波峰相交处,B、D错误;根据干涉规律可知,相邻波峰与波峰、波谷与波谷连线上的点都是振动加强点,A项中曲线ab上存在振动加强点,A错误,C正确。
6.(多选)(2025·陕晋青宁卷,9)在双缝干涉实验中,某实验小组用波长为440 nm的蓝色激光和波长为660 nm 的红色激光组成的复合光垂直照射双缝,双缝间距为0.5 mm,双缝到屏的距离为500 mm,则屏上(　 　)
[A] 蓝光与红光之间能发生干涉形成条纹
[B] 蓝光相邻条纹间距比红光相邻条纹间距小
[C] 距中央亮条纹中心1.32 mm处蓝光和红光亮条纹中心重叠
[D] 距中央亮条纹中心1.98 mm处蓝光和红光亮条纹中心重叠
BC
7.(2025·广西卷,13)某乐器发出频率为两倍关系的两个纯音(简谐声波),其波形叠加后呈现一种周期性变化。图甲和图乙分别为同一时刻两列简谐声波单独沿x正方向传播的波形图,图中的坐标原点位于同一质点处,声速为
340 m/s。
(1)从图中读出这两列波的波长。
【答案】 (1)0.5 m　1 m
【解析】 (1)根据波长的定义及两列波的波动图像可知λ1=0.5 m,λ2=1 m。
(2)该时刻这两列波叠加,分别求x=0和x=0.375 m 处的质点在该时刻偏离平衡位置的位移。
(3)求这两列波叠加后的周期。
第11讲　机械振动和机械波
考情统计
考点考题统计 命题热点
机械振动及其规律 2025·甘肃卷·T8、2025·广东卷·T1、2025·河北卷·T9、2025·湖北卷·T9、2025·江苏卷·T10、2025·四川卷·T5 1.波的传播特点及规律
2.振动图像和波的图像综合
2024·河北卷·T6、2024·浙江1月选考卷·T10、 2024·甘肃卷·T5、2024·江苏卷·T7、2024·北京卷·T9 2023·山东卷·T10 机械波及其规律 2025·重庆卷·T8、2025·河南卷·T8、2025·安徽卷·T2、 2025·北京卷·T5、2025·湖南卷·T7、2025·全国卷·T7、 2025·黑吉辽内蒙古卷·T5
2024·安徽卷·T3、2024·广东卷·T3、2024·湖南卷·T2、 2024·江西卷·T6、2024·山东卷·T9、2024·新课标卷·T19 2023·北京卷·T4、2023·广东卷·T4、2023·湖南卷·T3、 2023·新课标卷·T14 振动图像和波的图像的综合应用 2025·陕晋青宁卷·T8、2025·山东卷·T9、2025·云南卷·T7、2025·广西卷·T13
2023·海南卷·T4、2023·湖北卷·T7 核心考点一　机械振动及其规律
1.简谐运动的五个特征
2.单摆
①g为当地重力加速度,在地球上不同位置g的取值不同,不同星球表面g值也不相同。
②单摆处于超重或失重状态时等效重力加速度 g0=g±a。在近地轨道上运动的卫星加速度a=g,为完全失重,等效重力加速度g0=0。
3.简谐运动的图像及应用
项目 内容 说明
意义 表示振动质点的位移随时间变化的规律 (1)振动图像不是振动质点的运动轨迹。
(2)计时起点一旦确定,已经形成的图像形状不变,以后的图像随时间向后延伸。
(3)简谐运动图像的具体形状跟规定的正方向有关
形状 应用 (1)直接从图像上读出周期和振幅。 (2)确定任一时刻质点相对平衡位置的位移。 (3)判断任意时刻振动质点的速度方向和加速度方向。 (4)判断某段时间内振动质点的位移、速度、加速度、动能及势能大小的变化情况
(多选)(2025·甘肃卷,8)如图,轻质弹簧上端固定,下端悬挂质量为2m的小球A,质量为m的小球B与A用细线相连,整个系统处于静止状态。弹簧劲度系数为k,重力加速度为g。现剪断细线,下列说法正确的是(　 　)
BC
▼
典例1
图a、b分别是甲、乙两个单摆在同一位置处做简谐运动的图像,则下列说法正确的是(　　)
[A] 甲、乙两单摆的振幅相等
[B] t=2 s时,甲单摆的重力势能最小,乙单摆的动能为零
[C] 甲、乙两单摆的摆长之比为4∶1
[D] 甲、乙两单摆的摆球在最低点时,向心加速度大小一定相等
B
▼
典例2
[解题指导]
模型构建 单摆的简谐振动模型
思维路径 对比图像纵坐标信息→获取振幅关系→对比图像横坐标信息→获取周期关系→利用重力势能、动能与位移的关系→比较动能和势能的大小→根据圆周运动最低点的受力比较向心加速度
规律应用 简谐运动的特点、单摆的周期和图像的应用
[一题多问]
在[典例2]中甲、乙单摆放在同一位置,若把甲单摆放在赤道,乙单摆放在月球(已知月球表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的六分之一),算出的两单摆的周期之比为多少
(2025·吉林二模)如图,在竖直分界线ab左侧有竖直向下的匀强电场,右侧有垂直于纸面向里的匀强磁场。带正电、可视为质点的橡胶小物块用一根绝缘细线悬挂于O′处。t=0时,小物块经过最低点向右运动,且在竖直面内摆动的最大摆角小于5°。用v表示小物块的速度,规定向右为正方向,忽略空气阻力,下列图像可能正确的是(　　)
▼
典例3
A
[A] [B] [C] [D]
▼
典例4
(1)求t1之前,弹簧的形变量;
【答案】 (1)0.1 m
核心考点二　机械波及其规律
1.机械波的特点及性质
形成 条件 (1)波源。(2)传播介质,如空气、水等
传播 特点 (1)机械波传播的只是振动的形式和能量,质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动,并不随波迁移。
(2)介质中各质点振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同。
(3)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为4A,位移
为零。
(4)一个周期内,波向前传播一个波长
波的图 像及各 量关系 (1)横波图像(v为传播方向、v′为振动方向)。
(2)关系 v=λf
2.振动图像与波的图像综合问题的分析方法
(多选)(2025·云南阶段检测)t=0时刻,位于坐标原点的波源开始垂直于坐标平面(纸面)做简谐运动,所激发的横波在均匀介质中沿坐标平面向四周传播,实线圆表示波峰,虚线圆表示波谷,相邻两个实线圆之间仅有1个虚线圆,t=
0.7 s时的俯视图如图所示,此时坐标为(0,3.5)处的质点刚好开始振动。下列说法正确的是(　 　)
[A] 该波的波速为5 m/s
[B] 该波的周期为0.8 s
[C] t=0.3 s时刻,坐标为(0,1)处的质点加速度最大
[D] t=1.6 s时刻,坐标为(6,8)处的质点开始振动
▼
典例 5
AC
(多选)(2025·陕晋青宁卷,8)一列简谐横波在介质中沿直线传播,其波长大于
1 m,a、b为介质中平衡位置相距2 m的两质点,其振动图像如图所示。则t=0时的波形图可能为(　 　)
▼
典例 6
[A] [B] [C] [D]
AD
(多选)一列简谐横波沿x轴传播,如图所示,实线为t1=2 s时的波形图,虚线为t2=5 s时的波形图。以下关于平衡位置在O处质点的振动图像,可能正确的是(　 　)
▼
典例 7
[A] [B] [C] [D]
AC
[一题多变]
与选项对应,x=4 m处的质点t1到t2时间内的路程分别是多少
(多选)(2025·湖南卷,7)如图,A(0,0)、B(4,0)、C(0,3)在xy平面内,两波源分别置于A、B两点。t=0时,两波源从平衡位置起振,起振方向相同且垂直于xy平面,频率均为2.5 Hz。两波源持续产生振幅相同的简谐横波,波分别沿AC、BC方向传播,波速均为10 m/s。下列说法正确的是(　　 )
[A] 两横波的波长均为4 m
[B] t=0.4 s时,C处质点加速度为0
[C] t=0.4 s时,C处质点速度不为0
[D] t=0.6 s时,C处质点速度为0
▼
典例 8
AD
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