選修3-4-五年（2018-2022）高考物理真題匯編卷 全國卷版

考點十五：選修3-4——五年（2018-2022）高考物理真題專項匯編卷

全國卷版

1.12022全國甲】[物理——選修3-4]

（1）一平面簡諧橫波以速度v=2m∕s沿X軸正方向傳播，f=0時刻的波形圖如圖所示。介質(zhì)中平

衡位置在坐標(biāo)原點的質(zhì)點A在Z=O時刻的位移y=√∑cm,該波的波長為m,頻率為

Hz。f=2s時刻，質(zhì)點A（填“向上運(yùn)動”“速度為零”或"向下運(yùn)動）。

（2）如圖，邊長為“的正方形ABez）為一棱鏡的橫截面，M為AB邊的點。在截面所在平面內(nèi)，

一光線自M點射入棱鏡，入射角為60。，經(jīng)折射后在BC邊的N點恰好發(fā)生全反射，反射光線從

8邊的P點射出棱鏡，求棱鏡的折射率以及P、C兩點之間的距離。

2.【2022全國乙】[物理——選修34]

（1）介質(zhì)中平衡位置在同一水平面上的兩個點波源Sl和邑，二者做簡諧運(yùn)動的振幅相等，周期均

為0.8s。當(dāng)Sl過平衡位置向上運(yùn)動時，邑也過平衡位置向上運(yùn)動。若波速為5m∕s,則由Sl和邑

發(fā)出的簡諧橫波的波長均為m。P為波源平衡位置所在水平面上的一點，與R、與平衡位

置的距離均為IOm,則兩波在尸點引起的振動總是相互________（填“加強(qiáng)"或''削弱"）的：當(dāng)Sl

恰好在平衡位置向上運(yùn)動時，平衡位置在P處的質(zhì)點（填“向上”或“向下”）運(yùn)動。

（2）一細(xì)束單色光在三棱鏡43C的側(cè)面AC上以大角度由。點入射（入射面在棱鏡的橫截面內(nèi)），

入射角為i,經(jīng)折射后射至AB邊的E點，如圖所示。逐漸減小i,E點向8點移動，當(dāng)Sini=L時，

恰好沒有光線從Λβ邊射出棱鏡，且。E=Q4。求棱鏡的折射率。

A

3.【2021全國甲】[物理一選修3-4]

(1)如圖，單色光從折射率〃=1.5、厚度4=10?0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速為

3.0×108m∕s,則該單色光在玻璃板內(nèi)傳播的速度為nVs：對于所有可能的入射角，該單色

光通過玻璃板所用時間f的取值范圍是s<t<s(不考慮反射)。

(2)均勻介質(zhì)中質(zhì)點48的平衡位置位于X軸上，坐標(biāo)分別為。和/=16cm。某簡諧橫波沿X

軸正方向傳播，波速為v=20cm∕s,波長大于20cm,振幅為y=lcm,且傳播時無衰減。r=0時

刻A、8偏離平衡位置的位移大小相等、方向相同，運(yùn)動方向相反，此后每隔Ar=OSs兩者偏離平

衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在6時刻(ti>0),質(zhì)點A位于波峰。求：

(i)從G時刻開始，質(zhì)點B最少要經(jīng)過多長時間位于波峰；

(ii)4時刻質(zhì)點B偏離平衡位置的位移。

4.【2021全國乙】[物理一選修3?4]

(1)圖中實線為一列簡諧橫波在某一時刻的波形曲線，經(jīng)過0.3s后，其波形曲線如圖中虛線所示。

已知該波的周期T大于0.3s。若波是沿X軸正方向傳播的，則該波的速度大小為m?,周

期為s；若波是沿X軸負(fù)方向傳播的，該波的周期為s。

(2)用插針法測量上、下表面平行的玻璃磚的折射率，實驗中用A、3兩個大頭針確定入射光路,

C、Z)兩個大頭針確定出射光路，。和O'分別是入射點和出射點，如圖(a)所示，測得玻璃磚厚

度為h=15.0mm；A到過。點的法線OM的距離AM=10.0mm,M到玻璃磚的距離

MO=20.0mm,O'到OM的距離為s=5.0mm。

（ii）用另一塊材料相同，但上下兩表面不平行的玻璃磚繼續(xù)實驗，玻璃磚的截面如圖（b）所示。

光從上表面入射，入射角從O逐漸增大，達(dá)到45。時，玻璃磚下表面的出射光線恰好消失，求此玻

璃磚上下表面的夾角。

5.【2020全國1】[物理——選修3-4]

（1）在下列現(xiàn)象中，可以用多普勒效應(yīng)解釋的有。

A.雷雨天看到閃電后，稍過一會兒才能聽到雷聲

B.超聲波被血管中的血流反射后，探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化

C.觀察者聽到遠(yuǎn)去的列車發(fā)出的汽笛聲，音調(diào)會變低

D.同一聲源發(fā)出的聲波，在空氣和水中傳播的速度不同

E.天文學(xué)上觀察到雙星（相距較近、均繞它們連線上某點做圓周運(yùn)動的兩顆恒星）光譜隨時間的周

期性變化

（2）一振動片以頻率/做簡諧振動時，固定在振動片上的兩根細(xì)桿同步周期性地觸動水面上a、b

兩點，兩波源發(fā)出的波在水面上形成穩(wěn)定的干涉圖樣。C是水面上的一點，久/入C間的距離均為

/,如圖所示。已知除C點外，在"c連線上還有其他振幅極大的點，其中距C最近的點到C的距離

為?。求

O

b

（i）波的波長；

（ii）波的傳播速度。

6.【2020全國21[物理——選修3-4]

（1）用一個擺長為80.0Cm的單擺做實驗，要求擺動的最大角度小于5。，則開始時將擺球拉離平

衡位置的距離應(yīng)不超過Cm（保留1位小數(shù)）。（提示：單擺被拉開小角度的情況下，所求

的距離約等于擺球沿圓弧移動的路程。)

某同學(xué)想設(shè)計一個新單擺，要求新單擺擺動10個周期的時間與原單擺擺動11個周期的時間相等。

新單擺的擺長應(yīng)該取為cm。

(2)直角棱鏡的折射率〃=1.5,其橫截面如圖所示，圖中NC=90°,/4=30°。截面內(nèi)一細(xì)束與

BC邊平行的光線，從棱鏡AB邊上的。點射入，經(jīng)折射后射到BC邊上。

(i)光線在BC邊上是否會發(fā)生全反射?說明理由；

(H)不考慮多次反射，求從AC邊射出的光線與最初的入射光線夾角的正弦值。

7.【2019全國1】［物理一選修34J

(1)一簡諧橫波沿X軸正方向傳播，在U5時刻，該波的波形圖如圖")所示，尸、Q是介質(zhì)中的兩

個質(zhì)點。圖表示介質(zhì)中某質(zhì)點的振動圖像。下列說法正確的是()

A.質(zhì)點Q的振動圖像與圖(b)相同

B.在/=0時刻，質(zhì)點尸的速率比質(zhì)點Q的大

C.在/=0時刻，質(zhì)點P的加速度的大小比質(zhì)點。的大

D.平衡位置在坐標(biāo)原點的質(zhì)點的振動圖像如圖(3)所示

E.在仁0時刻，質(zhì)點尸與其平衡位置的距離比質(zhì)點Q的大

(2)如圖，一般帆船靜止在湖面上，帆船的豎直桅桿頂端高出水面3m。距水面4m的湖底P點發(fā)

出的激光束，從水面出射后恰好照射到桅桿頂端，該出射光束與豎直方向的夾角為53°(取

o

sin53=0.8)o已知水的折射率為:

(i)求桅桿到P點的水平距離；

(ii)船向左行駛一段距離后停止，調(diào)整由P點發(fā)出的激光束方向，當(dāng)其與豎直方向夾角為45。時,

從水面射出后仍然照射在桅桿頂端，求船行駛的距離。

3

(1)如圖，長為/的細(xì)繩下方懸掛一小球依繩的另一端固定在天花板上O點處，在。點正下方;/

的O'處有一固定細(xì)鐵釘。將小球向右拉開，使細(xì)繩與豎直方向成一小角度(約為2。)后由靜止釋放，

并從釋放時開始計時。當(dāng)小球。擺至最低位置時，細(xì)繩會受到鐵釘?shù)淖钃?。設(shè)小球相對于其平衡位

置的水平位移為X,向右為正。下列圖像中，能描述小球在開始一個周期內(nèi)的x-r關(guān)系的是。

(2)某同學(xué)利用圖示裝置測量某種單色光的波長。實驗時，接通電源使光源正常發(fā)光：調(diào)整光路,

使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。回答下列問題：

⑴若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，該同學(xué)可；

A.將單縫向雙縫靠近

B.將屏向靠近雙縫的方向移動

C.將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動

D.使用間距更小的雙縫

(ii)若雙縫的間距為乩屏與雙縫間的距離為/,測得第1條暗條紋到第〃條暗條紋之間的距離為Ar,

則單色光的波長λ=；

(iii)某次測量時，選用的雙縫的間距為0.300mm,測得屏與雙縫間的距離為1.20m,第1條暗條紋

到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm。則所測單色光的波長為nm(結(jié)果保留3位

有效數(shù)字)。

答案以及解析

1.答案：(1)4；0.5；向下運(yùn)動

(2)見解析

解析：(1)由sin45=包，并結(jié)合題圖有^=l?5m,可得X=4m,頻率/=：=0.5Hz,周期

28λ

,

7=γ=2so由于/=O時刻質(zhì)點A向下運(yùn)動，所以，=2s時刻質(zhì)點A向下運(yùn)動。

（2）設(shè)光在AB面的折射角為r,則由折射定律有"=%竺

Sinr

光在BC面恰發(fā)生全反射，有SinC=L

n

由幾何知識有r+C=90

聯(lián)立解得SinC=^,Sinr=*口,〃=立

7V72

Cl

聯(lián)立解得C=叵

2

2.答案：（1）4；加強(qiáng)；向下

（2）1.5

解析：⑴由4得4="=4m0由于加與反振動方向相同，又西-西;=0,則P點為振動

加強(qiáng)點。因西=Iom=2.52,則P點與波源Sl振動情況恰好相反，故P質(zhì)點向下振動。

（2）如圖所示，當(dāng)折射光線在Afi邊恰好不能射出時，在45邊上的入射角等于全反射臨界角Co

DA=DE,各個角度如圖中所示

由幾何關(guān)系可知α=90-C0

90-r+2a=180

解得∕?=90-2C0

由全反射知識得sinC0??

n

由折射定律有〃=皿

Sinr

14

代入Sini=:解得〃=1.5(〃=-；舍去)

63

3.答案：(1)2×1085×W103√5×10'I°

（2）本題考查簡諧橫波的傳播。

⑴在乙時刻質(zhì)點A位于波峰，A8的平衡位置坐標(biāo)分別為。和/=16Cm

波峰從A傳至IJB所用時間加=迤=0.8S

V

故從6時刻開始，質(zhì)點8最少要經(jīng)過0?8s位于波峰。

(ii)由題意，At=-

2

又4=0.6s,解得周期7=L2s

若選乙時刻為計時零點，則由題意可知質(zhì)點A的振動方程為為=ycos訓(xùn)

質(zhì)點B的振動方程為為=ycos0(f-gj)

2π

tAB=0?8s,ω=-√=0

聯(lián)立解得tl時刻即f=0的時刻質(zhì)點B偏離平衡位置的位移為為=-0.5Cm

解析：(1)本題考查光在介質(zhì)中的傳播。光在介質(zhì)中傳播的速度為V=￡,代入題給數(shù)據(jù)得

n

8

v=2×10m∕so當(dāng)光線垂直玻璃板射入時，光線速度方向不變，在介質(zhì)中傳播的距離最小，等于

玻璃磚的厚度，此時用時也最短，BPU=-,代入數(shù)據(jù)得gn=5xlθτ°s°當(dāng)最大入射角的臨界值

V

cinQ∩2

為90。時，此時折射角為α,則有絲，得sin。=：,光在玻璃磚中的傳播路線如圖所示,

Sina3

則傳播距離X=急，聯(lián)立可得X=著最長傳播時間」弋，得?L%,即

5×10^l0s≤r<3√5×10,°So

k

4.答案：(1)0.5；0.4；1.2

(2)本題考查玻璃磚折射率的測定。

⑴由數(shù)學(xué)知識可知’入射角的正弦值Sina=

√10

折射角的正弦值Sina=

?

根據(jù)折射定律,玻璃磚的折射率為〃=麋=&

(ii)作出如圖所示的光路圖

45?

*I

sin45o后

光在第一個表面，根據(jù)折射定律有〃=-7='2

得到折射角G=30。

由題意，光在下表面發(fā)生全反射，則有Sina=L

n

解得a=45。

所以由幾何關(guān)系可知，上下表面的夾角為a=15。

解析：(1)本題考查波的傳播。當(dāng)波沿著X軸正方向傳播時，由題意可知，=T=0.3s,得到周期

4

T=0?4s;根據(jù)V=/,其中4=0.2m,得到n=0.5m/s；當(dāng)波沿著X軸負(fù)方向傳播時，由題意可

知O=0.3s,得到周期T=1.2s。

4

5.答案：(1)BCE

(2)見解析

解析：(1)雷雨天看到閃電后，稍過一會兒才能聽到雷聲，這是光的速度比聲波的速度大引起的,

選項A錯誤；超聲波被血管中血流反射后，探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化，是多普勒效應(yīng),

選項B正確；觀察者聽到遠(yuǎn)去的列車發(fā)出的汽笛聲，音調(diào)會變低，是多普勒效應(yīng)，選項C正確；

同一聲源發(fā)出的聲波，在空氣和水中的傳播速度不同，是聲速與介質(zhì)有關(guān)，不是多普勒效應(yīng)，選

項D錯誤；天文學(xué)上觀察到雙星光譜隨時間的周期性變化是多普勒效應(yīng)，選項E正確。

(2)(i)如圖，設(shè)距C點最近的振幅極大的點為"點，。與”的距離為，i/與4的距離為①”與C

的距離為s,波長為九則4-{=2①

C■

人\

"/X-X

由幾何關(guān)系有{=Z-S②

=(/;sin60o)2+(/-?;cos60o)2@

聯(lián)立①②③式并代入題給數(shù)據(jù)得4=④

4

(ii)波的頻率為f,設(shè)波的傳播速度為v,有v=f?⑤

聯(lián)立④⑤式得八!⑥

6.答案：(1)6.9；96.8

(2)解：(i)如圖，設(shè)光線在。點的入射角為i,折射角為八折射光線射到BC邊上的E點。設(shè)

光線在E點的入射角為仇由幾何關(guān)系，有

6=90°-(30°-r)>60°①

根據(jù)題給數(shù)據(jù)得

sin，>sin60。/②

n

即e大于全反射臨界角，因此光線在E點發(fā)生全反射。

(ii)設(shè)光線在AC邊上的F點射出棱鏡，光線的入射角為i',折射角為/,由幾何關(guān)系、反射定

律及折射定律，有

i=30°③

,"=9Of④

Sini="sinr⑤

rtsinf=sin/@

聯(lián)立①③④⑤⑥式并代入題給數(shù)據(jù)，得

■，2>/2—?/?⑦

s?nr=------------⑦

4

由幾何關(guān)系，r'即AC邊射出的光線與最初的入射光線的夾角。

解析：(1)由弧長公式可知/=OR,又結(jié)合題意所求的距離近似等于弧長，則

√=--×2π×80.0cm=6.98cm,結(jié)合題中保留1位小數(shù)和擺動最大角度小于5?？芍荒芴?.0,

應(yīng)填6.9；由單擺的周期公式T=可知，單擺的周期與擺長的平方根成正比，即Toc”,又

由題意可知舊單擺周期與新單擺周期的比為iθ:ii,則S=J也泮

解得/'=96.8cm。

7.答案：(1)CDE

(2)

(i)設(shè)光束從水面射出的點到桅桿的水平距離為XI，到P點的水平距離為力；桅桿高度為/71，P

點處水深為心：微光束在水中與豎直方向的夾角為仇由幾何關(guān)系有

五=tan530

h'①

也=tan。

他②

由折射定律有

sin53o=πsin0③

設(shè)桅桿到P點的水平距離為X,則

X=Xl+X2④

聯(lián)立①②③④式并代入題給數(shù)據(jù)得

x=lm⑤

（ii）設(shè)激光束在水中與豎直方向的夾角為45。時，從水面出射的方向與豎直方向夾角為L由折

射定律有

sinz'="sin45°⑥

設(shè)船向左行駛的距離為x',此時光束從水面射出的點到桅桿的水平距離為x'∣,到尸點的水平距離

為X'2,則

%+%=V+x⑦

i=tanz'

h'⑧

—=tan450

出⑨

聯(lián)立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入題給數(shù)據(jù)得

X,=（6及-3）m=5.5m⑩

T

t——

解析：（1）A、由圖（b）可知，在2時刻，質(zhì)點正在向y軸負(fù)方向振動，而從圖（a）可知，

T

質(zhì)點Q在2正在向y軸正方向運(yùn)動，故A錯誤；

L工

B、由5的波形圖推知，，=°時刻，質(zhì)點P正位于波谷，速率為零；質(zhì)點Q正在平衡位置，

故在r=°時刻，質(zhì)點P的速率小于質(zhì)點Q,故B錯誤；

C、0=°時刻，質(zhì)點P正位于波谷，具有沿y軸正方向最大加速度，質(zhì)點Q在平衡位置，加速度

為零，故C正確；

D、'=（）時刻，平衡位置在坐標(biāo)原點處的質(zhì)點，正處于平衡位置，沿y軸正方向運(yùn)動，跟（b）圖

吻合，故D正確；

E、r=°時刻，質(zhì)點