2019届二轮复习机械振动和机械波　光课件（共34张）（江苏专用） 34页

第 2 讲　机械振动和机械波　光 专题八 　 选考部分 (3-3 　 3-4) 内容索引 高考题型 1 　机械振动和机械波 高考题型 2 　光的折射和全反射 高考题型 3 　电磁波和光的几种特有现象 机械振动和机械波 高考题型 1 1. 简谐运动的对称性： 振动质点在关于平衡位置对称的两点， x 、 F 、 a 、 v 、 E k 、 E p 的大小均相等，其中回复力 F 、加速度 a 与位移 x 的方向相反，而 v 与 x 的方向可能相同，也可能相反 . 振动质点来回通过相同的两点间的时间相等，即 t BC ＝ t CB . 振动质点通过关于平衡位置对称的等长的两线段的时间相等，即 t BC ＝ t B ′ C ′ . 如图 1 所示 . 图 1 2. 简谐运动的周期性： 做简谐运动的物体，其位移、回复力、加速度、速度都随时间按 “ 正弦 ” 或 “ 余弦 ” 规律变化，它们的周期均相同 . 其位移随时间变化的表达式为： x ＝ A sin ( ωt ＋ φ ) 或 x ＝ A cos ( ωt ＋ φ ). 4. 机械波： (1) 机械波的分类：横波和纵波：横波是质点振动方向与波的传播方向垂直，纵波是质点振动方向与波的传播方向在同一直线上 . (2) 机械波的特点： ① 简谐波各质点振幅相同 . ② 各质点的振动周期都与波源的振动周期相同 . ③ 离波源越远的质点，振动越滞后 . ④ 各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不沿波的传播方向迁移 . ⑤ 机械波向前传播的是运动形式，也可以传播能量和传递信息 . (1) 周期和频率只与波源有关，波在传播过程中周期和频率不变 . (2) 机械波波速只与介质有关，在同一种均匀介质中，波速是一个定值，与波源无关 . (3) 波长既与波源有关又与介质有关 . 例 1 　 ( 2018· 江苏单科 ·12B(3)) 一列简谐横波沿 x 轴正方向传播，在 x ＝ 0 和 x ＝ 0.6 m 处的两个质点 A 、 B 的振动图象如图 2 所示 . 已知该波的波长大于 0.6 m ， 求其波速和波长 . 图 2 答案　 2 m/s 　 0.8 m 解析　 由题图可知，周期 T ＝ 0.4 s 由于波长大于 0.6 m ，由题图可知，波从 A 到 B 的传播时间 Δ t ＝ 0.3 s 波长 λ ＝ v T ，代入数据得 λ ＝ 0.8 m. 答案 解析 拓展训练 1 　 (2018· 扬州中学模拟 ) 一根轻绳一端系一小球，另一端固定在 O 点，制成单摆装置 . 在 O 点有一个测量绳的拉力大小的力传感器，让小球绕 O 点在竖直平面内做简谐振动，由传感器测出拉力 F 随时间 t 的变化图象如图 3 所示，则小球振动的周期为 ___ s ，此单摆的摆长为 ___ m( 重力加速度 g 取 10 m/s 2 ，取 π 2 ≈ 10). 答案 图 3 4 4 拓展训练 2 　 (2018· 南京市、盐城市二模 ) 如图 4 所示为频率 f ＝ 1 Hz 的波源产生的横波，图中虚线左侧为 A 介质，右侧为 B 介质，则该波在 A 、 B 两种介质中传播的速度大小之比 v A ∶ v B ＝ ________ ；若图示时刻为 t ＝ 0 时刻，且此时 x ＝ 14 m 处的质点振动方向向上，则 t ＝ 1.75 s 时，处于 x ＝ 6 m 的质点位移为 ___ cm. 答案 图 4 2 ∶ 3 5 解析 解析　 由题图可知，波在 A 、 B 介质中的波长分别为 4 m 、 6 m ，由波速 v ＝ λf 可知，频率不变，即波速和波长成正比，即 v A ∶ v B ＝ 4 ∶ 6 ＝ 2 ∶ 3 ；若题图所示时刻为 t ＝ 0 时刻，且此时 x ＝ 14 m 处的质点振动方向向上， 则 x ＝ 6 m 的质点振动方向向下， t ＝ 1.75 s ＝ T ＋ 所以 t ＝ 1.75 s 时， x ＝ 6 m 处的质点位于波峰，位移为 5 cm. 拓展训练 3 　 (2018· 常州市一模 ) 图 5 甲为一列沿 x 轴传播的简谐横波在 t ＝ 0.1 s 时刻的波形图，图乙是这列波中质点 B 的振动图象 . 则波速的大小为 ____ m/s ；再经过 0.05 s ，质点 ____( 选填 “ A ”“ B ”“ C ” 或 “ D ” ) 到达波峰 . 答案 解析 图 5 20 D t ＝ 0.1 s 时刻质点 B 的振动方向向下，由波形平移法知该波沿 x 轴负方向 传 播 ， t ＝ 0.1 s 时刻，质点 D 向上运动 . 再经过 0.05 s ，即再 过 质点 D 到达波峰 . 光的折射和全反射 高考 题型 2 1. 折射率：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比叫做介质的折射率，公式为 n ＝ 实验 和研究证明，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度 c 跟光在这种介质中的传播速度 v 之比，即 n ＝ 2. 临界角：折射角等于 90° 时的入射角，称为临界角 . 当光从折射率为 n 的某种介质射向真空 ( 空气 ) 时发生全反射的临界角为 C ，则 sin C ＝ 3. 全反射的条件： (1) 光从光密介质射向光疏介质 .(2) 入射角大于或等于临界角 . 4. 光的几何计算题往往是光路现象与光的反射、折射、全反射 ( 临界角 ) 及几何图形关系的综合问题 . 解决此类问题应注意以下四个方面： (1) 依据题目条件，正确分析可能的全反射及临界角 . (2) 通过分析、计算确定光传播过程中可能的折射、反射，把握光的 “ 多过程 ” 现象 . (3) 准确作出光路图 . (4) 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、相似三角形、全等三角形等，仔细分析光传播过程中产生的几何关系 . 例 2 　 (2018· 南通等六市一调 ) 半圆筒形玻璃砖的折射率为 n ，厚度为 d ，其截面如图 6 所示 . 一束光垂直于左端面射入，光能无损失地射到右端面，光在真空中的传播速度为 c . 求： 答案 图 6 (1) 光在玻璃砖中的传播速度 v ； 解析 (2) 筒的内半径 R 应满足的条件 . 答案 解析 解析　 光路如图所示 拓展训练 4 　 (2018· 江苏百校 12 月大联考 ) 各种颜色的光通过玻璃棱镜后，发生色散时的偏折角是不同的，其中紫光的偏折角度比红光的偏折角度大 . 因此，玻璃对紫光的折射率 ________( 填 “ 大于 ” 或 “ 小于 ” ) 玻璃对红光的折射率；紫光在玻璃中的传播速度 ________( 填 “ 大于 ” 或 “ 小于 ” ) 红光在同一玻璃中的传播速度 . 答案 大于 小于 拓展训练 5 　 (2018· 扬州中学 5 月模拟 ) 如图 7 所示，一截面为梯形的鱼塘贮满水，鱼塘右侧坡面的倾角为 α ，水的折射率为 n . 不同时刻太阳光线与水平面的夹角 θ 在变化，求当 θ 满足什么条件时，阳光能够照射到整个鱼塘的底部 . 答案 图 7 答案　 cos θ ≤ n cos α 解析 解析　 当右侧光线经水折射后，刚好沿鱼塘右侧坡面时，则此时阳光刚好能够照射到整个鱼塘的底部 . 设此时太阳光线与水平面的夹角为 θ 0 ，根据折射定律，得 解得 cos θ 0 ＝ n cos α 所以 θ 满足的条件为 cos θ ≤ n cos α . 拓展 训练 6 　 (2018· 苏州市期初调研 ) 如图 8 所示，直角玻璃三棱镜 ABC 置于空气中，棱镜的折射率为 n ＝ 一 细光束从 AC 的中点 D 垂直于 AC 面入射， AD ＝ a . 求： 答案 图 8 答案　 45° 解析 (1) 光第一次从棱镜中射入空气时的折射角； 解析　 光路如图所示 i 1 ＞ 45° ，发生全反射， i 2 ＝ 60° － 30° ＝ 30° ＜ C (2) 光从进入棱镜到第一次从棱镜中射出所经历的时间 ( 光在真空中的传播速度为 c ). 答案 解析 高考 题型 3 电磁波和光的几种特有现象 1. 机械波和光波都能发生干涉、衍射、多普勒效应等现象，是波特有的现象 . 偏振现象是横波的特有现象 . 要观察到稳定的干涉现象和明显的衍射现象需要一定的条件 . 2. 波的干涉图样中，实线和实线的交点、虚线和虚线的交点及其连线上各点为振动加强处；实线和虚线的交点及其连线上各点为振动减弱处 . 振动加强点有时位移也为零，只是振幅为两列波的振幅之和，显得振动剧烈 . (1) l 、 d 相同时， Δ x ∝ λ ，可见光中的红光条纹间距最大，紫光最小； (2) 间隔均匀，亮度均匀，中央为亮条纹； (3) 如用白光做实验，中央亮条纹为白色，两边为由紫到红的彩色条纹 . 4. 光的干涉现象：薄膜干涉 ( 油膜、空气膜、增透膜、牛顿环 ) ；光的衍射现象：圆孔衍射、泊松亮斑 . 5 . 相对论与质能关系： (1) 理解并记住狭义相对论的两个基本假设： ① 力学规律和电磁学规律在任何惯性系中都是一样的 . ② 光速不变原理：光在真空中运动的速度 在任何惯性参考系中测得的数值都是相同的 —— 光速与参考系的选取无关 . (2) 理解并记住时间的相对性： ① 同时的相对性； ② 时钟变慢； ③ 动尺变短 . (3) 爱因斯坦质能方程： E ＝ mc 2 表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系 . 一定的质量总是和一定的能量相对应，即 Δ E ＝ Δ mc 2 ，表明物体吸收和放出能量时，必伴随着质量的增加或减少 . 例 3 　 (2018· 江苏单科 ·12B)(1) 梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁波 . 该电磁波 _____. A. 是横波 B. 不能在真空中传播 C. 只能沿着梳子摇动的方向传播 D. 在空气中的传播速度约为 3 × 10 8 m/s AD 解析　 电磁波是横波，传播方向与振动方向垂直，既能在真空中传播，也能在介质中传播 . 电磁波在空气中的传播速度约为 3 × 10 8 m/s ，故选项 A 、 D 正确 . 答案 解析 (2) 两束单色光 A 、 B 的波长分别为 λ A 、 λ B ，且 λ A > λ B ，则 ____( 选填 “ A ” 或 “ B ” ) 在水中发生全反射时的临界角较大 . 用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时，可以观察到 ____( 选填 “ A ” 或 “ B ” ) 产生的条纹间距较大 . A 解析　 根据 c ＝ λν 知，因 λ A > λ B ，则 ν A < ν B ，在同一介质中频率越高折射率越大， 答案 解析 A 拓展训练 7 　 (2018· 苏锡常镇一调 ) 如图 9 所示，一束激光频率为 ν 0 ，传播方向正对卫星飞行方向，已知真空中光速为 c ，卫星速度为 u ，则卫星上观测到激光的传播速度是 ____ ，卫星接收到激光的频率 ________ ν 0 ( 选填 “ 大于 ”“ 等于 ” 或 “ 小于 ” ) 答案 c 大于 图 9 拓展训练 8 　 ( 多选 )(2018· 南京市三模 ) 下列说法正确的是 A. 共享单车是 “ 新四大发明 ” 之一，手机和互联网、互联网和单车 之间 都是 通过红外线传递信息的 B. 我国新型隐形战机 J － 20 由于使用了吸收雷达电磁波材料，在雷达 屏幕 上 显示的反射信息很小、很弱，因此很难被发现 C. 发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是由于发生 沙尘 暴 时只有波长较长的一部分光才能到达地面 D. 当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的音调一定变高 答案 √ √ 拓展训练 9 　 ( 多选 )(2018· 南通市等七市三模 ) 下列说法中正确的有 A. 汽车减震系统的固有周期远大于外界冲击力的周期 B. 照相机镜头涂有增透膜，各种颜色的可见光能几乎全部透过镜头 C. 观看 3D 电影时，观众戴的偏振眼镜两个镜片的透振方向互相平行 D. 车站行李安检机采用 X 射线， X 射线穿透能力比紫外线强 答案 √ √ 拓展训练 10 　 (1) 为了减少玻璃表面光的反射损失，在玻璃表面上涂一层折射率为 n ＝ 的 增透膜，设入射光波长 λ ＝ 700 nm ，为了使这种波长的反射光能最大限度地被减弱，所涂薄膜的最小厚度是 _____ nm . 答案 140 解析 (2) 如图 10 所示，实线表示两个相干光源 S 1 、 S 2 发出的光的波峰位置，则对于图中的 a 、 b 两点， ____ 点为振动加强的位置， ___ 点为振动减弱的位置 . 答案 b 解析 a 图 10 解析　 由题图可知， b 到 S 1 、 S 2 的距离相等，即路程差 Δ r ＝ 0 ，故 b 点为振 动加强点 . a 到 S 1 、 S 2 的距离不等，且路程差 Δ r ＝ 1.5 λ ，故 a 点为振动减弱点 .