2018届二轮复习专题十第2讲机械振动和机械波　光课件（44张）（全国通用） 44页

第 2 讲　 机械振动 和机械波　光 专题十 　 选考部分 (3-3 3-4) 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 高考题型 1 　 机械振动 和机械波 高 考题 精选精练 机械振动和机械波 高考题型 1 A. 质点振动的周期 T ＝ 0.2 s B. 波速 v ＝ 20 m/s C. 因一个周期质点运动 0.8 m ，所以波长 λ ＝ 0.8 m D. 从该时刻起经过 0.15 s ，波沿 x 轴的正方向传播了 3 m E. 从该时刻起经过 0.25 s 时，质点 Q 的加速度大于质点 P 的加速度 例 1 　 (2017· 陕西咸阳市二模 ) 如图 1 甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为质点 P 以此时刻为计时起点的振动图象 . 则由图可知 ________. 答案 解析 √ 图 1 √ √ 解析　 由乙图知质点振动周期 T ＝ 0.2 s ，由图甲知波长 λ ＝ 4 m ，则 v ＝ ＝ 20 m/s. 由 x ＝ v t ，经 0.15 s 波沿 x 轴正方向传播了 3 m ， t ＝ 0.25 s ＝ 1 T ，质点 P 恰位于负的最大位移处，加速度最大 . 技巧点拨 1. “ 一分、一看、二找 ” 巧解波动图象与振动图象的综合问题 (1) 分清振动图象与波动图象 . 只要看清横坐标即可，横坐标为 x 则为波动图象，横坐标为 t 则为振动图象 . (2) 看清横、纵坐标的单位，尤其要注意单位前的数量级 . (3) 找准波动图象对应的时刻 . (4) 找准振动图象对应的质点 . 2. 分析简谐运动中各物理量的变化情况时，一定要以位移为桥梁，位移增大时，振动质点的回复力、加速度、势能均增大，速度、动能均减小；反之，则产生相反的变化 . 另外，各矢量均在其值为零时改变方向 . 3. 波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同 . 4. 振源经过一个周期 T 完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离，所以有 v ＝ ＝ λf . 5. 质点振动 nT ( 波传播 nλ ) 时，波形不变 . 6. 相隔波长整数倍的两个质点，振动状态总相同；相隔半波长奇数倍的两个质点，振动状态总相反 . 1.(2017· 山东菏泽市二模 ) 如图 2 所示是某绳波形成过程的示意图， 1 、 2 、 3 、 4 …… 为绳上的一系列等距离的质点，相邻两质点间的距离均为 10 cm ，绳处于水平方向；质点 1 在外力作用下沿竖直方向做简谐振动，带动 2 、 3 、 4 …… 各个质点依次上下振动，振动从绳的左端传到右端， t ＝ 0 时质点 1 开始竖直向上运动， t ＝ 0.1 s 时质点 1 在最大位移 20 cm 处，这时质点 3 开始运动，以向上为正方向，下列说法正确的是 ________. 对点拓展练 2 1 图 2 A. 该波的波速一定是 2 m/s B. 该波的波长一定是 0.8 m C. 质点 3 振动后的周期可能是 0.08 s D. 质点 3 开始运动时运动方向一定向上 E. 质点 3 的振动方程一定是 y ＝ 20sin 5π t (cm) √ 答案 2 1 解析 √ √ 2 1 x 13 ＝ 0.2 m ＝ ( n ＋ ) λ ，故波长不一定是 0.8 m ， B 错误； 又 t ＝ 0.1 s ＝ ( n ＋ ) T ，故 n ＝ 1 时， T ＝ 0.08 s ， C 正确； 质点 3 的起振方向与波源 1 的起振方向相同，一定向上， D 正确； 由于周期的多值， E 不一定正确 . 2.(2017· 全国卷 Ⅰ ·34(1)) 如图 3(a) ，在 xy 平面内有两个沿 z 方向做简谐振动的点波源 S 1 (0,4) 和 S 2 (0 ，－ 2). 两波源的振动图线分别如图 (b) 和图 (c) 所示 . 两列波的波速均为 1.00 m/s. 两列波从波源传播到点 A (8 ，－ 2) 的路程差为 ___m ，两列波引起的点 B (4,1) 处质点的振动相互 _____( 填 “ 加强 ” 或 “ 减弱 ” ) ，点 C (0,0.5) 处质点的振动相互 __ _ _( 填 “ 加强 ” 或 “ 减弱 ” ). 答案 2 1 解析 图 3 2 减弱 加强 解析　 波长 λ ＝ v T ＝ 2 m ，两列波的波长相等 . 2 1 初相相差 π ， B 点为振动减弱点 . 两波源到 C 点的路程差 Δ x ″ ＝ 3.5 m － 2.5 m ＝ 1 m ＝ ， 初相相差 π ， C 点为振动加强点 . 光的折射和全反射 高考 题型 2 例 2 　 (2017· 山东枣庄市模拟 ) 如图 4 所示，用折射率 n ＝ 的 玻璃做成一个外径 为 R 的半球形空心球壳 . 一束与 O ′ O 平行的平行光，射向此半球的外表面 . 若让一个半径为 R 的圆形遮光板的圆心过 O ′ O 轴，并且垂直该轴放置，则球壳内部恰好没有光线射入 . 问： 图 4 答案 (1) 临界光线射入球壳时的折射角 r 为多大？ 解析 答案　 30° 解析　 设入射角为 i ，由题图和几何知识得 设折射角为 r ，由折射率的定义得： n ＝ 解得 r ＝ 30°. 答案 (2) 球壳的内径 R ′ 为多少？ 解析 答案　 设临界角为 C ，对临界光线，有： sin C ＝ 解得 C ＝ 45°. 在如图 △ Oab 中，由正弦定理得： 技巧点拨 1. 折射率：光从真空射入某种介质，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 ( 临界点 ) 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、相似形、全等形等，仔细分析光传播过程中产生的几何关系 . 波通过空气与这种材料的界面时，传播规律仍然不变，入射角和折射角的大小关系仍遵从折射定律 ( 此时折射角取负值 ) ，但折射波线与入射波线位于法线的同一侧 . 现有一束电磁波从空气中以 i ＝ 60° 的角度射入由负折射率材料制成、厚度 d ＝ 10 cm 的长方体并从下表面射出，已知该材料对电磁波的折射率 n ＝－ ，电磁波在真空中的速度 c ＝ 3 × 10 8 m/s . 3.(2017· 湖北黄冈市质检 ) 一般常见材料的折射率都为正值 ( n >0) ，现针对某些电磁波设计的人工材料，其折射率可为负值 ( n <0) ，称为负折射率材料， 电磁 对点拓展练 4 3 图 5 (1) 在图 5 中大致画出电磁波穿过该材料的示意图； 答案 4 3 解析 图 5 答案　 见解析图 解析　 光路图如图所示 . (2) 求电磁波穿过该材料时的传播时间和在传播方向的侧移量 . 故该电磁波在介质中传播方向刚好与入射方向垂直 . 4 3 答案 解析 4.(2017· 全国卷 Ⅰ ·34(2)) 如图 6 ，一玻璃工件的上半部是半径为 R 的半球体， O 点为球心；下半部是半径为 R 、高为 2 R 的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜 . 有一平行于中心轴 OC 的光线从半球面射入，该光线与 OC 之间的距离为 0.6 R . 已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行 ( 不考虑多次反射 ). 求该玻璃的折射率 . 4 3 答案 解析 图 6 解析　 如图， 根据光路的对称性和可逆性，与入射光线相对于 OC 轴对称的出射光线一定与入射光线平行 . 这样，从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心 C 点反射 . 设光线在半球面的入射角为 i ，折射角为 r . 由 折射定律有 sin i ＝ n sin r ① 由正弦定理 有 4 3 由几何关系，入射点的法线与 OC 的夹角为 i . 由题设条件和几何关系有 4 3 式中 L 是入射光线与 OC 的距离， L ＝ 0.6 R . 电磁波和光的几种特有现象 高考 题型 3 例 3 　 (2017· 全国卷 Ⅱ ·34(1)) 在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样 . 若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是 __________. A. 改用红色 激光 B . 改用蓝色激光 C. 减小双缝 间距 D . 将屏幕向远离双缝的位置移动 E. 将光源向远离双缝的位置移动 答案 解析 √ √ √ 解析　 根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距 Δ x ＝ λ 可知，要使 Δ x 增大，可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项 A 、 C 、 D 正确， B 、 E 错误 . 技巧点拨 1. 机械波和光波都能发生干涉、衍射、多普勒效应等波特有的现象 . 偏振现象是横波特有的现象 . 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. 机械波的干涉图样中，实线和实线的交点、虚线和虚线的交点及其连线为振动加强点；实线和虚线的交点及其连线为振动减弱点 . 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 . 3. 光的双缝干涉条纹间距 Δ x ＝ λ ： (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，中间为白色，两边为由紫到红的彩色 . 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. 电磁波的特点： (1) 横波； (2) 传播不需要介质； (3) 真空中传播速度等于光速 . 5.(2017· 四川成都市第二次诊断性考试 ) 下列说法正确的是 ________. A. 频率越高，振荡电路向外辐射电磁波的本领越大 B. 高级照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的偏振现象 C. 玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的干涉现象 D. a 、 b 两束光分别照射同一双缝干涉装置，在屏上得到的干涉图样中 ， a 光的相邻亮条纹间距比 b 光小，由此可知，在同种玻璃中 b 光传播 速 度 比 a 光大 E. 让黄光、蓝光分别以相同角度斜射向同一平行玻璃砖，光从对侧 射 出 时，两种光的偏转角都为零，但蓝光的侧移量更大 对点拓展练 答案 √ 6 5 解析 √ √ 6 5 解析　 频率高，电磁波的能量大，发射电磁波的本领越大， A 正确 ； 照相机 的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象， B 错误 ； 玻璃 中的气泡看来特别明亮是光的全反射现象产生的， C 错误 ； 由 Δ x ＝ λ 知 a 光波长短，频率大，玻璃对 a 光的折射率大，由 v ＝ 知 ， a 光传播速度小， D 正确 ； 蓝光 的折射率大，侧移量大， E 正确 . 6.(2017· 新疆维吾尔自治区模拟 ) 以下说法中正确的是 ________. A. 光在任何介质中的传播速度都相同 B. 光从光密介质射向光疏介质时一定会发生全反射 C. 太阳光下看到肥皂泡呈彩色是光的干涉现象 D. 可见光是电磁波的一种，其中红光的波长最长 E. 激光全息照相利用了激光的高度相干性 答案 √ 6 5 √ √ 高考题精选精练 题组　全国卷真题精选 1.(2016· 全国卷 Ⅱ ·34)(1) 关于电磁波，下列说法正确的是 ________. A. 电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B. 周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C. 电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、 磁感应强度 均 垂直 D. 利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆 、 光缆 传输 E. 电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的 电磁 波 随即消失 答案 1 2 √ 解析 √ √ 解析　 电磁波在真空中的传播速度均为光速，与频率无关， A 正确 ； 电磁波 是变化的电场和变化的磁场互相激发得到的， B 正确 ； 电磁 波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直， C 正确 ； 光是 一种电磁波，光可在光导纤维中传播， D 错误 ； 电磁振荡 停止后，电磁波仍会在介质或真空中继续传播， E 错误 . 1 2 (2) 一列简谐横波在介质中沿 x 轴正向传播，波长不小于 10 cm. O 和 A 是介质中平衡位置分别位于 x ＝ 0 和 x ＝ 5 cm 处的两个质点 . t ＝ 0 时开始观测，此时质点 O 的位移为 y ＝ 4 cm ，质点 A 处于波峰位置； t ＝ s 时，质点 O 第一次回到平衡位置， t ＝ 1 s 时，质点 A 第一次回到平衡位置 . 求： ① 简谐波的周期、波速和波长； 答案 解析 答案　 4 s 　 7.5 cm/s 　 30 cm 1 2 解析　 设振动周期为 T . 由于质点 A 在 0 到 1 s 内由最大位移处第一次回到平衡位置，经历的 是 个 周期，由此可知 T ＝ 4 s ① 由于质点 O 与 A 的距离 Δ x ＝ 5 cm 小于半个波长，且波沿 x 轴正向传播， O 在 t ＝ s 时回到平衡位置，而 A 在 t ＝ 1 s 时回到平衡位置，时间相差 Δ t ＝ s ，可得波的速度 v ＝ ＝ 7.5 cm/s ② 由 λ ＝ v T 得，简谐波的波长 λ ＝ 30 cm ③ 1 2 ② 质点 O 的位移随时间变化的关系式 . 答案 解析 1 2 解析　 设质点 O 的位移随时间变化的关系为 将 ① 式及题给条件代入上式得 质点 O 的位移随时间变化的关系式为 1 2 2.(2016· 全国卷 Ⅲ ·34)(1) 由波源 S 形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播 . 波源振动的频率为 20 Hz ，波速为 16 m/s. 已知介质中 P 、 Q 两质点位于波源 S 的两侧，且 P 、 Q 和 S 的平衡位置在一条直线上， P 、 Q 的平衡位置到 S 的平衡位置之间的距离分别为 15.8 m 、 14.6 m. P 、 Q 开始振动后，下列判断正确的是 ________. A. P 、 Q 两质点运动的方向始终相同 B. P 、 Q 两质点运动的方向始终相反 C. 当 S 恰好通过平衡位置时， P 、 Q 两点也正好通过平衡位置 D. 当 S 恰好通过平衡位置向上运动时， P 在波峰 E. 当 S 恰好通过平衡位置向下运动时， Q 在波峰 √ 答案 解析 √ √ 1 2 P 、 Q 两质点距离波源 S 的距离 因此 P 、 Q 两质点运动的方向始终相反， A 错误， B 正确； 当 S 恰好通过平衡位置向上运动时， P 在波峰的位置， Q 在波谷的位置 . 当 S 恰好通过平衡位置向下运动时， P 在波谷的位置， Q 在波峰的位置 . C 错误， D 、 E 正确 . 1 2 (2) 如图 7 所示，玻璃球冠的折射率 为 ， 其底面镀银，底面的半径是球半径 的 倍 ；在过球心 O 且垂直于底面的平面 ( 纸面 ) 内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的 M 点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的 A 点，求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角 . 答案 解析 图 7 答案　 150° 1 2 设光线在 M 点的入射角为 i 、折射角为 r ，在 N 点的 入射 角 为 i ′ ，反射角为 i ″ ，玻璃折射率为 n . 由于 △ OAM 为 等边三角形 ， i ＝ 60 ° ① 由折射定律有 sin i ＝ n sin r ② 代入题给条件 n ＝ 得 r ＝ 30 ° ③ 解析　 设图中 N 点为光线在球冠内底面上的反射点，光线的光路图如图所示 . 1 2 作 底面在 N 点的法线 NE ，由于 NE ∥ AM ，有 i ′ ＝ 30 ° ④ 根据反射定律，有 i ″ ＝ 30 ° ⑤ 连接 ON ，由几何关系知 △ MAN ≌△ MON ，故有 ∠ MNO ＝ 60 ° ⑥ 由 ④⑥ 式得 ∠ ENO ＝ 30 ° 1 2 于是 ∠ ENO 为反射角， ON 为反射光线 . 这一反射光线经球面再次折射后不改变方向 . 所以 ，经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角 β 为 β ＝ 180° － ∠ ENO ＝ 150° 1 2