专题12 机械波 光 专项提升练 -2024届高考物理三轮复习情境试题习题+答案

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科技情境类试题频繁出现在高考物理试题和一些省市的模拟试题中，这类试题以科技领域的真实情境为测试载体，以物理学科核心素养为测试宗旨，聚焦关键能力、学科素养和思维品质的考查，能较好地契合新课程改革理念及新高考评价体系的要求，也能反映科技领域最新的研究成果，从而引导考生树立民族自信心与自豪感。
一．横波的图像
1．（2024•天心区校级二模）“地震预警”是指在地震发生以后，抢在地震波传播到受灾地区前，向受灾地区提前几秒至数十秒发出警报，通知目标区域从而实现预警。科研机构对波的特性展开研究，如图甲所示为研究过程中简谐波t＝0时刻的波形图，M是此波上的一个质点，平衡位置处于4m处，图乙为质点M的振动图像，则（ ）
A．该列波的传播方向沿x轴负向传播
B．该列波的传播速度为4m/s
C．质点M在7s内通过的路程为270cm
D．质点M在2s内沿x轴运动了8m
【解答】解：A、由图乙可知，t＝0时刻，质点M向上振动。在甲图上，根据波形平移法可知该波沿x轴负方向传播，故A正确；
B、由甲图可知λ＝4m，由图乙可知T＝2s，则该波的传播速度为v=λT=42m/s=2m/ss，故B错误；
C、由于t＝7s＝3T+12T，所以质点M在7s内通过的路程为s＝3×4A+2A＝14A＝14×20cm＝280cm，故C错误；
D、简谐波沿x轴负方向传播，质点M只在平衡位置上下振动，并不会随波迁移，故D错误。
故选：A。
2．（2023•琼山区校级三模）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形成B超图像。如图为血管探头沿x轴正方向发送的简谐超声波图像，t＝0时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的周期为1×10﹣7s，下列说法正确的是（ ）
A．质点M开始振动的方向沿y轴正方向
B．0～1.25×10﹣7s内质点M运动的位移为0.4mm
C．超声波在血管中的传播速度为1.4×103m/s
D．t＝2.0×10﹣7s时质点N恰好处于波谷
【解答】解：A、超声波沿x轴正方向，根据波形平移法可知，质点M开始振动的方向沿y轴负方向，故A错误；
B、超声波的周期为T＝1×10﹣7s，t＝1.25×10﹣7s=54T，因此0～1.25×10﹣7s内M的位移为﹣0.4mm，故B错误；
C、超声波在血管中的传播速度为v=λT=14×10−51×10−7m/s＝1.4×103m/s，故C正确；
D、在t＝2.0×10﹣7s时间内，波传播的距离为x＝vt＝1.4×103×2.0×10﹣7m＝2.8×10﹣4m，即x＝7×10﹣2mm处质点的振动形式传播到N点，则t＝2.0×10﹣7s时质点N恰好处于波峰，故D错误。
故选：C。
（多选）3．（2024•和平区一模）如图甲所示，战斗绳是健身房健训练项目之一，训练时，手持绳的一端上下甩动形成的绳波可简化为简谐横波，手的平衡位置在x＝0处，手从平衡位置开始甩动时开始计时，t＝0.4s时绳的波形图如图乙所示，此时绳波刚好传播到x＝6m处，下列说法正确的是（ ）
A．绳波传播的速度大小为15m/s
B．手从平衡位置起振方向沿y轴正方向
C．t＝0.6s时，x＝0.5m处的质点的位移为﹣15cm
D．x＝3m处的质点在此过程中通过的路程为1.2m
【解答】解：A、由题图可知λ＝6m，波速v=xt=60.4m/s=15m/s，则波的周期T=λv=615s=0.4s，故A正确；
B、该波向右传播，根据同侧法可知x＝6m处质点的起振方向沿y轴负方向，手从平衡位置起振方向沿y轴正方向，故B错误；
C、t＝0.6s时，x＝0.5m处的质点的位移为x=−12A=−12×30cm=−15cm，故C正确；
D、绳波第一次从x＝0处传到x＝6m处的过程中，x＝3m处的质点只振动了半个周期，其路程s＝2A＝2×30cm＝60cm，故D错误。
故选：AC。
（多选）4．（2024•河南模拟）带操是一项艺术体操项目。在奥运会上运动员手持带棍，以腕为轴做上下或左右的连续小摆动的动作，使带形成如图甲所示的波浪图形。某段时间内带的波形可看作一列简谐波沿x轴方向传播，t＝0时刻的波形图如图乙所示，此后质点N比质点M提前0.8s回到平衡位置，则下列说法正确的是（ ）
A．波沿x轴正方向传波B．简谐波的波速为5m/s
C．简谐波的周期为1.2sD．质点N的振幅为10cm
【解答】解：A、因质点N比质点M提前0.8s回到平衡位置，可知t＝0时刻N点振动方向向下，根据同侧法可知简谐波沿x轴负方向传播，故A错误；
BC、由图示时刻的波形图，坐标1m和坐标5m位移等高，中点坐标为3m，则波长为λ＝4×3m＝12m。由题意可知：T3=0.8s，可得T＝2.4s，则简谐波的波速为v=λT=122.4m/s=5m/s，故B正确，C错误；
D、由y=Asin2π12x(cm)，当x＝1m时y＝5cm，代入可得：5=Asinπ6，解得简谐波的振幅为：A＝10cm，故D正确。
故选：BD。
（多选）5．（2024•昌乐县校级模拟）“战绳“是一种时尚的健身器材，有较好的健身效果。如图甲所示，健身者把两根相同绳子的一端固定在P点，用双手分别握住绳子的另一端，然后根据锻炼的需要以不同的频率、不同的幅度上下抖动绳子，使绳子振动起来。某次锻炼中，健身者以2Hz的频率开始抖动绳端，t＝0时，绳子上形成的简谐波的波形如图乙所示，a、b为右手所握绳子上的两个质点，二者平衡位置间距离为波长的23，此时质点a的位移为82cm。已知绳子长度为12m，下列说法正确的是（ ）
A．a、b两质点振动的相位差为43π
B．t=18s时，质点a的位移仍为82cm，且速度方向向下
C．健身者增大抖动频率，将减少振动从绳子端点传播到P点的时间
D．健身者抖动绳子端点（刚开始处于平衡位置），经过0.4s振动恰好传到P点
【解答】解：A.a、b两质点平衡置间距离为波长的23，一个周期波前进一个波长的距离，所以两质点振动的相位差为Δφ＝2π×23λλ=43π，故A正确；
B.质点振动周期为T=1f=12s＝0.5s，t＝0时质点a的位移为8 2cm，根据甲图可知a此刻在平衡位置上方，向上振动；根据乙图图线可知a的振动方程为ya＝16sin （4πt+π4）
将t=18s=T4代入可得
y'a＝82cm
由振动规律知18s时刻a在平衡位置上，质点a的位移仍为82cm，振动方向向下，故B正确；
C.波的传播速度由介质决定，介质不变，波速不变，绳子上的波形传播到P点的时间不变，与抖动频率无关，故C错误；
D.由乙图可知a、b间平衡间距大于5m，小于波长，所以波长λ＞5m，所以波从健身者传到P点所用的时间t=Lλ•T＜205×12s＝2s，故D错误。
故选：AB。
二．波长、频率和波速的关系
6．（2024•天心区校级一模）杜甫在《曲江》中写到：穿花蛱蝶深深见，点水蜻蜓款款飞。平静水面上的S处，“蜻蜓点水”时形成一列水波向四周传播（可视为简谐波），A、B、C三点与S在同一条直线上。图示时刻，A在波谷与水平面的高度差为H，B、C在不同的波峰上。已知波速为v，A、B在水平方向的距离为a，（ ）

A．A点振动频率为2va
B．到达第一个波峰的时刻，C比A滞后3va
C．从图示时刻起，经过时间2va，B、C之间的距离增大
D．从图示时刻开始计时，A点的振动方程是y=Hsin(πvat+3π2)
【解答】解：A.由图可知波长为2a，则A点振动频率为f=v2a，故A错误；
B.由图可知SA＝1.5λ，SC＝3λ，则到达第一个波峰的时刻，C比A滞后
t＝1.5T=3av
故B错误；
C.B、C只能竖直方向振动，距离不变，故C错误；
D.质点的振动角频率为ω=2πT=πva
从图示时刻开始计时，A点的振动方程是
y=Hsin(πvat+3π2)
故D正确。
故选：D。
7．（2023•茂名二模）如图甲，2023年春晚创意节目《满庭芳•国色》中的水袖舞文化在我国源远流长。其简化模型如下：材质不同的重水袖A和轻水袖B连接在一起，放在光滑水平玻璃上。某时刻在重水袖A左端抖动产生如图乙所示波形，下列说法正确的是（ ）
A．振幅越大，则波速越小
B．重水袖上某点一个周期内通过的路程等于波长
C．波在A、B中传播的速度一定相等
D．波在A、B中传播的频率相等
【解答】解：ACD．机械波的波速仅由介质决定，与振幅无关，则介质一定时，振幅变大，但波速不变。波的频率仅由波源决定，机械波从一种介质中进入另一种介质时，其频率不变，波速改变，可见机械波在A、B中传播的频率相等，波速不相等，故AC错误，D正确；
B．重水袖上某点在平衡位置上下振动，一个周期内通过的路程为4倍振幅，而这一个周期内机械波传播的距离为一个波长，所以重水袖上某点通过的路程和波长并无关系，故B错误。
故选：D。
8．（2023•坪山区校级模拟）如图甲，水袖舞是中国京剧的特技之一，2023年春晚创意节目《满庭芳•国色》中的水袖舞给观众带来了一场绝美的视觉盛宴。如图乙，水袖由厚薄程度不同的重水袖和轻水袖连接而成。如图丙，某同学为研究重水袖和轻水袖传播机械波的情况，将水袖拉直平放在光滑水平面上，在水袖方向和垂直水袖方向的水平面内建立坐标系，交界点O为坐标原点，P为轻水袖上0.70m处的一个点。某时刻对交界点施加一个外力，使此交界点沿y方向振动，并在两边水袖上形成两列沿x轴传播的简谐波。t＝0时，交界点O从平衡位置开始向y轴正方向运动，t＝2.25s时，O点第3次到达波峰，P点第一次经过平衡位置向下运动，则下列说法正确的是（ ）
A．波在重水袖上传播的波速等于在轻水袖上传播的波速
B．两列波的传播周期相同
C．在重水袖上各质点的振幅低于在轻水袖上各质点的振幅
D．在轻水袖上传播的波速为0.3m/s
【解答】解：A．波速由介质决定，不同介质中波速不同，故波在重水袖上传播的波速与在轻水袖上传播的波速不同，故A错误；
B．同一机械波在不同介质传播，频率不变，根据T=1f可知，两列波的传播周期相同，故B正确；
C．振波由波携带的能量决定。同一波，携带能量相同，故无论是在重水袖上的各质点还是轻水袖上各质点振幅均应相同，故C错误；
D．交界点O点第3次到达波峰，有
t=214T
代入数据解得
T＝1s
P点第一次经过平衡位置向下运动是P点起振后T2，机械波运动至P点时有
x=v(t−T2)
代入数据解得
v＝0.4m/s
故D错误。
故选：B。
三．波的干涉现象
9．（2024•雨花区校级模拟）现在的智能手机大多有“双MIC降噪技术”，简单说就是在通话时，辅助麦克风收集背景音，与主麦克风音质信号相减来降低背景噪音。图甲是原理简化图，图乙是理想状态下的降噪过程，实线表示环境噪声声波，虚线表示降噪系统产生的等幅降噪声波，则下列说法正确的是（ ）
A．降噪过程应用的是声波的衍射原理
B．理想状态下，降噪声波与环境噪声声波的传播速度大小相等，波长相等
C．P点处的质点经过一个周期振动所产生的路程为4A（A为降噪声波的振幅）
D．P点处的质点经过一个周期向外迁移的距离为一个波长
【解答】解：AB．由图可看出，理想状态下降噪声波与环境声波波长相等，波速相等，则频率相同，叠加时产生干涉现象，由于两列声波等幅反相，振动减弱，起到降噪作用，所以降噪过程应用的是声波的干涉原理，故A错误，B正确；
C．图乙所示，此时介质中的质点P处于平衡位置，但因为两列声波等大反向，所以合振幅为零，故质点P静止不动，路程为零，故C错误；
D．波传播时，质点不随波移动，只在平衡位置附近振动，则P点并不随波移动，故D错误。
故选：B。
10．（2024•佛山一模）主动降噪耳机能根据环境中的噪声（纵波）产生相应的降噪声波，降噪声波与环境噪声同时传入人耳，两波相互叠加，达到降噪的目的。下列说法正确的是（ ）
A．降噪声波与环境噪声的波长相同
B．耳膜振动方向与环境噪声传播方向垂直
C．降噪声波和环境噪声发生干涉，耳膜振动加强
D．环境噪声频率越高，从耳机传播到耳膜的速度越快
【解答】解：A、降噪声波与环境噪声叠加后实现降噪，根据波的干涉条件可知，降噪声波与环境噪声频率相同，又在同一介质中传播，速度相同，则波长相同，故A正确；
B、噪声属于纵波，纵波的振动方向与传播方向在同一直线上，所以噪声到达耳膜处引起的耳膜的振动方向与环境噪声传播方向在同一直线上，故B错误；
C、降噪声波和环境噪声发生干涉，为了达到降噪的目的，耳膜振动应该减弱，故C错误
D、声波传播的速度取决于介质，与其频率无关，故D错误；
故选：A。
11．（2024•黑龙江一模）一般来说现在的手机上都会有2个麦克风，一个比较大的位于手机下方，另一个一般位于手机顶部。查阅手机说明后知道手机内部上麦克风为降噪麦克风。进一步翻阅技术资料得知：降噪麦克风通过降噪系统产生与外界噪音相位相反的声波，从而实现降噪的效果。如图是理想情况下的降噪过程，实线对应环境噪声，虚线对应降噪系统产生的等幅反相声波。下列错误的是（ ）
A．降噪过程实际上是声波发生了干涉
B．降噪过程本质上是两列声波相遇时叠加的结果
C．降噪声波与环境噪声的传播速度一定相等
D．P点经过一个周期沿波的传播方向传播的距离为一个波长
【解答】解：
A.依题意，降噪过程，应用了波的干涉原理，故A正确；
B.依题意，降噪过程，应用了波的干涉原理，本质上是两列声波相遇时叠加的结果，故B正确；
C.机械波传播速度由介质决定，降噪声波与环境噪声的传播速度一定相等，故C正确；
D.P点不随波移动，故D错误；
本题选错误的，故选：D。
四．光的折射及折射定律
12．（2024•厦门模拟）2024年春节，厦门在赏笃湖举办了多场灯光展。如图所示为白鹭女神雕像灯光秀，展现了厦门的历史、文化和未来愿景。以下说法正确的是（ ）
A．红光的频率比蓝光的高
B．红光从湖水进入空气后传播速度变慢
C．在湖水中传播时，红光的速度比蓝光大
D．从岸上看到湖水中彩灯的位置比实际位置深
【解答】解：A、红光的频率比蓝光的低，故A错误；
B、红光从湖水进入空气后传播速度变快，故B错误；
C、红光的折射率比蓝光的小，由v=cn分析可知在湖水中传播时，红光的速度比蓝光大，故C正确；
D、彩灯发出的光线从湖水进入空气时发生折射，折射角大于入射角，人逆着折射光线看去看到湖水中彩灯的位置比实际位置浅，故D错误。
故选：C。
13．（2024•湖北二模）如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日晕是日光通过卷层云时，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上时的光路图，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．a光的频率比b光的频率大
B．在冰晶中，b光的传播速度较小
C．用同一装置做单缝衍射实验，b光中央亮条纹更宽
D．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
【解答】解：AB、太阳光射入六角形冰晶时，a光的折射角大于b光的折射角，由折射定律可知六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，a光的频率比b光的频率小，由v=cn，故b光的传播速度较小，故A错误，B正确；
C、由于c＝λf，所以a光的波长大于b光的波长，根据单缝衍射实验中，入射光的波长越长，中央亮条纹越宽，故a光中央亮条纹更宽，故C错误；
D、由临界角公式sinC=1n，a光的折射率小，a光的临界角大，故D错误；
故选：B。
14．（2023•福建模拟）第四届中国质量获奖者—福耀集团生产的汽车玻璃以其超高的品质取得了世界八大汽车厂商的认证。参加社会实践的某高中学生利用所学的光学知识测出了一款汽车玻璃样品的折射率。如图所示，学生将一束光线以入射角θ＝60°从空气射向厚度h＝0.1m的平行板玻璃，测出下界面出射光线的出射点与上界面入射光线的法线之间的距离d＝0.05m。则此玻璃的折射率n为（ ）
A．3B．62C．152D．33
【解答】解：由几何关系sinα=dd2+ℎ2，代入数据sin=15
根据折射定律，玻璃的折射率n=sinθsinα=3215=152，故ABD错误，C正确。
故选：C。
（多选）15．（2024•吕梁一模）某款手机防窥屏的原理如图所示；在透明介质中有相互平行排列的吸光屏障；屏障垂直于屏幕，改变某些条件时可实现对像素单元可视角度θ的控制，已知相邻两屏障间距离为L，透明介质折射率为2，发光像素单元紧贴防窥屏的下表面，可视为点光源，位于相邻两屏障的正中间，下列说法正确的是（ ）
A．防窥屏的厚度越大，可视角度θ越大
B．屏障的高度d越大，可视角度θ越小
C．透明介质的折射率越大，可视角度θ越小
D．当可视角度θ＝90°时，屏障高度为32L
【解答】解：A、根据几何关系可知，可视角度θ与防窥屏的厚度无关，即防窥屏的厚度大，可视角度θ不变，故A错误；
B、屏障的高度d越大，光线射到界面的入射角越小，则在空气中的折射角越小，则可视角度θ越小，故B正确；
C、透明介质的折射率越大，则在空气中的折射角越大，则可视角度θ越大，故C错误；
D、可视角度θ＝90°时，根据透明介质的折射率为n=sinisinγ=2，可得光线在透明介质中的入射角为30°
根据几何关系得屏障高度为d=L2tan（90°﹣30°）=32L，故D正确
故选：BD。
五．全反射
16．（2024•大足区校级模拟）在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，水球半径为0.1m，气泡半径为0.05m，在过球心O的平面内，某单色光以53°的入射角射入水球中，已知该单色光在水中的折射率是43，sin53°=0.8，光速c＝3.0×108m/s（不考虑光的反射）。下列说法正确的是（ ）
A．该单色光进入水球后频率减小，速度减小
B．该单色光恰好能进入气泡中
C．增大入射角，该单色光能进入气泡中
D．该单色光大约经过7.1×10﹣10s射出水球
【解答】解：A、单色光进入水球后频率不变，速度减小，故A错误；
BC、光进入水中，根据折射定律有n=sinθsinγ，解得γ＝37°，做出光路图
水球半径为0.1m，气泡半径为0.05m，由几何关系可知光不能进入水泡中，增大入射角，则折射角增大，光不能进入水泡中，故BC错误
D.根据几何关系可知光程为s＝2Rcsγ
光在水中的速度为v=cn
则时间为t=sv
代入数据解得t＝7.1×10﹣10s，故D正确。
故选：D。
17．（2024•泉州模拟）单反相机取景器的核心光学部件是一个五棱镜，如图所示，棱镜的部分角度已在图中标出。一细束光垂直AB面射入棱镜，在CD面发生全反射，然后射到DE面和EA面，最终垂直BC面射出，则棱镜对这束光的折射率（ ）
A．一定等于233B．可能小于233
C．可能大于2D．一定等于2
【解答】解：根据几何关系可知，光在DE面的入射角为：
θ＝90°﹣60°＝30°
由于光在CD面发生全反射，则临界角为：
C＜30°
根据折射率与临界角的关系式有
n=1sinC
解得：n＞2，故C正确，ABD错误；
故选：C。
18．（2023•西城区校级三模）超材料是一种人造材料，其性质不仅取决于组成成分，还取决于其基本单元结构。通过在关键物理尺度上单元结构的有序设计，超材料能实现自然材料所无法达到的超常电磁特性。
人工电磁黑洞由谐振和非谐振的超材料组成，能够螺旋式地吸收电磁波。如图甲所示，电磁黑洞直径约22厘米，包含60个同轴环，每个同轴环都由结构复杂的电路板构成。虚线外是由40个同轴环组成装置外壳，虚线内是由20个同轴环构成吸收器（中心核），光线在中心核里被转化成热能。该装置只吸收微波频段（300MHz﹣300GHz）的电磁波，吸收效果如图乙所示。通过电磁波在非均匀介质中的传播光路来类比光在引力场中的运动轨迹，电磁黑洞能够模拟黑洞的部分特性。下列说法正确的是（ ）
A．人工电磁黑洞可以吸收波长范围0.1mm～0.1m的电磁波
B．进入该装置中心核的微波在内表面不断被全反射
C．装置外壳越靠近轴心的位置折射率越大
D．速度小于光速c的β射线无法从该装置表面逃逸出去
【解答】解：A.该装置只吸收微波频段（300MHz﹣300GHz）的电磁波，对应波长为λ1=cv1=3×108300×106m=1m，λ2=cv2=3×108300×109m=1mm，人工电磁黑洞可以吸收波长范围1mm～1m的电磁波，故A错误；
B.进入该装置中心核的微波在非均匀介质中不断折射传播，将光线引至中心核，在中心核里被转化成热能，从而达到螺旋式地吸收电磁波，故B错误；
C.为将电磁波引至中心核，由于越靠近轴心位置介质的弯折程度越大，电磁波的偏折角越大，故折射率应越大，故C正确；
D.该装置只吸收的电磁波频率为波段（300MHz﹣300GHz）的电磁波，6射线能够逃出，故D错误；
故选：C。
六．光导纤维及其应用
19．（2024•二模拟）近日，工信部披露的最新数据显示，2023年我国光缆线路建设取得显著成果，新建光缆线路长度达473.8万公里，使得全国光缆线路总长度一举突破6432万公里。光缆线路主要用于光信息传输，在铺设的过程中，尽量不要弯曲。如图所示，一段折射率为n、横截面是圆面的光导纤维，截面半径为r，在铺设的过程中弯曲成了一段圆弧，圆弧的圆心到光导纤维的中心轴线的距离为R，光导纤维外部可认为是真空区域。现有一束光垂直于光导纤维左端截面射入，为了保证这束光经反射后均能从右端面射出，则光导纤维的折射率n至少为（ ）
A．RR−rB．R+rR−rC．R+rRD．R+2rR
【解答】解：如图所示。
最下端入射的光在界面的入射角最小，所以临界状态为最下端入射的光恰好不发生全反射，根据全反射临界角公式有n=1sinC
由几何关系有
sinC=R−rR+r
联立解得：n=R+rR−r，故ACD错误，B正确。
故选：B。
七．光的双缝干涉
20．（2024•武汉模拟）明代方以智在《物理小识》中记载：“凡宝石面凸则光成一条，有数棱则必有一面五色”，这描述的是光的色散现象。如图，半圆是一宝石的横截面，MN是其直径，P是圆弧上的一点。在横截面所在的平面，一束光自P点射入宝石，折射为a、b两束单色光。下列说法正确的是（ ）
A．宝石对a光的折射率比对b光的折射率大
B．在宝石中a光的传播速度比b光的传播速度小
C．若仅增大光在P点的入射角，a光可能在MN上发生全反射
D．用同一双缝干涉装置做实验，a光的干涉条纹间距比b光的干涉条纹间距大
【解答】解：A.由图可知b光的偏折更大，则b光的折射率较大，故A错误；
B.根据v=cn可知，b光的传播速度较小，故B错误；
C.结合光的可逆性可知，仅增大光在P点的入射角，a光不会在MN上发生全反射，故C错误；
D.根据干涉条纹间距公式Δx=ldλ，由于a光的波长较大，则a光的干涉条纹间距比b光的干涉条纹间距大，故D正确；
故选：D。
八．薄膜干涉
21．（2024•潍坊一模）制造半导体元件，需要精确测定硅片上涂有的二氧化硅（SiO2）薄膜的厚度。把左侧二氧化硅薄膜腐蚀成如图甲所示的劈尖，用波长λ＝630nm的激光从上方照射劈尖，观察到在腐蚀区域内有8条暗纹，且二氧化硅斜面转为平面的棱MN处是亮纹，二氧化硅的折射率为1.5。则二氧化硅薄膜的厚度为（ ）
A．1680nmB．1890nmC．2520nmD．3780nm
【解答】解：设膜厚度为d，因薄膜上下表面反射都有半波损失，斜面上有8条暗纹，MN处为亮纹，则有：2nd＝8λ，其中n是为SiO2折射率为1.50
可得：d=4λn
代入数据解得d＝1680nm。故A正确，BCD错误。
故选：A。
九．光的衍射
22．（2024•辽宁模拟）光刻机是制作芯片的核心装置，主要功能是利用光线把掩膜版上的图形印制到硅片上。如图所示，DUV光刻机使用的是深紫外线，其波长为193nm。为提高投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体以提高分辨率，则与没加入液体相比，下列说法正确的是（ ）
A．深紫外线进入液体后传播速度变大
B．传播相等的距离，深紫外线在液体中所需的时间更长
C．深紫外线光子的能量在液体中更大
D．深紫外线在液体中更容易发生衍射，能提高分辨率
【解答】解：A、光在真空中传播速度c大于在介质中传播速度v，则知深紫外线进入液体后传播速度变小，故A错误；
B、设传播L距离，在真空中的时间为t=Lc。在液体中所需的时间为t'=Lv，因v＜c，所以t′＞t，故B正确；
C、光的频率由光源决定，与介质无关，可知深紫外线进入液体频率不变，根据E＝hν可知光子的能量不变，故C错误；
D、深紫外线进入液体频率不变，传播速度变小，由v＝λf分析可知波长变短，更不容易发生明显衍射，故D错误。
故选：B。
（多选）23．（2024•河东区一模）光刻机又名“掩膜对准曝光机”，是制造芯片的核心装备，它是利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体，提高分辨率，如图所示。若浸没液体的折射率为1.7，不加液体时光刻胶的曝光波长为187nm，则加上液体后，下列说法中正确的是（ ）
A．紫外线进入液体后光子能量增加
B．紫外线在液体中的波长为110nm
C．传播相等的距离，在液体中所需的时间变为原来的1.7倍
D．“浸没式”光刻能提高分辨率是因为紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射
【解答】解：A.紫外线进入液体后，频率不变，则光子的能量不变，故A错误；
BC.由公式n=cv、λ=vf可得：v=cn，λ液=λn=1871.7nm=110nm，传播相等的距离时，紫外线在真空中传播时间为：t=xc，紫外线在液体中传播时间为：t液=xv=nxc=1.7xc=1.7t，传播相等的距离，在液体中所需的时间变为原来的1.7倍，故BC正确；
D.紫外线在液体中波长变短，由发生明显衍射的条件可知，紫外线在液体中比在空气中更不容易发生衍射，则高光刻机的分辨率就越高，故D错误。
故选：BC。
十．激光的特性和应用
24．（2024•兰州模拟）2023年诺贝尔物理学奖授予发现产生阿秒光脉冲实验方法的三位物理学家。阿秒光脉冲的产生可以分为三个过程：当强激光电场作用于原子时，电子会被电离，形成自由电子；电子在强激光电场中加速运动，并获得能量；强激光电场方向改变，使电子又回到被电离的原子（离子）中，电子多余的能量以光子辐射，形成阿秒光脉冲。下列说法正确的是（ ）
A．辐射的光子能量一定等于电子的电离能
B．辐射的光子能量越大，对应的波长越长
C．电子在强激光电场中加速获得的动能越多，光子的能量就越高
D．在强激光场作用下，若电子能回到电离前的能级，电子的总能量一定增大
【解答】解：A.由于激光能量未知，则辐射的光子能量与电子电离能的大小关系不能确定，故A错误；
B.由公式E=ℎcλ可知，光子能量越大，频率越高，波长越短，故B错误；
C.电子在激光电场中加速获得的动能越多，返回原子（离子）时的动能越大，则辐射光子的能量越高，故C正确；
D.若电子能回到电离前的能级，则电子的总能量不变，故D错误。
故选：C。