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考點2機械振動與機械波光學 選考 高考定位 1 考查內容 1 振動和波 振動和波兩種圖象信息的理解和應用 波的傳播 波的相遇疊加 2 光的折射 折射率 反全射 光導纖維 3 光的干涉和衍射 4 電磁波 2 題型 難度高考試題形式為一選擇 5分 計算 10分 選擇題在各知識點都可能出現(xiàn) 計算題主要出現(xiàn)在光的折射和全反射和機械波的傳播的問題中 選擇題難度中檔 計算題難度較大 1 多選 如圖8 1所示 一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播 實線為t 0時的波形圖 虛線為t 0 5s時的波形圖 已知該簡諧波的周期大于0 5s 關于該簡諧波 下列說法正確的是 圖8 1 A 波長為2mB 波速為6m sC 頻率為1 5HzD t 1s時 x 1m處的質點處于波峰E t 2s時 x 2m處的質點經(jīng)過平衡位置 2 如圖8 2所示 一半徑為R玻璃半球 O點是半球的球心 虛線OO 表示光軸 過球心O與半球底面垂直的直線 已知玻璃的折射率為1 5 現(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上 有些光線能從球面射出 不考慮被半球的內表面反射后的光線 求 圖8 2 2 1 如圖8 3 a 在xy平面內有兩個沿z方向做簡諧振動的點波源S1 0 4 和S2 0 2 兩波源的振動圖線分別如圖 b 和圖 c 所示 兩列波的波速均為1 00m s 兩列波從波源傳播到點A 8 2 的路程差為 m 兩列波引起的點B 4 1 處質點的振動相互 填 加強 或 減弱 點C 0 0 5 上質點的振動相互 填 加強 或 減弱 圖8 3 2 如圖8 4所示 一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體 O點為球心 下半部是半徑為R 高位2R的圓柱體 圓柱體底面鍍有反射膜 有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入 該光線與OC之間的距離為0 6R 已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行 不考慮多次反射 求該玻璃的折射率 圖8 4 答案 1 2減弱加強 2 1 43 3 1 多選 在雙縫干涉實驗中 用綠色激光照射在雙縫上 在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣 若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距 可選用的方法是A 改用紅色激光B 改用藍色激光C 減小雙縫間距D 將屏幕向遠離雙縫的位置移動E 將光源向遠離比縫的位置移動 2 一直桶狀容器的高為2l 底面是邊長為l的正方形 容器內裝滿某種透明液體 過容器中心軸DD 垂直于左右兩側面的剖面圖如圖8 5所示 容器右側內壁涂有反光材料 其他內壁涂有吸光材料 在剖面的左下角處有一點光源 已知由液體上表面的D點射出的兩束光線相互垂直 求該液體的折射率 圖8 5 答案 1 ACD 2 1 55 例1 如圖8 6所示 彈簧振子在M N之間做簡諧運動 以平衡位置O為原點 建立Ox軸 向右為x軸正方向 若振子位于N點時開始計時 則其振動圖象為 考點一簡諧運動的規(guī)律及應用 圖8 6 解析 振子在N點時開始計時 其位移為正向最大 并按正弦規(guī)律變化 故選項A正確 答案 A 題組訓練 1 多選 簡諧運動的圖象 2018 洛陽模擬 如圖8 7所示為某質點做簡諧運動的圖象 下列說法正確的是 圖8 7 A t 0時 質點的速度為零B t 0 1s時 質點具有沿y軸正向最大加速度C 在0 2 0 3s內質點沿y軸負方向做加速度增大的加速運動D 在0 5 0 6s內質點沿y軸負方向做加速減小的加速運動E 在0 0 4s內質點通過的路程為8cm 位移為0 答案DE 2 多選 單擺的振動問題 如圖8 8所示為同一地點的兩單擺甲 乙的振動圖象 下列說法中正確的是 圖8 8 A 甲 乙兩單擺的擺長相等B 甲擺的振幅比乙擺大C 甲擺的機械能比乙擺大D 在t 0 5s時有正向最大加速度的是乙擺E 由圖象可以求出當?shù)氐闹亓铀俣?答案ABD 3 多選 彈簧振子的振動分析 如圖8 9所示 輕彈簧上端固定 下端連接一小物塊 物塊沿豎直方向做簡諧運動 以豎直向上為正方向 物塊簡諧運動的表達式為y 0 1sin 2 5 t m t 0時刻 一小球從距物塊h高處自由落下 t 0 6s時 小球恰好與物塊處于同一高度 取重力加速度的大小g 10m s2 以下判斷正確的是 圖8 9 A h 1 7mB 簡諧運動的周期是0 8sC 0 6s內物塊運動的路程是0 2mD t 0 4s時 物塊與小球運動方向相反 答案AB 考點二波的傳播規(guī)律及應用 1 簡諧波的周期 波速和波長 2 質點O的位移隨時間變化的關系式 規(guī)律總結1 質點振動方向與波傳播方向互判的四種方法方法一 質點帶動法 特殊點法 如圖甲所示為一沿x軸正方向傳播的橫波 根據(jù)波的形成 靠近波源的點能帶動與它鄰近的離波源稍遠的點 可判斷質點的振動方向 在質點P附近靠近波源一方的圖線上另找一點P 若P 在P上方 P 帶動P向上運動 則P向上運動 若P 在下方 P 帶動P向下運動 則P向下運動 方法二 微平移法 波形移動法 作出經(jīng)微小時間 t t T 4 后的波形 如圖乙所示 就知道了各質點經(jīng)過 t時間達到的位置 運動方向就知道了 方法三 上下坡法沿波的傳播速度的正方向看 上坡 的點向下振動 下坡 的點向上振動 簡稱 上坡下 下坡上 如圖甲所示 方法四 同側法在波的圖象上的某一點 沿縱軸方向畫出一個箭頭表示質點振動方向 并設想在同一點沿x軸方向兩個箭頭表示波的傳播方向 那么這兩個箭頭總是在曲線的同側 如圖乙所示 2 振動圖象和波動圖象綜合問題分析技巧求解波動圖象與振動圖象綜合類問題可采用 一分 一看 二找 的方法 1 分清振動圖象與波動圖象 此問題最簡單 只要看清橫坐標即可 橫坐標為x則為波動圖象 橫坐標為t則為振動圖象 2 看清橫 縱坐標的單位 尤其要注意單位前的數(shù)量級 3 找準波動圖象對應的時刻 4 找準振動圖象對應的質點 題組訓練 1 多選 機械波的傳播 2016 全國卷 由波源S形成的簡諧橫波在均勻介質中向左 右傳播 波源振動的頻率為20Hz 波速為16m s 已知介質中P Q兩質點位于波源S的兩側 且P Q和S的平衡位置在一條直線上 P Q的平衡位置到S的平衡位置之間的距離分別為15 8m 14 6m P Q開始振動后 下列判斷正確的是 A P Q兩質點運動的方向始終相同B P Q兩質點運動的方向始終相反C 當S恰好通過平衡位置時 P Q兩點也正好通過平衡位置D 當S恰好通過平衡位置向上運動時 P在波峰E 當S恰好通過平衡位置向下運動時 Q在波峰 圖8 10 A 此后再經(jīng)6s該波傳播到x 24m處B M點在此后第3s末的振動方向沿y軸正方向C 波源開始振動時的運動方向沿y軸負方向D 此后M點第一次到達y 3m處所需時間是2s 答案AB 3 多選 振動圖象與波動圖象的綜合 圖8 11 a 為一列簡諧橫波t 2s時的波形圖 圖 b 為媒質中平衡位置在x 1 5m處的質點的振動圖象 P是平衡位置為x 2m的質點 下列說法正確的是 1圖8 11 A 波速為0 5m sB 波的傳播方向向右C 0 2s時間內 P運動的路程為8cmD 0 2s時間內 P向y軸正方向運動E 當t 7s時 P恰好回到平衡位置 答案ACE 4 多選 波的疊加 如圖8 12是水面上兩列頻率相同的波在某時刻的疊加情況 以波源S1 S2為圓心的兩組同心圓弧分別表示同一時刻兩列波的波峰 實線 和波谷 虛線 S1的振幅A1 4cm S2的振幅A2 3cm 則下列說法正確的是 圖8 12 A 質點D是振動減弱點B 質點A D在該時刻的高度差為14cmC 再過半個周期 質點B C是振動加強點D 質點C的振幅為1cmE 質點C此刻以后將向下振動答案BDE 考點三光的折射和全反射 圖8 13 1 求池內的水深 2 一救生員坐在離池邊不遠處的高凳上 他的眼睛到池面的高度為2 0m 當他看到正前下方的點光源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 結果保留1位有效數(shù)字 答案 1 2 6m 2 0 7m 規(guī)律總結解決光的折射和全反射問題的思路1 確定研究的光線 該光線可能是入射光線 還有可能是反射光線或折射光線 2 找入射點 確認界面 并畫出法線 3 明確兩介質折射率的大小關系 1 若光線由光疏介質進入光密介質 既有反射光線 又有折射光線 2 若光線從光密介質射向光疏介質 如果入射角大于或等于臨界角 一定發(fā)生全反射 4 根據(jù)反射定律 折射定律作出光路圖 結合幾何關系 具體求解 題組訓練 1 測定玻璃的折射率 某同學利用平行玻璃磚測量玻璃的折射率 按插針法步驟正確操作 借助刻度尺完成了光路圖 該同學有圓規(guī) 卻沒有量角器 他就以O點為圓心 15 00cm為半徑畫圓 分別交入射光線于A點 交直線OO 于C點 分別過A C點作法線NN 的垂線交NN 于B D點 如圖8 14所示 用刻度尺測得AB 9 00cm CD 6 00cm 則玻璃的折射率n 請用已知線段表示 代入數(shù)據(jù)求得n 若玻璃磚前后兩面并不平行 按正確實驗操作 則他測出的折射率 填 會 或 不會 受到影響 圖8 14 圖8 15 1 要使該單色光不能直接射到BC面上 求 的最大值 2 若該單色光能夠直接射到BC面上 試通過計算說明能否發(fā)生全反射 答案 1 60 2 見解析 圖8 16 考點四光的波動性 2 單縫衍射和圓盤衍射現(xiàn)象 1 單縫衍射 單色光的衍射圖樣為中間寬且亮的單色條紋 兩側是明暗相間的條紋 條紋寬度比中央窄且暗 白光的衍射圖樣為中間寬且亮的白條紋 兩側是窄且漸暗的彩色條紋 2 圓盤衍射與泊松亮班當光照到不透明的小圓板上 在圓板的陰影中心出現(xiàn)亮班 在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán) 3 產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件 障礙物 或孔 的尺寸跟波長相差不多 甚至比波長還小 題組訓練 1 光的干涉 如圖8 17所示的雙縫干涉實驗 用綠光照射單縫S時 在光屏P上觀察到干涉條紋 要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣 可以 圖8 17 A 增大S1與S2的間距B 減小雙縫屏到光屏的距離C 將綠光換為紅光D 將綠光換為紫光 答案C 2 多選 光的衍射 抽制高強度纖維細絲可用激光監(jiān)控其粗細 如圖8 18所示 觀察光束經(jīng)過細絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可以判斷細絲粗細的變化 圖8 18 A 這里應用的是光的衍射現(xiàn)象B 這里應用的是光的干涉現(xiàn)象C 如果屏上條紋變寬 表明抽制的絲變粗D 如果屏上條紋變寬 表明抽制的絲變細 解析若障礙物的尺寸與光的波長相差不多或更小 衍射現(xiàn)象較明顯 通過觀察屏上條紋的變化情況 從而監(jiān)測抽制的細絲的情況 激光的一個波長很短 條紋變寬 說明衍射現(xiàn)象明顯 抽制的絲變細 選A D 答案AD 3 光的偏振 如圖8 19所示 白熾燈的右側依次平行放置偏振片P和Q A點位于P Q之間 B點位于Q右側 旋轉偏振片P A B兩點光的強度變化情況是 圖8 19 A A B均不變B A B均有變化C A不變 B有變化D A有變化 B不變 解析白熾燈發(fā)出的光包含著沿垂直于傳播方向上一切方向振動的光 偏振片P旋轉后 對A點光強無任何影響 由于P Q間光線的振動方向與偏振片P的透振方向一致 再次經(jīng)過偏振片Q時 B點光強將會受到影響 C正確 選C 答案C 4 多選 光的色散 如圖8 20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8 20 A 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驗裝置上做實驗 a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距 答案ABD