2013届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

第5专题主编AH 决胜高考专案突破名师诊断对点集训【考情报告】名师诊断专案突破对点集训决胜高考【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、用单摆测名师诊断专案突破对点集训决胜高考定重力加速度”;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=2π )”要求由“Ⅰ”变化为“Ⅱ”;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:Δx= λ”;5.增加考点“光的颜色、色散”,要求为“Ⅰ”.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lgcvld名师诊断专案突破对点集训决胜高考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.名师诊断专案突破对点集训决胜高考别是对新增考点、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,特名师诊断专案突破对点集训决胜高考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】Acvff空气玻璃【知能诊断】名师诊断专案突破对点集训决胜高考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名师诊断专案突破对点集训决胜高考传播的过程中,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;波在名师诊断专案突破对点集训决胜高考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,红光名师诊断专案突破对点集训决胜高考必然增加了,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,反射光的强度名师诊断专案突破对点集训决胜高考【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.【答案】A4.一个弹簧振子沿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 ()名师诊断专案突破对点集训决胜高考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 ()34名师诊断专案突破对点集训决胜高考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,a34处质点位于波谷位置,c处质点位于波峰位置,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名师诊断专案突破对点集训决胜高考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名师诊断专案突破对点集训决胜高考【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Δx= λ,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ld间距小,选项B正确.【答案】B名师诊断专案突破对点集训决胜高考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名师诊断专案突破对点集训决胜高考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 ()名师诊断专案突破对点集训决胜高考A.沿x轴负方向,60m/sB.沿x轴正方向,60m/sC.沿x轴负方向,30m/sD.沿x轴正方向,30m/s【解析】由题图甲中质点P的振动方向可知该波沿x轴负方向传播;由题图甲可知波长λ=24m,由题图乙可知周期T=0.4s,则波速v= =60m/s,A正确,B、C、D均错误.【答案】AT名师诊断专案突破对点集训决胜高考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).名师诊断专案突破对点集训决胜高考(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=0.9990m,再用游标卡尺测量摆球直径,结果如图所示,则该摆球的直径为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1m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sin5°=0.087,sin15°=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).名师诊断专案突破对点集训决胜高考【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名师诊断专案突破对点集训决胜高考节摆长,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12mm线对齐,故游标卡尺的读数为12.0mm,即摆球的直径为12.0mm,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=0.9930m.(3)单摆做简谐运动的要求摆角在5°内,即最大振幅为l×sin5°=1×0.087m=8.7cm,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名师诊断专案突破对点集训决胜高考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.2名师诊断专案突破对点集训决胜高考【解析】如图,考虑从玻璃立方体中心O点发出的一条光线,假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射.根据折射定律有nsinθ=sinα式中,n是玻璃的折射率,入射角等于θ,α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αA= 2名师诊断专案突破对点集训决胜高考设线段OA在立方体上表面的投影长为RA,由几何关系有sinθA= 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 = .22()2AARaR221an2a'SS2A26R6a'SS4【答案】 4名师诊断专案突破对点集训决胜高考 【思维导图】名师诊断专案突破对点集训决胜高考一、机械振动1.简谐运动名师诊断专案突破对点集训决胜高考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,叫简谐运动.表达式为:⑤F=-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⑥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名师诊断专案突破对点集训决胜高考简谐运动.单摆的周期公式T=2π 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⑦重力加速度.3.简谐运动的图象以横轴表示时间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.lg名师诊断专案突破对点集训决胜高考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⑧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、机械波名师诊断专案突破对点集训决胜高考1.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