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專題八選考部分 3 3 3 4 3 5 高考題型1機械振動 高考題型2機械波 高考題型3光的折射和全反射 高考題型4光的幾種特有現(xiàn)象 欄目索引 第2講機械振動與機械波光 高考題型1機械振動 解題方略 1 簡諧運動的對稱性 振動質點在關于平衡位置對稱的兩點 x F a v Ek Ep的大小均相等 其中回復力F 加速度a與位移x的方向相反 而v與x的方向可能相同 也可能相反 振動質點來回通過相同的兩點間的時間相等 即tBC tCB 振動質點通過關于平衡位置對稱的等長的兩線段的時間相等 即tBC tB C 如圖1所示 圖1 2 簡諧運動的周期性 做簡諧運動的物體 其位移 回復力 加速度 速度都隨時間按 正弦 或 余弦 規(guī)律變化 它們的周期均相同 其位移隨時間變化的表達式為 x Asin t 或x Acos t 例1如圖2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 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?圖2 甲擺的振幅為10cm 乙擺的振幅為7cm 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 但由于兩擺的質量未知 無法比較機械能的大小 故C錯誤 在t 0 5s時 甲擺經(jīng)過平衡位置 振動的加速度為零 而乙擺的位移為負的最大 則乙擺具有正向最大加速度 故D正確 答案ABD 預測1一列簡諧橫波在x軸上傳播 波源處于x 0處 在x 3m處的質點P和x 6m處的質點Q的振動圖線分別如圖3甲 乙所示 下列說法正確的是 圖3 A 波長可能是4mB 波的周期一定是12sC 波的振幅一定是8cmD 波的傳播速度一定是1m sE 波由P傳播到Q歷時可能是9s 答案ABE 預測2如圖4甲所示是用沙擺演示振動圖象的實驗裝置 沙擺可視為擺長L 1 0m的單擺 沙擺的運動可看做簡諧運動 實驗中 細沙從擺動著的漏斗底部均勻漏出 用手沿與擺動方向垂直的方向勻速拉動紙板 漏在紙板上的細沙形成了圖乙所示的粗細變化的一條曲線 曲線之所以粗細不均勻 主要是因為沙擺擺動過程中 選填 位移 速度 或 加速度 大小在變化 若圖乙中AB間距離x 4 0m 當?shù)刂亓铀俣萭 10m s2 則紙板勻速運動的速度大小為 m s 結果保留2位有效數(shù)字 圖4 答案速度1 0 高考題型2機械波 解題方略 1 波動圖象描述的是在同一時刻 沿波的傳播方向上的各個質點偏離平衡位置的位移 在時間上具有周期性 空間上具有重復性和雙向性的特點 2 深刻理解波動中的質點振動 質點振動的周期 頻率 波源的周期 頻率 波的傳播周期 頻率 3 要畫好 用好振動圖象 并正確地與實際情景相對應 要正確畫出波形圖 準確寫出波形平移距離 質點振動時間與波長 周期的單一解或多解表達式 4 分析簡諧運動中各物理量的變化情況時 一定要以位移為橋梁 位移增大時 振動質點的回復力 加速度 勢能均增大 速度 動能均減小 反之 則產(chǎn)生相反的變化 另外 各矢量均在其值為零時改變方向 5 一分 一看 二找 巧解波動圖象與振動圖象的綜合問題 1 分清振動圖象與波動圖象 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 例2 2015 新課標全國 34 甲 乙兩列簡諧橫波在同一介質中分別沿x軸正向和負向傳播 波速均為v 25cm s 兩列波在t 0時的波形曲線如圖5所示 求 圖5 1 t 0時 介質中偏離平衡位置位移為16cm的所有質點的x坐標 解析兩列波的振幅均為8cm 故偏離平衡位置位移為16cm的質點應為兩列波的波峰相遇處的質點 根據(jù)波形圖可知 甲 乙的波長分別為 乙 60cm 甲 50cm則甲 乙兩列波的波峰坐標分別為x甲 50 k1 50cm k1 0 1 2 3 x乙 50 k2 60cm k2 0 1 2 3 綜上分析 所有波峰和波峰相遇的質點x坐標應為x 50 300n cm n 0 1 2 3 答案x 50 300n cm n 0 1 2 3 2 從t 0開始 介質中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為 16cm的質點的時間 解析偏離平衡位置位移為 16cm對應為兩列波的波谷相遇 t 0時 波谷之差 整理可得 x 10 6n1 5n2 5波谷之間最小的距離為 x 5cm 兩列波相向傳播 相對速度為2v 50cm s所以出現(xiàn)偏離平衡位置位移為 16cm的最短時間答案0 1s 預測3一列簡諧橫波在t 0時刻的波形如圖6所示 質點P此時刻沿 y軸方向運動 經(jīng)過0 1s第一次到達平衡位置 波速為5m s 則下列說法正確的是 A 該波沿x軸負方向傳播B Q點的振幅比P點的振幅大C P點的橫坐標為x 2 5mD Q點 橫坐標為x 7 5m的點 的振動方程為y 5cost cm E x 3 5m處的質點與P點振動的位移始終相反 圖6 解析由質點P可判斷出波的傳播方向 A正確 0 1s內機械波傳播的距離為x vt 0 5m 考慮到機械波向左傳播 故xP 3 0 5 m 2 5m C正確 答案ACD 預測4如圖7甲所示為一列沿水平方向傳播的簡諧橫波在時刻t的波形圖 如圖乙所示為質點b從時刻t開始計時的v t圖象 若設振動正方向為沿 y軸方向 則下列說法中正確的是 圖7 A 該簡諧橫波沿x軸正方向傳播B 該簡諧橫波波速為0 4m sC 若該波發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 則該波所遇到的障礙物或孔的尺寸一定比4m大得多D 在時刻t 質點a的加速度比質點b的大E 再經(jīng)過2s 質點a隨波遷移0 8m解析t時刻 從圖乙可知質點b速度為 y方向 甲圖中采用波形平移的方法可知波形沿x軸正方向傳播 故A正確 據(jù)發(fā)生明顯衍射的條件可知 該波所遇到的障礙物或孔的尺寸一定比4m小得多 故C錯誤 質點a只在其平衡位置附近振動 并不會隨波遷移 故E錯誤 答案ABD 高考題型3光的折射和全反射 解題方略 3 全反射的條件 1 光從光密介質射向光疏介質 2 入射角大于或等于臨界角 4 光的幾何計算題往往是光路現(xiàn)象與光的反射 折射 全反射 臨界點 及幾何圖形關系的綜合問題 解決此類問題應注意以下四個方面 1 依據(jù)題目條件 正確分析可能的全反射及臨界角 2 通過分析 計算確定光傳播過程中可能的折射 反射 把握光的 多過程 現(xiàn)象 3 準確作出光路圖 4 充分考慮三角形 圓的特點 運用幾何圖形中的角關系 三角函數(shù) 相似形 全等形等 仔細分析光傳播過程中產(chǎn)生的幾何關系 例3如圖8所示梯形玻璃磚ABCD A 45 B 105 AB邊長為L 一束平行于AB邊的光線由AD邊入射 經(jīng)折射后在AB邊中點發(fā)生全反射 直接射到BC邊 且與BC邊成45 角射出玻璃磚 求 圖8 1 玻璃磚的折射率 解析光路如圖所示 由幾何關系 45 105 90 180 得 30 2 光線在玻璃磚內傳播的時間 解析設光在玻璃磚中傳播兩段光線長度分別為x1和x2 預測5 2015 新課標全國 34 如圖9 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 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 圖9 解析由題圖可知 a光的折射角大于b光的折射角 根據(jù)折射定律可以判斷出玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率 故C錯誤 若改變光束的入射方向使 角逐漸變大 因為a光的折射率大 則折射光線a首先消失 故D正確 a光的波長小于b光的波長 分別用a b光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗 a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距 故E錯誤 答案ABD 預測6一湖面上有一伸向水面的混凝土觀景臺 如圖10所示是一截面圖 觀景臺下表面恰好和水面相平 A為觀景臺右側面在湖底的投影 水深h 4m 在距觀景臺右側面x 4m處有一可沿豎直方向上下移動的單色點光源S 點光源S可從距水面高3m處下移到接近水面 在移動過程中 觀景臺水下被照亮的最遠距離為AC 最近距離為AB 若AB 3m 求 圖10 1 水的折射率n 解析如圖 當點光源離水面最遠時 恰從觀景臺邊緣經(jīng)過的光線照射到水底最近處B 2 光能照亮的最遠距離AC 計算結果可以保留根號 解析由光源S貼著水面發(fā)出平行水面的光線經(jīng)觀景臺右邊緣處折射后 照亮水底的距離最遠 高考題型4光的幾種特有現(xiàn)象 1 機械波和光波都能發(fā)生干涉 衍射 多普勒效應等現(xiàn)象 是波特有的現(xiàn)象 偏振現(xiàn)象是橫波的特有現(xiàn)象 要觀察到穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象和明顯的衍射現(xiàn)象需要一定的條件 2 機械波的干涉圖樣中 實線和實線的交點 虛線和虛線的交點及其連線為振動加強處 實線和虛線的交點及其連線處為振動減弱處 振動加強點有時位移也為零 只是振幅為兩列波的振幅之和 顯得振動劇烈 解題方略 1 l d相同時 x 可見光中的紅光條紋間距最大 紫光最小 2 間隔均勻 亮度均勻 中央為亮條紋 3 如用白光做實驗 中間為白色 兩邊為由紫到紅的彩色 4 光的干涉現(xiàn)象 薄膜干涉 油膜 空氣膜 增透膜 牛頓環(huán) 光的衍射現(xiàn)象 圓孔衍射 泊松亮斑 例4以下說法中正確的是 A 圖11甲是一束復色光進入水珠后傳播的示意圖 其中a束光在水珠中傳播的速度一定大于b束光在水珠中傳播的速度B 圖乙是一束單色光進入平行玻璃磚后傳播的示意圖 當入射角i逐漸增大到某一值后不再會有光線從bb 面射出 圖11 C 圖丙是雙縫干涉示意圖 若只減小屏到擋板間距離l 兩相鄰亮條紋間距離 x將減小D 圖丁是用干涉法檢測工件表面平整程度時得到的干涉圖樣 彎曲的干涉條紋說明被檢測的平面在此處是凸起的E 圖戊中的M N是偏振片 P是光屏 當M固定不動 緩慢轉動N時 光屏P上的光亮度將一明一暗交替變化 此現(xiàn)象表明光波是橫波 當入射角i逐漸增大 折射角逐漸增大 由于折射角小于入射角 不論入射角如何增大 玻璃磚中的光線不會消失 故肯定有光線從bb 面射出 故B錯誤 由于不知道被測工件表面的放置方式 故不能判斷此處是凸起的 故D錯誤 只有橫波才能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象 所以光的偏振現(xiàn)象表明光是一種橫波 故E正確 答案ACE 預測7下列有關光現(xiàn)象的說法中正確的是 A 雨后天空出現(xiàn)彩虹是光的干涉現(xiàn)象B 刮胡須的刀片的影子邊緣模糊不清是光的衍射現(xiàn)象C 水的視深比實際深度淺些是光的全反射現(xiàn)象D 在太陽光照射下 水面上油膜出現(xiàn)彩色花紋是光的干涉現(xiàn)象E 光導纖維絲內芯材料的折射率比外套材料的折射率大解析雨后天空出現(xiàn)彩虹 是由于光的折射形成光的色散現(xiàn)象 故A錯誤 光能繞過障礙物體繼續(xù)傳播而產(chǎn)生衍射現(xiàn)象 使得障礙物的輪廓模糊 所以刮胡須的刀片的影子邊緣模糊不清是光的衍射現(xiàn)象 故B正確 光線由水中斜射到空氣中時 在水面上發(fā)生折射 折射角大于入射角 折射光線進入人眼 人眼逆著折射光線的方向看去 就會覺得池底變淺了 所以水的視深比實際深度淺些是光的折射現(xiàn)象 故C錯誤 光在油膜的上下兩個表面分別發(fā)生反射 兩列反射光在油膜的上表面發(fā)生薄膜干涉 不同色光干涉條紋的間距不同 從而形成彩色花紋 所以這是光的干涉現(xiàn)象 故D正確 光導纖維是利用光的全反射現(xiàn)象制成的 根據(jù)全反射的條件可知 光導纖維絲內芯材料的折射率比外套材料的折射率大 故E正確 答案BDE 預測8下列關于光的說法中正確的是 A 雨后彩虹是由于太陽光入射到水滴中發(fā)生全反射形成的B 和諧號 動車組高速行駛時 地面上測得其車廂長度將明顯變短C 在雙縫干涉實驗中 用紅光代替黃光作為入射光可增大干涉條紋的間距D 白光通過雙縫后產(chǎn)生的干涉條紋是彩色的 其原因是不同色光的波長不同E 光從一種介質進入另一種介質發(fā)生折射是因為光在不同介質中的傳播速度不同 解析雨后彩虹是由于太陽光入射到水滴中發(fā)生的折射形成的 故A錯誤 根據(jù)多普勒效應 和諧號 動車組高速行駛時 地面上測得其車廂長度將明顯變短或變長 故B錯誤 雙縫干涉實驗中 用紅光代替黃光后 波長變長 則導致干涉條紋的間距增大 故C正確 白光通過雙縫后產(chǎn)生的干涉 因波長不一 導致干涉條紋間距不同 從而出現(xiàn)彩色條紋 故D正確 光從一種介質進入另一種介質發(fā)生折射是因為光在不同介質中的折射率不同 根據(jù)c nv可知 傳播速度也不同 故E正確 答案CDE