2019届二轮复习专题十　机械振动与机械波光学(选修3-4模块)课件（60张）（全国通用） 60页

专题十　机械振动与机械波 光学(选修3-4模块) 高考领航 真题剖析 备考跨越 高考领航 过真题 做笔记 真题在线 1. (2018· 全国 Ⅰ 卷 ,34) 如图 ,△ABC 为一玻璃三棱镜的横截面 ,∠A=30 ° . 一束红光垂直 AB 边射入 , 从 AC 边上的 D 点射出 , 其折射角为 60 ° , 则玻璃对红光的折射率为 　　　　 . 若改用蓝光沿同一路径入射 , 则光线在 D 点射出时的折射角 　　　　 ( 填“小于”“等于”或“大于” )60 ° .  答案 : 　 大于 内容排查: 光的折射定律□ 不同色光的折射率大小关系□ 心得笔记:       2.( 2018· 全国 Ⅱ 卷 ,34 ) 声波在空气中的传播速度为 340 m/s , 在钢铁中的传播速度为 4 900 m/s . 一平直桥由钢铁制成 , 某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音 , 分别经空气和桥传到另一端的时间之差为 1.00 s. 桥的长度为 　　　　 m. 若该声波在空气中的波长为 λ, 则它在钢铁中的波长为 λ 的 　　　　 倍 .  内容排查 : 波长、波速和频率的关系□ 心得笔记:       3.( 2018· 全国 Ⅲ 卷 ,34 ) 一列简谐横波沿 x 轴正方向传播 , 在 t=0 和 t=0.20 s 时的波形分别如图中实线和虚线所示 . 已知该波的周期 T>0.20 s. 下列说法正确的是 　　　　 .( 填正确答案标号 )  A. 波速为 0.40 m/s B. 波长为 0.08 m C.x =0.08 m 的质点在 t=0.70 s 时位于波谷 D.x =0.08 m 的质点在 t=0.12 s 时位于波谷 E. 若此波传入另一介质中其波速变为 0.80 m/s , 则它在该介质中的波长为 0.32 m 答案 : ACE 内容排查 : 波的图像的应用□       心得笔记 : 4.( 2018· 全国 Ⅲ 卷 ,34 ) 如图 , 某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“ · ”( 图中 O 点 ), 然后用横截面为等边三角形 ABC 的三棱镜压在这个标记上 , 小标记位于 AC 边上 .D 位于 AB 边上 , 过 D 点作 AC 边的垂线交 AC 于 F. 该同学在 D 点正上方向下顺着直线 DF 的方向观察 . 恰好可以看到小标记的像 ; 过 O 点作 AB 边的垂线交直线 DF 于 E;DE=2 cm,EF =1 cm. 求三棱镜的折射率 .( 不考虑光线在三棱镜中的反射 ) 解析: 过D点作AB边的法线NN′,连接OD,则∠ODN=α为O点发出的光线在D点的入射角;设该光线在D点的折射角为β,如图所示.根据折射定律有 nsin α=sin β, ① 式中n为三棱镜的折射率. β=60°, ② ∠EOF=30°, ③ 在△ OEF 中有 EF= OEsin∠EOF , ④ 由③④式和题给条件得 OE=2 cm. ⑤ 根据题给条件可知 ,△OED 为等腰三角形 , 有 α=30°, ⑥ 由①②⑥式得 n= . 答案 : 内容排查: 光的折射定律□ 折射率□       心得笔记 : (1) 波速及波的传播方向 ; 答案 : (1)18 cm/s 　沿 x 轴负方向传播 (2) 质点 Q 的平衡位置的 x 坐标 . 答案 : (2)9 cm 内容排查: 波动图像和振动图像的综合应用□       心得笔记 : 真题剖析 析真题 得技法 考向一　振动和波动的综合应用 【 典例 1】 ( 2018· 宁夏银川三模 ) 如图 ( 甲 ) 所示 , 介质中振源位于 O 点位置 , 它的振动图像如图 ( 乙 ) 所示 ,P 点距离 O 点 8 m,Q 点距离 O 点 5 m, 振源振动所形成的机械波在传播过程中两相邻波谷之间的距离为 0.8 m. 求 : (1)振源的振动方程; (2)从振源振动开始计时,P点第一次到达波谷时所需要的时间t; (3)P点第一次经过平衡位置向下运动时Q点的位置以及Q点运动的路程. 审题突破 答案 : (1)y=0.4sin 5πt(m) 　 (2)4.3 s 　 (3) 平衡位置　 6.8 m 1.简谐运动具有对称性和周期性 位移x、回复力F、加速度a、速度v都随时间按“正弦”或“余弦”规律变化,它们的周期均相同;振动质点来回通过相同的两点间所用时间相等;振动质点关于平衡位置对称的两点,x,F,a,v,动能E k ,势能E p 的大小均相等,其中F,a与x方向相反,v与x的方向可能相同也可能相反. 2.深刻理解波动中的质点振动 质点振动的周期(频率 )= 波源的周期(频率 )= 波的传播周期(频率).同一时刻分别处于波峰和波谷的两个质点振动情况一定相反 . 规律总结 3. 波的多解性 波的周期性、传播方向的双向性 , 波形的隐含性是造成波动问题多解的主要因素 . 4.“ 一分、一看、二找”巧解波动图像与振动图像的综合问题 (1) 分清振动图像与波动图像 . 只要看清横坐标即可 , 横坐标为 x 则为波动图像 , 横坐标为 t 则为振动图像 . (2) 看清横、纵坐标的单位 , 尤其要注意单位前的数量级 . (3) 找准波动图像对应的时刻 . (4) 找准振动图像对应的质点 . 【 预测练 1】 ( 多选 ) 一列机械波上的 A,B 两质点在 0 ～ 0.8 s 内的振动图像分别如图 ( 甲 ) 、 ( 乙 ) 所示 ,A,B 相距 0.7 m, 则 　　　　 .( 填正确答案标号 )  A. 该机械波的周期一定为 0.8 s B. 该机械波的波速可能为 0.2 m/s C. 该机械波的波速可能为 1 m/s D. 该机械波只能从 A 向 B 传播 E. 该机械波的波长最长为 5.6 m 答案: ACE 【 预测练 2】 有两列简谐横波 a,b 在同一介质中沿 x 轴正方向传播 , 波速均为 v=2.5 m/s , 在 t=0 时两列波的波峰正好在 x=2.5 m 处重合 , 如图所示 . 求 : 答案 : (1)1 s 　 1.6 s (1)两列波的周期T a 和T b ; 解析 : (2) 两列波波长的最小公倍数为 s=20 m 则 t=0 时 , 两列波的波峰重合的所有位置为 x=(2.5±20k)m(k=0,1,2,3, … ) 故当 k=1,t=0 时在沿 x 轴正方向上的两列波的下一个波峰重合处的位置为 x=(2.5+20)m=22.5 m. 答案 : (2)x=22.5 m (2)t=0 时在沿 x 轴正方向上两列波的下一个波峰重合处的位置 ; 答案 : (3)7 s (3) 从 t=0 开始计时 , 至少经历多长时间两列波的波峰重合出现在 x=0 处 ? 考向二　光的折射和全反射 【 典例 2】 (2018· 全国 Ⅱ 卷 ,34) 如图 ,△ABC 是一直角三棱镜的横截面 , ∠A=90 ° ,∠B=60 ° . 一细光束从 BC 边的 D 点折射后 , 射到 AC 边的 E 点 , 发生全反射后经 AB 边的 F 点射出 .EG 垂直于 AC 交 BC 于 G,D 恰好是 CG 的中点 . 不计多次反射 . (1) 求出射光相对于 D 点的入射光的偏角 ; 解析 : (1) 光线在 BC 面上折射 , 由折射定律有 sin i 1 = nsin r 1 , 式中 ,n 为棱镜的折射率 ,i 1 和 r 1 分别是该光线在 BC 面上的入射角和折射角 . 光线在 AC 面上发生全反射 , 由反射定律有 i 2 =r 2 式中 i 2 和 r 2 分别是该光线在 AC 面上的入射角和反射角 . 光线在 AB 面上发生折射 , 由折射定律有 nsin i 3 =sin r 3 式中 i 3 和 r 3 分别是该光线在 AB 面上的入射角和折射角 . 由几何关系得 i 2 =r 2 =60°,r 1 =i 3 =30° F 点的出射光相对于 D 点的入射光的偏角为 δ=(r 1 -i 1 )+(180°-i 2 -r 2 )+(r 3 -i 3 ) 联立解得 δ=60°. 答案 : (1)60 ° (2) 为实现上述光路 , 棱镜折射率的取值应在什么范围 ? 光的折射和全反射题型的分析思路 (1) 确定要研究的光线 , 有时需根据题意 , 分析、寻找临界光线、边界光线为研究对象 . (2) 找入射点 , 确认界面 , 并画出法线 . (3) 明确两介质折射率的大小关系 . ① 光疏→光密 : 定有反射、折射光线 . ② 光密→光疏 : 如果入射角大于或等于临界角 , 一定发生全反射 . (4) 根据反射定律、折射定律列出关系式 , 结合几何关系 , 联立求解 . 充分考虑三角形、圆的特点 , 运用几何图形中的角关系、三角函数、相似形、全等形等 , 仔细分析光传播过程中产生的几何关系 . 规律总结 【 预测练 3】 (2018· 黑龙江齐齐哈尔二模 ) 如图为一透明材料制成的半球形物体 , 将半球形物体竖直地固定在水平面 EF 上 , 且 AB⊥FE,O 点为半球形物体的圆心 , 虚线 OO 1 为平行于 EF 的半径 , 现有一细光束由半球形物体的右侧面斜射到球心 O 处 , 光束与 OO 1 的夹角 θ=30 ° , 该光束经半球形物体色散后 , 在水平面的 EB 间形成一彩色光带 , 经分析可知光带中各种色光的折射率界于 ≤ n≤1.6 之间 , 已知半球形物体的半径为 R=10 cm,sin 37 ° =0.60,cos 37 ° =0.80, 求 : (1)水平面上的光带宽度为多少? 答案 : (1)2.5 cm 　 (2) 现将细光束绕 O 点逆时针转动 , 当 θ 为多少度时水平面上的光带刚好完全消失 ? 答案 : (2)45 ° (1)单色光在AB面上入射角α的正弦值(结果可以用根号表示); (2)光在透明材料中传播的时间(不考虑光在BC面的反射)(结果可以用根号 表示 ). 考向三　光的波动性 【 典例 3】 某双缝干涉实验装置中的双缝 S 1 ,S 2 的间距 d=0.1 mm, 双缝到屏的距离 L=1 m, 用一束单色光照射双缝 , 结果屏上相邻两亮 ( 暗 ) 条纹的间距为 1 cm, 则单色光的波长为 　　　　 m, 如果将整个装置放在某种液态透明介质中 , 结果条纹间距变为 0.7 cm, 则透明介质对此单色光的折射率为 　　　　 ( 保留 3 位有效数字 ).  答案 : 1 × 10 -6 　 1.43 光的干涉和衍射应注意的几点 1. 光的干涉和衍射 (1) 双缝干涉和单缝衍射都是叠加的结果 , 只是干涉条纹是有限的几束光的叠加 , 而衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加 . 在双缝干涉实验中 , 光在通过其中的三个狭缝时 , 都发生了衍射而形成三个线光源 . 所以一般干涉现象中既有干涉又有衍射 . (2) 单缝衍射时 , 照射光的波长越长 , 中央亮纹越宽 , 所以衍射和干涉都能使白光发生色散现象 , 且中央白光的边缘均呈红色 . 规律总结 (3) 干涉和衍射的图样有相似之处 , 都是明暗相间的条纹 , 只是干涉条纹中条纹宽度和亮纹亮度基本相同 , 衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等 , 中央亮纹最宽最亮 . 2. 分析光的干涉现象的三点注意 (1) 干涉条件 : 频率相同、相位差恒定、振动方向在同一条直线上 . (2) 明暗条纹形成条件 Δr = kλ,k =0,1,2,3 ,… 明条纹 Δr = ( k+ ) λ,k =0,1,2,3,… 暗条纹 (2) 偏振光的产生方式 : 自然光通过起偏器 , 通过两个共轴的偏振片观察自然光 , 第一个偏振片的作用是把自然光变为偏振光 , 叫起偏器 , 第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光 , 叫检偏器 . 【预测练5】 ( 2018·四川泸州三诊 )(多选)以下关于光学现象的说法中正确的是 　　　　 .(填正确答案标号)  A.水中蓝光的传播速度比红光慢 B.光导纤维是利用光的衍射原理进行传播的 C.水中的鱼看到水面上方昆虫的位置是在实际昆虫的上方 D.分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验,用红光时得到的条纹间距更宽 E.光的偏振现象说明光是一种纵波 答案 : ACD 【 预测练 6】 (2018· 陕西宝鸡二模 )( 多选 ) 如图所示 ,△OMN 为玻璃等腰三棱镜的横截面 , a,b 两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面 MN( 两束光关于 OO′ 对称 ), 在棱镜侧面 OM,ON 上反射和折射的情况如图所示 , 下列说法正确的是 　　　　 .( 填正确答案标号 )  A. 若光束从玻璃棱镜中射向空气 , 则光束 b 容易发生全反射 B. 在玻璃棱镜中 ,a 光的传播速度小于 b 光的传播速度 C. 若保持 b 光入射点位置不变 , 将光束 b 顺时针旋转 , 则 NO 面可能有光线射出 D. 用 a,b 光在同样的装置做“双缝干涉”实验 ,a 光的条纹间距大 E. 用 a,b 照射同一狭缝 ,b 光衍射现象更明显 答案 : ACD 备考跨越 构网络 练培优 网络构建 培优精练 【 培优练 1】 ( 2018· 北京卷 ,16 ) 如图所示 , 一列简谐横波向右传播 ,P,Q 两质点平衡位置相距 0.15 m. 当 P 运动到上方最大位移处时 ,Q 刚好运动到下方最大位移处 , 则这列波的波长可能是 ( 　　 ) A.0.60 m B.0.30 m C.0.20 m D.0.15 m 答案 : B 【 培优练 2】 ( 2018· 山东烟台二模 ) 如图所示是一透明物体的横截面 , 横截面为等腰直角三角形 ABC, 边长 AB 长为 a, 底面 AC 镀有反射膜 . 今有一条光线垂直 AB 边从中点入射 , 进入透明物体后直接射到底面 AC 上 , 并恰好发生全反射 ,( 已知光在真空中的传播速度为 c) 求 : (1) 透明物体的折射率和光在透明物体内的传播时间 ; (2) 若光线从 AB 面沿平行于底面的方向射向透明物体 , 求光线最终离开透明物体时的出射角 . 答案 : (2)45 ° 【 培优练 3】 如图 ( 甲 ) 所示的单摆在竖直面内做简谐振动 ,t=0 时刻 , 在 A 点由静止释放小球 , 小球在 A,B 间做往复振动 , 其振动图像如图 ( 乙 ) 所示 , 用游标卡尺测得小球的直径 d=1 cm, 重力加速度 g=π 2 m/s 2 . (1) 写出小球做简谐运动的振动方程并求出摆线的长度 ; 答案 : (1)x=-4cos πt(cm ) 　 99.5 cm (2)小球振动的速度随时间变化的规律为v=12.6sin πt(cm/s),小球的质量为0.1 kg,则小球摆到最低点时摆线的张力及此时的回复力为多大?(保留两位有效数字 ) 答案 : (2)0.99 N 　 0 点击进入 专题限时检测