高考物理二轮复习热点难点专题透析专题5：振动与波-光学课件

1、第5专题,主编,AH,物理,物理,物理,物理,决胜高考,专案突破,名师诊断,对点集训,【考情报告】,【考向预测】,本专题涉及机械振动、机械波和光,重点是简谐运动和简谐波的图象、光的折射、全反射.近三年来高考考试说明对本单元内容和要求每年均有所调整.在2009年的安徽考试说明中物理选修3-4未列入高考范围,2010年在2009年考试说明的基础上增加了“机械振动”、“机械波”、“电磁波”和实验“探究单摆的运动、用单摆测,定重力加速度”;2011年又将2010年考试说明选修3-4的内容中“电磁波”换为“光”.2012年考试说明变化很大:1.将“单摆、单摆的周期公式(即T=2)”要求由“”变化为“”;

2、2.将考点“横 波的图象”变为“横波的图象(正弦波)”;3.在考点介质的折射率(即绝对折射率)后增加“n=(c、v分别是光在真空中的传播速度和 光在某种介质中的传播速度)”;4.删去“用双缝干涉测量光的波长的实验原理:x=”;5.增加考点“光的颜色、色散”,要求为“ ”.考试说明的这些变化预示着要加强单摆的周期公式的理解和应用,加强对介质的折射率的理解,要求学生理解光的颜色和色散,能用色散现象的结果进行类比迁移.随着每次考试说明的变化,高考试题都会对变化有所体现.2010年考试说明变化后,高考试题对选修3-4部,分的考查内容是横波的图象;2011年考试说明变化后,高考试题对选修3-4部分的考查

3、内容是折射定律、折射率;2012年考查的是横波的图象(正弦波);对于实验近几年均没有考查.,别是对新增考点、变化考点命题的可能性会达到80%,不排除针对单摆周期命题的可能性.,对本章的复习,应很好地把握考试大纲中的难度.虽然考试说明中对振动图象,波的图象,波长、波速与周期的关系和光的折射率要求较高,但考题难度相对来说较低,命题方式仍然是对单个知识点进行专项考查.从近几年安徽省高考命题情况看,本章考查的重点有波的图象以及波速、波长和频率的关系(如2010年高考安徽理综卷第15题、2012年高考安徽理综卷第15题)、光的折射率、色散(如2011年高考安徽理综卷第15题).,预计在2013年的高考中

4、对本专题的考查仍以上述热点为主,题型仍是选择题,其中对光的折射定律、折射率、色散考查的概率很大,特,1. 一束单色光经由空气射入玻璃,这束光的(),A.速度变慢,波长变短,B.速度不变,波长变短,C.频率增高,波长变长,D.频率不变,波长变长,【解析】单色光由一种介质进入另一种介质,其频率仅由振源决定,故频率不变,选项C错;根据n=1,可知单色光经由空气射 入玻璃波速变小,波长变小,故A对,B、D错.,【答案】A,【知能诊断】,2.一列简谐机械波在介质中传播,对于其传播路径上某个质点,下列说法正确的是(),A.它的振动速度等于波的传播速度,B.它的振动方向一定垂直于波的传播方向,C.它在一个周

5、期内走过的路程等于一个波长,D.它的振动频率等于波源的振动频率,传播的过程中,质点的振动频率等于波源的频率,D正确.,【答案】D,【解析】介质中某个振动质点做简谐运动,其速度按正弦(或余弦)规律变化,而在同一介质中波的传播速度是不变的,振动速度和波的传播速度是两个不同的速度,A错误;在横波中振动方向和波的传播方向垂直,在纵波中振动方向和波的传播方向在一条直线上,B错误;振动质点在一个周期内走过的路程为振幅的4倍,C错误;波在,3.把半圆形玻璃砖置于竖直白色墙壁旁,如图所示.一束太阳光沿玻璃砖半径方向从A 点射入玻璃砖,并在圆心O点发生反射和折射,折射光在墙上呈现七色彩带.若入射点由A向B缓慢移

6、动,保持太阳光沿半径方向入射到O点,这时观察到各色光在墙壁上陆续消失.在光带未完全消失之前,反射光的强度变化以及墙壁上最先消失的光分别是(),A.减弱,紫光B.减弱,红光,C.增强,紫光 D.增强,红光,必然增加了,C选项正确.,【答案】C,【解析】同一种介质对七色光的折射率各不相同,红光折射率最小,紫光折射率最大.在入射点由A逐渐向B点移动时,紫光最先发生全反射而在墙壁上消失;折射光减少转变为反射光,反射光的强度,【解析】经过四分之一的周期,振子具有沿x轴正方向的最大加速度,因为简谐振动的物体的加速度始终与位移方向相反,则经过四分之一周期,振子具有沿x轴负方向的最大位移,符合这一特征的只有A

7、.,【答案】A,4.一个弹簧振子沿x轴做简谐运动,取平衡位置O为x轴坐标原点.从某时刻开始计时,经过四分之一周期,振子具有沿x轴正方向的最大加速度.能正确反映振子位移x与时间t关系的图象是(),5.一列横波沿x轴正向传播,a、b、c、d为介质中的沿波传播方向上四个质点的平衡位置.某时刻的波形如图甲所示,此后,若经过个周 期开始计时,则图乙描述的是(),A.a处质点的振动图象B.b处质点的振动图象,C.c处质点的振动图象D.d处质点的振动图象,【解析】由图甲可知,此时a处质点运动方向沿y轴正方向,c处质点运动方向沿y轴负方向,b、d两处质点速度为零.经过个周期后,a,处质点位于波谷位置,c处质点

8、位于波峰位置,b处质点位于平衡位置且向y轴负方向运动,d处质点位于平衡位置且沿y轴正方向运动,所以B选项正确.,【答案】B,6.下图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样,则(),A.甲为紫光的干涉图样,B.乙为紫光的干涉图样,C.丙为红光的干涉图样,D.丁为红光的干涉图样,【解析】光通过双缝产生干涉图样,通过单缝产生衍射图样,选项C、D错误.而干涉图样为明暗相间的条纹,且条纹间距x=,光的 波长越长,条纹间距越大,紫光的波长短,因而紫光干涉图样的条纹,间距小,选项B正确.,【答案】B,A.A、B均不变,B.A、B均有变化,C.A不变,B有变化,D.A有变化,B不变,7.如图所示,白炽灯的右侧

9、依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧.旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是(),【解析】旋转偏振片,A处得到的是始终强度相同的偏振光,偏振光再经过偏振片,在B处的光强随着转动而变化,当Q的透振方向与经过P的偏振光的振动方向垂直时,B处的光强为0.,【答案】C,8.一列简谐横波沿x轴传播,t=0时刻的波形如图甲所示,此时质点P正沿y轴负方向运动,其振动图象如图乙所示,则该波的传播方向和波速分别是(),A.沿x轴负方向,60 m/s,B.沿x轴正方向,60 m/s,C.沿x轴负方向,30 m/s,D.沿x轴正方向,30 m/s,【解析】由题图甲中质点P的振动方向可知该

10、波沿x轴负方向传播;由题图甲可知波长=24 m,由题图乙可知周期T=0.4 s,则波速v=60 m/s,A正确,B、C、D均错误.,【答案】A,A.保证摆动过程中摆长不变,B.可使周期测量得更加准确,C.需要改变摆长时便于调节,D.保证摆球在同一竖直平面内摆动,9.某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素.,(1)他组装单摆时,在摆线上端的悬点处,用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线,再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧,如图所示.这样做的目的是(填字母代号).,(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下,用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L=0.9990 m,再用游标卡尺测量摆球直径,结果如图所示,则该

11、摆球的直径为mm,单摆摆长为m.,(3)下列振动图象真实地描述了对摆长约为1 m的单摆进行周期测量的四种操作过程,图中横坐标原点表示计时开始,A、B、C均为30次全振动的图象,已知sin 5=0.087,sin 15=0.26,这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是(填字母代号).,【解析】(1)用橡皮夹紧,再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧,保证悬点不动,从而保证摆动过程中,摆长不变,A正确;这样做不影响周期测定的准确性,B错误;需要改变摆长时,松开铁夹和橡皮夹很容易调,节摆长,C正确;这样做不能保证摆球在同一竖直平面内摆动,D错误.,(2)游标上的0刻线与主尺的12 mm线对齐,故游标卡尺的读数

12、为12.0 mm,即摆球的直径为12.0 mm,摆长等于悬点到摆球最低点的长度减摆球的半径,(0.9990-0.0060)m=0.9930 m.,(3)单摆做简谐运动的要求摆角在5内,即最大振幅为lsin 5=10.087 m=8.7 cm,C、D错误;从平衡位置开始计时,测量周期准确些,A正确.,【答案】(1)AC(2)12.00.9930(3)A,10.一玻璃立方体中心有一点状光源.今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜,以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体.已知该玻璃的折射率为,求镀膜的面积与立方体表面积之比的最 小值.,【解析】如图,考虑从玻璃立方体中心O点发出的一条光线,假设

13、它斜射到玻璃立方体上表面发生折射.根据折射定律有nsin =sin ,式中,n是玻璃的折射率,入射角等于,是折射角.,现假设A点是上表面面积最小的不透明薄膜边缘上的一点.由题意,在A点刚好发生全反射,故A=,设线段OA在立方体上表面的投影长为RA,由几何关系有,sin A=,式中a为玻璃立方体的边长.由以上各式得,RA=,由题给数据得RA=,由题意,上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是半径为RA的圆.所求的镀膜面积S与玻璃立方体的表面积S之比为=,由上式得=.,【答案】,【思维导图】,一、机械振动,1.简谐运动,物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动,叫

14、简谐运动.表达式为:F=-kx.,2.典型的简谐运动模型,(1)弹簧振子,周期与振幅无关,只由振子质量和弹簧的劲度系数决定.可以证明,竖直放置的弹簧振子的振动也是简谐运动.在水平方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧的弹力;在竖直方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力.,(2)单摆,单摆是一个理想物理模型,只有在摆角小于5时的振动才可以视为,简谐运动.单摆的周期公式T=2中的l为摆长,是悬点到摆球重心 的距离,g是当地的重力加速度,单摆的周期与摆球质量无关,与摆动的振幅无关(在一些习题中存在计算等效摆长和等效加速度的问题).利用单摆可以测量重力加速度.,3.简谐运动的图象,以横轴表示时

15、间t,以纵轴表示位移x,建立坐标系,画出的简谐运动的位移-时间图象都是正弦或余弦曲线.振动图象表示了振动物体的位移随时间变化的规律.,从简谐运动的图象中可以知道任一个时刻质点的位移x、振幅A、周期T,以及各时刻速度和加速度的方向.,4.受迫振动与共振,物体在驱动力(既周期性外力)作用下的振动叫受迫振动.,(1)物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关.,(2)物体做受迫振动的振幅由驱动力频率和物体的固有频率共同决定:两者越接近,受迫振动的振幅越大,两者相差越大受迫振动的振幅越小.,(3)当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时,受迫振动的振幅最大,这种现象叫共振.,二、机械波,1

16、.机械波的产生条件:波源(机械振动)、传播振动的介质(相邻质点间存在相互作用力).,2.机械波的分类:横波和纵波.,3.机械波的传播,(1)在同一种均匀介质中机械波的传播是匀速的.波速、波长和频率之间满足公式:v=f.,(2)介质质点的运动是在各自的平衡位置附近的简谐运动,是变加速运动,介质质点并不随波迁移.机械波传播的是振动形式、能量和信息.机械波的频率由波源决定,而传播速度由介质决定.,4.波的独立传播原理和叠加原理,独立传播原理:几列波相遇时,能够保持各自的运动状态继续传播,不互相影响.,叠加原理:介质质点的位移、速度、加速度都等于几列波单独转播时引起的位移、速度、加速度的矢量和.,5.

17、波的图象,波的图象表示介质中的各个质点在同一时刻的位移.从波的图象上可以读出振幅和波长.,三、光的折射,1.折射定律折射光线与入射光线、法线处于同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线两侧,入射角的正弦与折射角的正弦成正比.,2.折射率光从真空或空气中射入介质中发生折射时,入射角,的正弦与折射角的正弦之比,叫做这种介质的折射率.折射率是反映介质折射光的本领大小的一个物理量.,折射率的定义表达式: n=(其中1为真空或空气中的角度),折射率的其他各种计算表达形式:n=(其中c、为光在真空 或空气中的光速、波长;v、为介质中的光速、波长;C为光发生全反射时的临界角).,3.光的全反射,发生全反射

18、的条件:光从光密介质入射到光疏介质;入射角大于等于临界角.,临界角:折射角等于90时对应的入射角叫做临界角.用C表示,sin C=.,4.光的色散,白光通过三棱镜后,出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光束.由七色光组成的光带叫做光谱.这种现象叫做光的色散.,各种色光性质比较:可见光中红光的折射率n最小,频率最小,在同种介质中(除真空外)传播速度v最大,波长最大,从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C最大,以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小(注意区分偏折角和折射角).,四、光的干涉、衍射和偏振,1.光的干涉,若光源S1、S2振动情况完全相同,则符合=r2-r1=n(n=0、1、

19、2、3)时,出现亮条纹;符合=r2-r1=(2n+1)(n=0,1,2,3)时,出现暗条纹.,相邻亮条纹(或相邻暗条纹)的中央间距:x=.,薄膜干涉:由薄膜的前、后表面反射的两列光波叠加而成,劈形薄膜干涉可产生平行的明暗相间的条纹.,2.光的衍射现象,光遇到障碍物时,偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射.从理论上讲衍射是无条件的,但需发生明显的衍射现象的条件是:当孔或障碍物的尺寸比光波的波长小,或者跟光波的波长相,差不多时,光才发生明显的衍射现象.,3.光的偏振,光的偏振现象充分表明光波是横波.因为偏振现象是横波所特有的现象.,自然光:从光源(如太阳、亮着的灯等)直接发出的光,包

20、含着在垂直于传播方向的一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同.,偏振光:自然光通过偏振片后,在跟光传播方向垂直的平面内,光振动在某一方向较强而在另一些方向振动较弱,这样的光叫偏振光.,自然光射到两种介质的界面上,如果光的入射方向合适,使反射和折射光之间的夹角恰好是90,这时的反射光和折射光就都是偏振光,且它们的偏振方向互相垂直.我们通常看到的绝大多数光都是偏振光.,4.激光其主要特点有:相干性好;平行度好;亮度很高.,【解题精要】,一、简谐运动的描述及其特征,1.回复力:F=-kx,其中x表示物体偏离平衡位置的位移.此式一方面揭示了做简谐运动的物体的动力学特征,另一方面提供了

21、判断物体是否做简谐运动的依据.,2.振动规律,(1)方向规律:始终存在两个方向相反的关系(a与x、F与x),且a,、F的方向总是指向平衡位置.,(2)大小变化规律:物理量可划分为两个阵容(x、a、F、Ep)与(v、Ek),在同一阵容内物理量大小变化的趋势总是相同,不同阵容间物理量大小变化的趋势总是相反.,3.特点,(1)对称性:位移大小、速度大小、加速度大小、运动时间关于平衡位置对称相等.,(2)守恒性:满足机械能守恒,振幅A不变.,(3)周期性:呈正(余)弦规律变化,其周期与振幅无关,被称之为固有周期.,4.图象,(1)从平衡位置处开始计时,函数表达式为x=Asin t,图象如图甲所示.,(

22、2)从最大位移处开始计时,函数表达式为x=Acos t,图象如图乙所示.,A.甲的振幅大于乙的振幅,B.甲的振幅小于乙的振幅,C.甲的最大速度小于乙的最大速度,D.甲的最大速度大于乙的最大速度,例1如图所示,两根完全相同的弹簧和一根张紧的细线将甲、乙两物块束缚在光滑水平面上,已知甲的质量大于乙的质量.当细线突然断开后,两物块都开始做简谐运动,在运动过程中(),【解析】细绳断开前,两根弹簧伸长量相同,剪断后,两物块都开始做简谐运动,平衡位置都在弹簧原长位置,最远点都在剪断前的位置,所以它们的振幅相等,选项A、B错误;两物体做简谐运动时,总机械能保持不变,因为两物体振幅相等,所以振动过程中,它们的

23、机械能相等,到达平衡位置时,动能或速度都达到最大,因为甲的质量大于乙的质量,所以甲的最大速度小于乙的最大速度,选项C正确、D错误.,【答案】C,点评本题最关键的有两点,第一是要理解简谐运动的周期性,第二要明确简谐运动机械能守恒.简谐运动的周期性是指做简谐运动的物体经过一个周期或几个周期后,能回到原来的状态.因此在处理实际问题时,一般要注意多解的可能性或需要写出解答结果的通式.解题时还要注意做简谐运动的物体具有相对平衡位置的对称性,例如:在平衡位置两侧对称点的位移大小、速度大小、加速度大小都相等.,变式训练1如图所示为某弹簧振子在05 s内的振动图象,由图可知,下列说法中正确的是( ),A.振动

24、周期为5 s,振幅为8 cm,B.第2 s末振子的速度为零,加速度为负向的最大值,C.从第2 s末到第3 s末振子在做加速运动,第3 s末振子的速度为正向的最大值,D. 振子在03 s内的路程为40 cm,【解析】根据图象,周期T=4 s,振幅A=8 cm,选项A错误;第2 s末振子到达负的最大位移,速度为零,加速度最大,但沿x轴正方向,选项B错误;从第2 s末到第3 s 末振子从负向最大位移运动到平衡位置做加速运动,第3 s末振子速度达到最大,且向x轴正方向运动,选项C正确;振子在03 s内的路程为24 cm,选项D错误.,【答案】C,1.单摆周期公式T=2的理解,单摆的周期与振幅和质量无关

25、.式中l等效摆长,摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离.g等效重力加速度,与单摆所处的物理环境有关.在不同星球表面,g=,式中R为星球半径,M为星球质量;单摆 处于超重或失重状态下的等效重力加速度分别为g=g0+a、g=go-a;不论悬点如何运动或是受别的作用力,等效加速度g的取值总是在单摆不振动时,摆线的拉力F与摆球质量的比值,即等效重力加速度g=.,2.共振,受迫振动是物体在周期性的外力(驱动力)作用下的振动,不同于自由振动.受迫振动的频率在振动稳定后总是等于外界驱动力的频率,二、单摆、受迫振动与共振,产生共振的条件:驱动力频率等于物体固有频率.,共振曲线:反映受迫振动的振幅A随驱动力的频率f变

26、化的关系.,利用共振时,应使驱动力的频率接近或等于物体的固有频率.防止共振时,应使驱动力的频率与振动物体的固有频率不同,而且相差越大越好.,与物体的固有频率无关.当驱动力的频率与物体的固有频率相等时,振幅最大,这种现象叫共振.,A.A点和B点处在同一水平面上,B.在A点和B点,摆线的拉力大小相同,C.单摆的摆动周期T=2,D.单摆向右或向左摆过C点时,摆线的拉力一样大,例2如图所示,单摆的摆线长为L是绝缘的,摆球带正电,可视为质点,单摆悬挂于O点,当它摆过竖直线OC时,便进入或离开一个匀强磁场,磁场的方向垂直于单摆的摆动平面,在摆角小于5时,摆球在A、B间来回摆动,下列说法错误的是(),【解析

27、】因为洛伦兹力始终不做功,所以摆球在摆动过程中,只有重力做功,机械能守恒,A点和B点处在同一水平面上,选项A正确;在A点和B点,摆球速度为零,不受洛伦兹力,摆线的拉力大小均为F=mgcos (其中为摆角),选项B正确;磁场的存在不影响摆球的运动,所以单摆的摆动周期仍然是x=,选项C正确;单摆向右或向左摆 过C点时,洛伦兹力的方向相反,摆线的拉力不一样大,选项D错误.,【答案】D,点评单摆类问题,一般是关于周期的计算或分析,关键是等效摆长与等效重力加速度的确定.在本题中,因为洛伦兹力始终沿半径方向,对加速度没有影响,所以等效重力加速度仍等于重力加速度,周期不变.,三、波的形成与传播波的图象,1.

28、波的图象与振动图象相比较如下表所示:,2.由t时刻的波形画出t+t时刻的波形图,(1)平移法:先算出经t时间波传播的距离x=vt,再把波形沿波的传播方向平移x.当x,即x=n+x时,可采取去整(n)留零(x)的方法,只需平移x即可.,(2)特殊点法:在波形上找特殊点,如过平衡位置的点或与它相邻的波峰和波谷等,判断出这些点经过t后的位置,画出相应的正弦曲线或余弦曲线即可.,A. t2=0. 25 s,沿y轴负方向,B. t2=0. 75 s,沿y轴负方向,C. t2=1. 50 s,沿y轴正方向,D. t2=1. 25 s,沿y轴正方向,例3列从O点沿x轴正向传播的简谐横波,在t1=0.50 s

29、时刻的波形图如图所示,已知t0=0时刻坐标为x=4 m的质点P刚好第一次通过平衡位置沿y轴正方向运动,则坐标为x=24 m的质点Q开始振动的时刻t2及开始振动时的运动方向分别是(),轴的负方向,选项C、D错误;题图中所示的P点刚好振动一个周期,所以P点刚好第一次通过平衡位置沿y轴正方向运动到t1=0.50 s的状态刚好为半个周期的时间,所以波的周期为1.0 s,波速为16 m/s,再过0.25 s波传到Q点,所以t2=0.5 s+0.25 s=0.75 s,选项A错误,B正确.,【答案】B,点评波的传播是匀速的,在一个周期内,波形匀速向前推进一个波长.n个周期波形向前推进n个波长(n可以是任意

30、正数).因此在计算波速时既可以使用v=f,也可以使用v=,后者往往更方便. 介质中每个质点开始振动的方向都和振源开始振动的方向相同.,【解析】由题意知,波向右传播,所以质点Q开始振动的方向是沿y,3.波的图象问题中的多解性讨论,机械波在传播过程中,存在时间和空间的周期性,传播方向的双向性及质点振动方向的不确定性,构成波动问题求解的多值性.,(1)机械波在一个周期内不同时刻图象的形状是不同的,但在相隔时间为周期整数倍的不同时刻的波形则是相同的,机械波的这种周期性必然导致波的传播距离、时间、速度等物理量具有多值与之对应,可分别表示为:传播距离x0=n+x,传播时间t=nT+t,传播速度v=.,(2

31、)波的传播方向的双向性形成多解,机械波传播时,可以沿x轴正方向传播,也可以沿x轴负方向传播,由于波传播方向的双向性,使波动问题中相关物理量也具有多值性.,(3)波形的隐含性形成多解,在波动问题中,往往只给出完整波形的一部分,或给出几个特殊点,而其余信息均处于隐含状态.这样,波形就有多种情况,形成相关波动问题的多解.,A.波长为5 m,B.周期可能为0.4 s,C.频率可能为0.25 Hz,D.传播速度可能约为5.7 m/s,例4如图所示,一列简谐横波沿x轴正方向传播,实线表示t=0时刻的波形,虚线表示t=0.7 s时刻的波形.则这列波的( ),方向传播,根据波形图可知,0.7 s=(n+)T(

32、其中n=0、1、2、3),所 以,周期T= s(n=0、1、2、3),波速v=(4n+3)m/s (n=0、1 、2、3),当n=0时,Tmax= s,fmin= Hz,vmin=m/s4.3 m/s;当 n=1时,T=0.4 s,v=10 m/s,所以,选项B正确,C、D错误.,【答案】B,点评已知两时刻的波形来确定周期和波速要注意多解性:(1)波的传播方向的双向性,在一维的情况下,机械波既可沿x轴正方向传播,又可沿x轴负方向传播,(2)波具有空间周期性,即波传播n个,原有的波形保持不变.,【解析】根据波形图可知,波长=4 m,选项A错误;已知波沿x轴正,变式训练2如图所示,一列简谐横波沿x

33、轴负方向传播,振幅A=4 cm.在t=0时刻,平衡位置相距5 cm的两质点a、b的位移分别是2 cm、-2 cm,它们的运动方向都沿y轴的负方向.则( ),A.t=0时刻,a、b两质点的动能相同,B.a、b两质点的平衡位置间的距离为半波长的奇数倍,C.当a质点到达平衡位置时,b质点恰好到达负最大位移处,D.a质点速度为零时,b质点速度也为零,【解析】a、b两质点均在平衡位置附近做简谐运动,根据简谐运动的对称性,t=0时刻,a、b两质点的位移大小相等,动能相同,所以选项A正确;a、b两质点平衡位置间的距离为(n+)(其中n = 0、1 、2、3),选项B错误;从t=0时刻开始,质点a做加速运动,

34、而质点b以相同的初速度做减速运动,所以运动相同的距离,质点a需要的时间短,所以当a质点到达平衡位置时,b质点还没有到达负最大位移处,选项C错误;因为a、b两质点的平衡位置间的距离不等于半波,长的整数倍,所以a质点速度为零时, b质点速度不为零,选项D错误.,【答案】A,1.在同一介质中频率越高的光折射率越大,平时我们说的某介质的折射率是指对波长为589.3 nm的黄光而言的,切不可误认为是对各种色光折射率的平均值.光从真空进入介质时,频率不变,速率变小,波长变短.由=n= (0、分别表示光在 真空和介质中的波长)可知:在同一介质中,频率越高的光的速率越小,波长越短.折射率的大小与介质和光的频率

35、有关,跟入射角大小无关,通常跟介质的密度无关(大气除外).,2.一束光射到介质分界面上,入射角等于0时,折射角等于0,虽然光的传播方向不变,但传播速度发生了改变.,3.某种介质是光密介质还是光疏介质是相对而言的,例如水对,四、光的折射及全反射的分析与计算,空气来说是光密介质,但水对玻璃来说则是光疏介质.当光线从光密介质射入光疏介质,在入射角逐渐增大的过程中,反射光的能量逐渐增强,折射光的能量逐渐减弱.一旦入射角等于临界角时,折射光的能量实际上已减弱为零,即已经发生全反射.,4.在解题时要把计算和作图有机地结合起来,根据数据计算反射角、折射角,算一步画一步,画一步再根据需要算一步.作图要依据计算

36、结果,力求准确.,甲,例5一底面半径为R的半圆柱形透明体的折射率n=,横截面如图 甲所示,O表示半圆柱形截面的圆心.一束极窄的光线在横截面内从AOB边上的A点以60的入射角入射,求:该光线从进入透明体到第一次离开透明体时,共经历的时间(已知真空中的光速为c,sin 35=; 计算结果用R、n、c表示).,乙,【解析】设此透明物体的临界角为C,依题意sin C=,所以C=35.,当入射角为60时,由n=,得到折射角r=30,即此时光线折射后 射到圆弧上的C点,入射角为60,大于临界角,会发生全反射,反射后光线水平反射至圆弧上的D点并在D点发生全反射,再反射至B点,从B点第一次射出,如图乙所示.,

37、光在透明体内的路径长s=3R,光在透明体内的速度v=,经历的时 间t=.,【答案】,点评对于几何光学的题目,要能准确地画出光路图,再利用几何关系就能得出最后的结论.,变式训练3一束由a、b两种单色光组成的复色光垂直照射在圆 柱形玻璃砖的AB面上,进入玻璃砖后光路如图所示,则下列说法中正确的是( ),A.a光的折射率大于b光的折射率,B.a光的波长比b光的波长大,C.b光在该玻璃中的折射率n=,D.a光在该玻璃中的速度小于b光的速度,【解析】发生全反射的条件是光从光密介质射入光疏介质,并且入射角大于临界角,根据光路图可知,题中复色光从玻璃射入空气时,入射角均为45,其中只有b光发生了全反射,所以

38、Ca45,Cb=,所以nbna,选项 A、C错误;根据n=可得v=,可见在同种介质中,折射率大的光速 小,即b光在该玻璃中的速度小于a光的速度,选项D错误;a光在玻璃中的折射率小,说明其频率小,即fbfa ,在真空中,光速相同,即f=c,又fbfa,所以ab,在玻璃中a光的波长同样比b光的波长大些,选项B正确.,【答案】B,六、对光的本性的认识,1.光的干涉,两列光波在空间相遇时发生叠加,在某些区域总加强,在另外一些区域总减弱,从而出现明暗相间的条纹的现象叫做光的干涉.双缝干涉条纹是等间距的,相邻明纹(或暗纹)间的距离与波长成正比,即x= .利用双缝干涉可以测光的波长,利用薄膜干涉可检查精密元

39、件的平整度.,2.衍射与干涉的比较,3.干涉与衍射的本质:光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果,从本质上讲,衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理.在衍射现象中,可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波,它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹.,4.不同频率的光的特点,A.a、b是光的干涉图样,B.c、d是光的干涉图样,C.形成a图样光的波长比形成b图样光的波长短,D.c、 d中央条纹为暗纹,例6如图所示,a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样.分析各图样的特点可以得出的正确结论是 ( ),射条纹,但中央条纹宽度大,亮度也大,可见,a、b是光的干涉图样,c、d是光的

40、衍射图样,并且c、d中央条纹为亮纹,选项A正确,B、D错误;a、b光形成的干涉条纹的间距与波长成正比,即x=,a光形 成的条纹间距大,所以形成a图样光的波长比形成b图样光的波长长,选项C错误.,【答案】A,点评明确双缝干涉和单缝衍射的条纹特点与区别是解答好本题的关键.,【解析】单色光的双缝干涉形成的是明暗相间的条纹,并且亮纹和暗纹间距相等,而单缝衍射形成的是虽然也是亮、暗相间的衍,一、选择题,1.有一个质点做简谐运动,经过A、B两点时速度相同,从A到B经历0.2 s,从B再回到A的最短时间为0.3 s,则此质点做简谐运动的周期为 (),A.1 sB.0.8 sC.0.6 sD.0.4 s,【解

41、析】因为做简谐运动的质点经过A、B两点时速度相等,说明A、B两点关于平衡位置对称,从A到B经历0.2 s,说明从平衡位置到B需时间为0.1 s,从B再回到A最短时间为0.3 s,说明从B再回到B最短时间为0.1 s,所以从B到最大位移处需时间为0.05 s,即质点从平衡位置运动到最大位移处需时间为0.15 s,所以该简谐运动的周期为0.6 s,C选项正确.,【答案】C,2.一根不可伸长的细线,一端固定,另一端拴一个可视为质点的小球,这就构成一个单摆.若单摆的摆长不变,摆球的质量增加为原来的4倍,摆球经过平衡位置时的速度减小为原来的一半,则单摆运动的 (),A.周期不变,振幅不变,B.频率不变,

42、振幅改变,C.周期改变,振幅改变,D.频率改变,振幅不变,速度大小有关,与摆球质量无关,所以振幅改变,A选项错误,B选项正确.,【答案】B,【解析】在同一地点重力加速度g不变,则由单摆周期公式可知,单摆周期只与摆长有关,所以单摆周期(频率)不变,C、D选项错误;由机械能守恒定律可知,摆球上升的最大高度与摆经过平衡位置时,3.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列说法正确的是( ),A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象,B.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,C.在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象,D.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象,

43、现象,利用了光的折射原理,选项D错误.,【答案】B,【解析】用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象,选项A错误;光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,选项B正确;在光导纤维内传送图象是利用光的全反射现象,选项C错误;用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的色散,4.一束红、紫两色的混合光,从某种液体射向空气,当研究在界面上发生的折射和反射现象时. 可能发生的情况是下图中的( ),【解析】在同种液体中,紫光的折射率较大,所以当它们从某种液体射向空气并且入射角相同时,紫光的折射角较大,选项A错误;根据临界角公式sin C=可知,紫光的折射率较大,临界角较小,紫光更 容易发生全

44、反射,而选项B中的红光首先发生了全反射,所以可排除;两种色光在界面处都要发生光的反射,所以选项D也可排除.本,题答案为C.,【答案】C,5.一列简谐波沿x轴正方向传播,在t=0时波形如图甲所示.已知波速为10 m/s,则t=0.1 s时正确的波形应是图乙中的(),甲,乙,【解析】由波形图知波长为4.0 m,波长除以波速的周期为0.4 s,所以0.1 s是四分之一周期,则用质点振动法结合波形图中上下坡法判,断0.1 s时的波形图应为C.,【答案】C,【解析】经过四分之一的周期,振子具有沿x轴正方向的最大加速度,因为简谐振动的物体的加速度始终与位移方向相反,则经过四分之一周期,振子具有沿x轴负方向

45、的最大位移,符合这一特征的只有A.,【答案】A,6.一个弹簧振子沿x轴做简谐运动,取平衡位置O为x轴坐标原点.从某时刻开始计时,经过四分之一周期,振子具有沿x轴正方向的最大加速度.能正确反映振子位移x与时间t关系的图象是(),7.如图所示是利用水波槽观察到的水波衍射图象,从图象可知( ),A.B侧波是衍射波,B.A侧波速与B侧波速相等,C.减小挡板间距离,衍射波的波长将减小,D.增大挡板间距离,衍射现象将更明显,大挡板间距离时,衍射现象将变得不明显,选项D错误.,【答案】B,【解析】B侧波在传播过程中遇到带有窄缝的挡板后发生衍射,A侧水波是衍射波,选项A错误;同种机械波在相同介质中的传播速度相

46、同,选项B正确;减小挡板间距离,衍射现象会更明显,但是衍射波的波速不变,频率不变,故波长不变,选项C错误;因为只有当挡板间距跟波长差不多,或者比波长更小时,衍射现象越明显,所以当增,8.半圆形玻璃砖横截面如图,AB为直径,O点为圆心.在该截面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射入玻璃砖,两入射点到O的距离相等,两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示,则下列关于a、b两束光的说法错误的是(),A.在同种均匀介质中传播,a光的传播速度较大,B.以相同的入射角从空气斜射入水中,b光的折射角大,C.若a光照射某金属表面能发生光电效应,b光也一定能,D.分别通过同一双缝干涉装置,a光的相邻亮条

47、纹间距大,【解析】根据光路由两光在圆弧面的入射角相等,b光已经发生全反射,得出b光的临界角比a光的临界角小,b光的折射率大,在同种介质中传播时b光对应的速度小,A对;以相同的入射角从空气斜射入水中,b光的折射角小,B错误;b光的频率比a光的频率大,a光能使某金属发生光电效应,则b光更能使该金属发生光电效应,C对;a光的波长小,通过同一双缝干涉装置,a光的相邻亮纹间距大,D对.,【答案】B,9.一列简谐横波某时刻的图象如图甲所示,从该时刻开始计时,质点A的振动图象如图乙所示,则下列说法错误的是( ),A.波沿x轴负方向传播,B.波速是25 m/s,C.经过t=0.4 s,质点A通过的路程是4 m

48、,D.质点P比质点Q先回到平衡位置,【解析】根据图乙可知,T=0.8 s,A=2 m,t=0时刻即图甲所示时刻,质点A正从平衡位置向上运动,可判断出波沿x轴负方向传播,选项A正确;根据图甲,=20 m, 所以波速v=25 m/s,选项B正确;经过t= 0.4 s=T,质点A通过的路程为2A=4 m,选项C正确;根据图甲,已知 波沿x轴负方向传播,初始时刻质点P正向下运动,而质点Q正从负向最大位移处向平衡位置移动,显然质点Q比质点P先回到平衡位置,选项D错误.,【答案】D,10.如图所示,a、b为两束不同频率的单色光,以45的入射角射到玻璃砖的上表面,直线OO与玻璃砖垂直且与其上表面交于N点,入

49、射点A、B到N点的距离相等,经玻璃砖上表面折射后两束光相交于图中的P点,则下列说法正确的是( ),A.在真空中,a光的传播速度小于b光的传播速度,B.在玻璃中,a光的传播速度大于b光的传播速度,C.同时增大入射角(入射角始终小于90),则a光在下表面先发生全反射,D.对同一双缝干涉装置,a光的干涉条纹比b光的干涉条纹窄,【解析】各种光在真空中的光速相同,选项A错误;根据题图,入射角相同,a光的折射角较大,所以a光的折射率较小,再根据关系式n=可得,光在介质中的光速v=,可见,a光的折射率较小,其在介质中 的光速较大,选项B正确;根据临界角公式C=arcsin 可知,a光的折 射率较小,临界角较

50、大,b光在下表面先发生全反射,选项C错误;a光的折射率较小,波长较长,根据公式x=可知,对同一双缝干涉装 置,a光的干涉条纹比b光的干涉条纹宽,选项D错误.,【答案】B,甲,二、非选择题,11.一个圆柱形桶,底面直径和桶深均为d,当桶内没有装任何物体时,从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B,如图甲所示.当桶内装入半桶某透明液体后,仍从A点看去恰能看到桶底的C点.测得B、C间距离为d,由此可以计算出桶内液体的折射率n=,从而推算出光 在此种透明介质中的传播速度为m/s.已知光在空气中速度为3108 m/s.,【解析】依题意画出桶内有半桶透明液体时从A位置恰能看到桶底C点的光路图,如图乙所示.由折射

51、率公式和几何关系得:,乙,【答案】6108,12.P、Q是一列简谐横波中的质点,相距30 m,各自的振动图象如图所示.如果P比Q离波源近,且P与Q间距离小于1个波长,那么波长=m,波速v=m/s.,【解析】根据振动图象可知,T=4 s.因为P比Q离波源近,且P与Q间距离小于1个波长,所以波源的振动形式先传播到P点,再经过T即 3 s传播到Q点,所以波速v=10 m/s,波长=vT=40 m.,【答案】4010,13.一单色细光束沿过球心的平面照射到折射率n=的透明球体表 面上,入射角等于45,经折射进入球内后又经球内表面反射一次,再经球表面折射后射出.则入射光线与出射光线之间的夹角为.如果入射

52、光是一束白光,则(填色光名称)角最大.,【解析】根据题意画图,如图所示.由光的折射定律、反射定律和几何知识可知,出、入射光线、折射光线和反射光线都关于直线AB对称,且=,则:=-(i-)=2-i,【答案】30红光,14.在“用单摆测定重力加速度”的实验中:,(1)某同学分别选用四种材料不同、直径相同的实心球做实验,各组实验的测量数据如下.若要计算当地的重力加速度值,应选用第组实验数据.,(2)甲同学选择了合理的实验装置后,测量出几组不同摆长l和周期T的数值,画出如图T2-l图象中的实线OM,并算出图线的斜率为k,则当地的重力加速度g=.,A.虚线,不平行OM,B.虚线,平行OM,(3)乙同学也

53、进行了与甲同学同样的实验,但实验后他发现测量摆长时忘了加上摆球的半径,则该同学做出的T2-l图象为 ( ),C.虚线,平行OM,D.虚线,不平行OM,【解析】(1)本实验应选择细、轻又不宜伸长的线,长度一般在1 m左右;小球应选用直径较小、密度较大的金属球;单摆的最大摆角不能超过5;振动次数N应该在30次到50次之间.比较四种材料,只有第2组实验数据合适.,(2)根据图象可知,k=,又因为单摆的周期公式T=2,可得g=42 =.,(3)由g=42,可得=k(常数),所以=k,可见,若错把 摆线长作为摆长,根据所得数据连成的直线的斜率是不变的;若乙同学错把摆线长作为摆长,那么记录的周期T所对应的

54、摆长偏小,即在第(2)题图中,取周期T相同时,乙同学描出的点偏左,据此可知,该同学做出的T2-L图象应该为虚线.本题答案为B.,【答案】(1)2(2)(3)B,15.如图甲所示,扇形AOB为透明柱状介质的横截面,半径为R,介质折射率为,圆心角AOB=30,一束平行于OB的单色光由OA面射入 介质.要使柱体AB面没有光线射出,至少要在O点竖直放置多高的遮光板?,甲,乙,【解析】如图乙所示,光线在OA面上的C点发生折射,由折射定律有,n=,解得=30,折射光线射向球面AB,在D点恰好发生全反射,由折射定律有n=,解得sin =,在三角形OCD中,由正弦定理=,解得OC=R,所以,挡板高度H=OCs

55、in 30=R.,【答案】R,16.一列横波在x轴上传播,在t1=0时刻波形如图中实线所示,t2=0.05 s时刻波形如图中虚线所示.,(1)求这列波的波速是多少?,(2)若有另一列波能与这列波发生稳定干涉,则另一列波的最小频率可能是多少?,【解析】(1)根据波形图可知,波长=8 m,若波沿x轴正向传播,则,0.05 s=(n+)T(n=0,1,2,3),解得周期T=(n=0,1,2,3),波速v=40(4n+1) m/s(n=0,1,2,3),若波沿x轴负向传播,则,0.05 s=(n+)T,解得周期T= s(n=0,1,2,3),波速v=40(4n+3) m/s (n=0,1,2,3).,

56、(2)由题意知另一列波的频率与这列波的频率相同.若波沿x轴正向传播,则当n=0时,周期最大,频率最小为5 Hz,所以另一列波的最小频率可能是5 Hz.,【答案】(1)若沿x轴正向传播,v=40(4n+1) m/s(n=0,1,2,3)若沿x轴负向传播,v=40(4n+3) m/s(n=0,1,2,3)(2)5 Hz,一、选择题,1.用两个完全相同的小球和长度不等的两根细线构成甲、乙两个单摆,实验时测得在单摆甲完成10次全振动的时间内,单摆乙完成了6次全振动,同时还测得两个单摆的摆线长度之差等于64厘米,两个单摆所处位置重力加速度相等,但没有测得其数值.则根据以上条件求得两个单摆摆长分别为(),

57、A.0.36 m、0.72 mB.0.36 m、1.00 m,C.1.00 m、0.64 m D.1.00 m、0.36 m,【解析】由单摆周期公式T=2得:甲单摆摆长L1=,乙单摆摆 长L2=,其中T1=、T2=,又因为L2-L1=64 cm=0.64 m,解以上各 式得:L1=0.36 m,L2=1.00 m,所以B选项正确.,【答案】B,2.由折射率n=的材料制成的半圆柱,其横截面如图所示.当一束细 光线沿半径方向由空气射入,在圆心处发生反射和折射现象.现保持入射光线不动,使半圆柱绕垂直于纸面通过圆心的轴线转过15(光束仍沿半径射入),则(),A.反射光线肯定转过30,B.反射光线肯定转

58、过15,C.折射光线肯定转过15,D.折射光线转过角度肯定大于15,角改变,则反射角也跟着改变,所以反射光线与入射光线之间夹角改变2,所以A选项正确,B选项错误;由光的折射定律可知,当入射角改变时,折射角也要跟着改变,所以折射光线与入射光线之间的夹角一定不等于,所以C选项错误;又因为半圆柱体在转过15的过程中,尚不清楚是否发生全反射,所以D选项错误.,【答案】A,【解析】在光的反射现象中,入射光线不动,反射面转过角,入射,3.一个质点做简谐运动,其位移x随时间t的关系曲线如图所示,可知(),A.质点振动的频率是4 Hz,B.质点振动的振幅是2 cm,C.t=3 s时质点运动速度大小最大,方向沿

59、y轴正方向,D.t=4 s时质点所受的合外力一定为零,【解析】从振动图象可以看出,简谐振动的周期T=4 s,所以频率为0.25 Hz,A选项错误;振幅是2 cm,所以B选项正确;t=3 s时,质点处于反向最大位移处,速度为零,所以C选项错误;t=4 s时质点所受回复力为零,但所受合外力不一定为零,所以D选项错误.,【答案】B,4.下面列举了一些光现象或者一些关于光的说法,其中正确的是 ( ),A.肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是光的折射现象造成的,B.圆屏阴影中心的亮斑(泊松亮斑)是光的衍射现象造成的,C.在阳光照射下, 电线下面没有影子, 是光的衍射现象造成的,D.分别用红光和绿光在同一装置上进行双缝干涉实验,绿光的干涉条纹间距大,【解析】肥皂泡的彩色条纹是薄膜干涉的结果,由于阳光中不同频率的色光在膜的不同厚度处经膜的上下或前后表面反射而加强或减弱,互相重叠形成彩色,选项A错误;泊松亮斑是单色光绕过圆屏而会聚到阴影中心的光的衍射现象,选项B正确;因为电线的尺,寸太小,电线下面的地面上没有形成电线的本影区,所以看不到影子,选项C错误;干涉条纹间距公式为x=,因为红光波长大于绿 光波长,所以用红光和绿光在同一装置上进行双缝干涉实验,红光的干涉条纹间距大,选项D错误.,【答案】B,A.单色光1的波长小于单色光2的波长,B.出射光线