高三物理二輪復(fù)習(xí) 第1部分 專題突破篇 專題16 振動和波動 光及光的本性教師用書

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專題十六振動和波動光及光的本性考點(diǎn)1| 振動和波動的綜合應(yīng)用難度：中檔題 題型：選擇題和計(jì)算題，五年10考(2013全國卷T34(1)如圖1所示，一輕彈簧一端固定，另一端連接一物塊構(gòu)成彈簧振子，該物塊是由a、b兩個小物塊粘在一起組成的物塊在光滑水平面上左右振動，振幅為A0，周期為T0.當(dāng)物塊向右通過平衡位置時，a、b之間的粘膠脫開；以后小物塊a振動的振幅和周期分別為A和T，則A_A0(填“”、“”、“”或“”)圖1【解題關(guān)鍵】關(guān)鍵語句信息解讀振幅振幅表示振動強(qiáng)弱，與能量有關(guān)周期只取決于振子質(zhì)量和彈簧勁度系數(shù)即T2【解析】當(dāng)彈簧振子通過平衡位置時，a、b之間粘膠脫開，a、b由于慣性繼續(xù)向右運(yùn)動，彈簧伸長，對物塊有向左的拉力，物塊a向右做減速運(yùn)動，動能減少，物塊b在光滑水平面上做勻速直線運(yùn)動，動能不變，由能量守恒定律知只有物塊a減少的動能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能，所以彈簧的最大伸長量減小，故振幅減小振動中振子的質(zhì)量變小，振子的周期變小【答案】(2016全國乙卷T34(1)(多選)某同學(xué)漂浮在海面上，雖然水面波正平穩(wěn)地以1.8 m/s的速率向著海灘傳播，但他并不向海灘靠近該同學(xué)發(fā)現(xiàn)從第1個波峰到第10個波峰通過身下的時間間隔為15 s下列說法正確的是_A水面波是一種機(jī)械波B該水面波的頻率為6 HzC該水面波的波長為3 mD水面波沒有將該同學(xué)推向岸邊，是因?yàn)椴▊鞑r能量不會傳遞出去E水面波沒有將該同學(xué)推向岸邊，是因?yàn)椴▊鞑r振動的質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移【解題關(guān)鍵】解答本題時應(yīng)從以下兩點(diǎn)進(jìn)行分析：(1)理解振動和波動的關(guān)系(2)掌握波長、波速和頻率的關(guān)系A(chǔ)CE水面波是一種機(jī)械波，說法A正確根據(jù)題意得周期T s s，頻率f0.6 Hz，說法B錯誤波長m3 m，說法C正確波傳播過程中，傳播的是振動形式，能量可以傳遞出去，但質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移，說法D錯誤，說法E正確(2016全國甲卷T34(2)一列簡諧橫波在介質(zhì)中沿x軸正向傳播，波長不小于10 cm.O和A是介質(zhì)中平衡位置分別位于x0和x5 cm處的兩個質(zhì)點(diǎn)t0時開始觀測，此時質(zhì)點(diǎn)O的位移為y4 cm，質(zhì)點(diǎn)A處于波峰位置；t s時，質(zhì)點(diǎn)O第一次回到平衡位置，t1 s時，質(zhì)點(diǎn)A第一次回到平衡位置求：(1)簡諧波的周期、波速和波長；(2)質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時間變化的關(guān)系式【解題關(guān)鍵】機(jī)械波的各質(zhì)點(diǎn)都在做簡諧運(yùn)動，位移與時間關(guān)系為yAsin(t)【解析】(1)設(shè)振動周期為T.由于質(zhì)點(diǎn)A在0到1 s內(nèi)由最大位移處第一次回到平衡位置，經(jīng)歷的是個周期，由此可知T4 s由于質(zhì)點(diǎn)O與A的距離5 cm小于半個波長，且波沿x軸正向傳播，O在t s時回到平衡位置，而A在t1 s時回到平衡位置，時間相差 s兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置的距離除以傳播時間，可得波的速度v7.5 cm/s利用波長、波速和周期的關(guān)系得，簡諧波的波長30 cm.(2)設(shè)質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時間變化的關(guān)系為yAcos將式及題給條件代入上式得解得0，A8 cm質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時間變化的關(guān)系式為y0.08cos(國際單位制)或y0.08sin(國際單位制)【答案】(1)4 s7.5 cm/s30 cm(2)y0.08cos(國際單位制)或y0.08sin(國際單位制)解決動態(tài)平衡問題方法的選取1高考考查特點(diǎn)本考點(diǎn)是高考的重點(diǎn)，考向主要有：(1)簡諧運(yùn)動的特征；(2)機(jī)械波的傳播規(guī)律；(3)單擺振動的規(guī)律2解題常見誤區(qū)及提醒(1)誤認(rèn)為波的傳播速度與質(zhì)點(diǎn)振動速度相同；(2)誤認(rèn)為波的位移與質(zhì)點(diǎn)振動位移相同；(3)實(shí)際上每個質(zhì)點(diǎn)都以它的平衡位置為中心振動，并不隨波遷移考向1機(jī)械振動1如圖2所示為同一地點(diǎn)的兩單擺甲、乙的振動圖象，下列說法中正確的是 () 【導(dǎo)學(xué)號：37162086】圖2A甲、乙兩單擺的擺長相等B甲擺的振幅比乙擺大C甲擺的機(jī)械能比乙擺大D在t0.5 s時有正向最大加速度的是乙擺E由圖象可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣華BD由題圖看出，兩單擺的周期相同，同一地點(diǎn)g相同，由單擺的周期公式T2知，甲、乙兩單擺的擺長l相等，故A正確；甲擺的振幅為10 cm，乙擺的振幅為7 cm，則甲擺的振幅比乙擺大，故B正確；盡管甲擺的振幅比乙擺大，兩擺的擺長相等，但由于兩擺的質(zhì)量未知，無法比較機(jī)械能的大小，故C錯誤；在t0.5 s時，甲擺經(jīng)過平衡位置，振動的加速度為零，而乙擺的位移為負(fù)的最大，則乙擺具有正向最大加速度，故D正確；由單擺的周期公式T2得g，由于單擺的擺長不知道，所以不能求得重力加速度，故E錯誤考向2機(jī)械波2如圖3所示，一列沿x軸正向傳播的簡諧橫波，當(dāng)波傳到O點(diǎn)時開始計(jì)時，t7.0 s時剛好傳到x3.5 m處下列判斷正確的是()甲乙圖3A波源的起振方向向下B該波的波速為2 m/sC波源的振動頻率為0.25 HzD再經(jīng)過1.0 s，x1.8 m處質(zhì)點(diǎn)通過路程是20 cmE該波的波長為2 mACEx3.5 m處質(zhì)點(diǎn)起振方向豎直向下，可知波源的起振方向也豎直向下，A正確；由v得v m/s0.5 m/s，B錯誤；由圖可知，tT，解得T4 s，f0.25 Hz，C正確；t1.0 s，x1.8 m處質(zhì)點(diǎn)通過的路程一定大于20 cm，D錯誤由圖知E正確考向3振動和波動的綜合應(yīng)用3(多選)圖4甲為一列簡諧橫波在t2 s時的波形圖，圖(乙)為媒質(zhì)中平衡位置在x1.5 m處的質(zhì)點(diǎn)的振動圖象，P是平衡位置為x2 m的質(zhì)點(diǎn)下列說法正確的是()甲乙圖4A波速為0.5 m/sB波的傳播方向向右C02 s時間內(nèi)，P運(yùn)動的路程為8 cmD02 s時間內(nèi)，P向y軸正方向運(yùn)動Et7 s時，P恰好回到平衡位置ACE由題圖甲讀出波長2.0 m，由題圖乙讀出周期T4 s，則v0.5 m/s，選項(xiàng)A正確；題圖甲是t2 s時的波形圖，題圖乙是x1.5 m處質(zhì)點(diǎn)的振動圖象，所以該質(zhì)點(diǎn)在t2 s時向下振動，所以波向左傳播，選項(xiàng)B錯誤；在02 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)P由波峰向波谷振動，通過的路程s2A8 cm，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯誤；t7 s時，P點(diǎn)振動了個周期，所以這時P點(diǎn)位置與tT3 s時位置相同，即在平衡位置，所以選項(xiàng)E正確4(2015全國卷T34(2)平衡位置位于原點(diǎn)O的波源發(fā)出的簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿水平x軸傳播，P、Q為x軸上的兩個點(diǎn)(均位于x軸正向)，P與O的距離為35 cm，此距離介于一倍波長與二倍波長之間已知波源自t0時由平衡位置開始向上振動，周期T1 s振幅A5 cm.當(dāng)波傳到P點(diǎn)時，波源恰好處于波峰位置；此后再經(jīng)過5 s，平衡位置在Q處的質(zhì)點(diǎn)第一次處于波峰位置求：(1)P、Q間的距離；(2)從t0開始到平衡位置在Q處的質(zhì)點(diǎn)第一次處于波峰位置時，波源在振動過程中通過的路程 【導(dǎo)學(xué)號：37162087】【解析】(1)由題意，O、P兩點(diǎn)間的距離與波長之間滿足OP波速v與波長的關(guān)系為v在t5 s的時間間隔內(nèi)，波傳播的路程為vt.由題意有vtPQ式中，PQ為P、Q間的距離由式和題給數(shù)據(jù)，得PQ133 cm.(2)Q處的質(zhì)點(diǎn)第一次處于波峰位置時，波源運(yùn)動的時間為t1tT波源從平衡位置開始運(yùn)動，每經(jīng)過，波源運(yùn)動的路程為A.由題給條件得t125故t1時間內(nèi)，波源運(yùn)動的路程為s25A125 cm.【答案】(1)133 cm(2)125 cm巧解兩種圖象綜合問題的“1分、1看、2找”1分：分清振動圖象與波動圖象，此問題最簡單，只要看清橫坐標(biāo)即可，橫坐標(biāo)為x則為波動圖象，橫坐標(biāo)為t則為振動圖象1看：看清橫、縱坐標(biāo)的單位，尤其要注意單位前的數(shù)量級2找：(1)找準(zhǔn)波動圖象對應(yīng)的時刻(2)找準(zhǔn)振動圖象對應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)考點(diǎn)2| 光的折射、全反射和光的本性難度：中高檔題 題型：選擇題 填空題 計(jì)算題，五年10考(2015全國卷T34(1) (多選)如圖5所示，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃磚底面上的入射角為，經(jīng)折射后射出a、b兩束光線則_圖5A在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度B在真空中，a光的波長小于b光的波長C玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率D若改變光束的入射方向使角逐漸變大，則折射光線a首先消失E分別用a、b光在同一個雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置上做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距【解題關(guān)鍵】(1)根據(jù)偏折程度，判斷光的折射率(2)根據(jù)折射率判斷波長、傳播速度和臨界角的關(guān)系(3)思考雙縫干涉中條紋間距的表達(dá)式ABD通過光路圖可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃磚對a光的折射率大于b光的折射率，選項(xiàng)C錯誤a光的頻率大于b光的頻率，波長小于b光的波長，選項(xiàng)B正確由n知，在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度，選項(xiàng)A正確入射角增大時，折射率大的光線首先發(fā)生全反射，a光首先消失，選項(xiàng)D正確做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時，根據(jù)x得a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距，選項(xiàng)E錯誤(2016全國乙卷T34(2)如圖6所示，在注滿水的游泳池的池底有一點(diǎn)光源A，它到池邊的水平距離為3.0 m從點(diǎn)光源A射向池邊的光線AB與豎直方向的夾角恰好等于全反射的臨界角，水的折射率為.圖6(1)求池內(nèi)的水深；(2)一救生員坐在離池邊不遠(yuǎn)處的高凳上，他的眼睛到池面的高度為2.0 m當(dāng)他看到正前下方的點(diǎn)光源A時，他的眼睛所接受的光線與豎直方向的夾角恰好為45.求救生員的眼睛到池邊的水平距離(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)【解題關(guān)鍵】(1)幾何光學(xué)一定要注意幾何關(guān)系的應(yīng)用(2)根據(jù)題意畫出正確的光路圖(3)根據(jù)光路圖找出所需的各種幾何關(guān)系【解析】(1)如圖，設(shè)到達(dá)池邊的光線的入射角為i，依題意，水的折射率n，光線的折射角90.由折射定律有nsin isin 由幾何關(guān)系有sin i式中，l3.0 m，h是池內(nèi)水的深度聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得h m2.6 m(2)設(shè)此時救生員的眼睛到池邊的距離為x.依題意，救生員的視線與豎直方向的夾角為45 .由折射定律有nsin isin 式中，i是光線在水面的入射角設(shè)池底點(diǎn)光源A到水面入射點(diǎn)的水平距離為a.由幾何關(guān)系有sin ixlah式中h2 m聯(lián)立式得xm0.7 m【答案】(1)2.6 m(2)0.7 m解決動態(tài)平衡問題方法的選取1高考考查特點(diǎn)(1)光在不同介質(zhì)中傳播時對折射定律與反射定律應(yīng)用的考查；(2)光在不同介質(zhì)中傳播時有關(guān)全反射的考查；(3)光在介質(zhì)中傳播時臨界光線的考查2解題常見誤區(qū)及提醒(1)審清題意，規(guī)范、準(zhǔn)確地畫出光路圖是解決幾何光學(xué)問題的前提和關(guān)鍵(2)從光路圖上找準(zhǔn)入射角、折射角、臨界角是正確解決問題的切入點(diǎn)(3)必要時可應(yīng)用光路可逆進(jìn)行輔助考向1光的折射率的計(jì)算5(2014全國卷T34(2)一厚度為h的大平板玻璃水平放置，其下表面貼有一半徑為r的圓形發(fā)光面在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片，圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線上已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射)，求平板玻璃的折射率【解析】根據(jù)全反射定律，圓形發(fā)光面邊緣發(fā)出的光線射到玻璃板上表面時入射角為臨界角(如圖所示)設(shè)為，且sin .根據(jù)幾何關(guān)系得：sin 而LRr聯(lián)立以上各式，解得n.【答案】考向2光的折射、全反射綜合應(yīng)用6圖示為一光導(dǎo)纖維(可簡化為一長玻璃絲)的示意圖，玻璃絲長為L，折射率為n，AB代表端面已知光在真空中的傳播速度為c.(1)為使光線能從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣?，求光線在端面AB上的入射角應(yīng)滿足的條件；(2)求光線從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣嫠璧淖铋L時間【解析】(1)設(shè)光線在端面AB上C點(diǎn)(見圖)的入射角為i，折射角為r，由折射定律有sin insin r設(shè)該光線射向玻璃絲內(nèi)壁D點(diǎn)的入射角為，為了使該光線可在此光導(dǎo)纖維中傳播，應(yīng)有式中，是光線在玻璃絲內(nèi)發(fā)生全反射時的臨界角，它滿足nsin 1由幾何關(guān)系得r90由式得sin i.(2)光在玻璃絲中傳播速度的大小為v光速在玻璃絲軸線方向的分量為vzvsin 光線從玻璃絲端面AB傳播到其另一端面所需時間為T光線在玻璃絲中傳播，在剛好發(fā)生全反射時，光線從端面AB傳播到其另一端面所需的時間最長，由式得Tmax.【答案】(1)sin i(2)7桌面上有一玻璃圓錐，圓錐的軸(圖中的虛線)與桌面垂直，過軸線的截面為等邊三角形，此三角形的邊長為L，如圖8所示有一半徑為的圓柱形平行光束垂直底面射到圓錐上，光束的中心軸與圓錐的軸重合已知玻璃圓錐的折射率為，求：圖8(1)光在玻璃圓錐中的傳播速度；(2)光束在桌面上形成光斑的面積【解析】(1)由n解得v1.73108 m/s.(2)光路如圖，由幾何知識可得，光束邊緣光線在側(cè)面上的入射角160由n得折射角230 又因?yàn)镺AOBE為等邊三角形，所以BELOA光斑半徑R所以光斑面積SR2.【答案】(1)1.73108 m/s(2)考向3光的本性8(多選)如圖9所示，兩束單色光a、b從水下射向A點(diǎn)后，光線經(jīng)折射合成一束光c，則下列說法中正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：37162088】圖9A用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置分別以a、b光做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距B用a、b光分別做單縫衍射實(shí)驗(yàn)時，它們的衍射條紋寬度都是均勻的C在水中a光的速度比b光的速度小Da光在水中的臨界角大于b光在水中的臨界角Ea光的頻率小于b光的頻率ADE由題圖可判斷a光的折射率小、頻率小、波長長，因此同一裝置下的干涉條紋間距大，故A、E正確衍射條紋都是不均勻的，故B錯誤由v知，a光在水中的傳播速度大，故C錯誤由sin C知，a光在水中的臨界角大，故D正確9(多選)下列說法正確的是()A在水中的魚斜向上看岸邊的物體時，看到的物體將比物體所處的實(shí)際位置高B光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段，光纖內(nèi)芯的折射率比外殼的大C水中的氣泡，看起來特別明亮是因?yàn)楣饩€從氣泡中射向水中時，一部分光在界面上發(fā)生了全反射D全息照相主要是利用了光的衍射現(xiàn)象E沙漠蜃景和海市蜃樓都是光的全反射現(xiàn)象 ABEA選項(xiàng)中，畫光路圖可知在水中的魚斜向上看岸邊的物體時，看到的物體比物體所處的實(shí)際位置高，A選項(xiàng)正確光纖通信是利用全反射的原理工作的，而發(fā)生全反射時必須是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，所以光纖內(nèi)芯的折射率比外殼的大，B選項(xiàng)正確水中的氣泡看起來特別亮是因?yàn)楣鈴乃猩湎驓馀輹r，一部分光在界面上發(fā)生了全反射，而不是光從氣泡射向水中，C選項(xiàng)是錯誤的全息照相主要是利用了光的干涉現(xiàn)象，因此D選項(xiàng)是錯誤的沙漠蜃景和海市蜃樓都是光的全反射現(xiàn)象，E選項(xiàng)是正確的