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当前位置:首页 > 商业/管理/HR > 企业财务 > 【二轮精品】2013届高三物理二轮复习精品教学案【专题九】选修3-4
第1页【专题九】选修3-4【考情分析】《大纲》对选修3-4中的所列的内容,除简谐运动的公式和图象,横波的图象,波速、波长和频率(周期)的关系,光的折射定律为Ⅱ类要求外,其余所有内容均为Ⅰ类要求。振动和波的知识虽然不是很多,其中命题频率较高的知识点是简谐运动的公式和图象,横波的图象,波速、波长和频率(周期)的关系。试题信息容量大,综合性强,一道题往往考查多个概念和规律,特别是通过波的图象综合考查对波的理解能力、推理能力和空间想象能力!复习时重点仍为波的图象,同时也应对振动的规律及图象加以重视。【知识归纳】1.简谐运动的动力学特征:回复力及加速度与位移大小成正比,方向总是与位移的方向相反,始终指向平衡位置,其表达式为:F=-kx。2.物体做简谐运动的运动学特征是周期性运动、位移、回复力、加速度、速度都随时间按“正弦”或“余弦”的规律变化,它们的周期均相同,其位移x=tAsin。3.简谐运动的两种模型是弹簧振子和单摆,当单摆摆角10时,可以看成简谐运动,其周期公式为T=gL2。4.机械波(1)机械波的产生条件:①波源;②介质。(2)机械波的特点①机械波传播的是振动的形式和振动的能量,质点在各自的平衡位置附近振动,并不随波迁移。实质:通过传播振动的形式而将振源的能量传播出去。②介质中各质点的振动周期和波的传播周期都与波源相同。③机械波的传播速度只由介质决定。(3)波速、波长、周期、频率的关系fTv5.振动图象和波动图象的物理意义不同,振动图象反映的是质点的位移随时间的变化关系,而波动图象是介质中各个质点在某时刻的位移。6.理解麦克斯韦的电磁场理论:恒定的电(磁)场不能产生磁(电)场,均匀变化的电(磁)场产生恒定的磁(电)场,周期性变化的电(磁)场产生周期性变化的磁(电)场。7.电磁波是横波,在真空中也能传播,在真空中的波速为c=3.0×108m/s.第2页8.折射率与全反射(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=risinsin。折射率与光速的关系vcn.(2)临界角:折射角等于90o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sinC=n1(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。5.光的干涉和衍射光的干涉现象和衍射现象证明了光的波动性,光的偏振现象说明光波为横波。相邻两明条纹(或暗纹)间的距离与波长成正比,即x=dL,利用双缝干涉实验可测量光的波长【考点例析】一、简谐运动的公式及图象比较描述简谐运动的物理量有位移、振幅、周期、频率、相位等。这些物理量间的关系可以用运动学方程来描述,也可用振动图象来描述。【例1】劲度系数为20N/cm的弹簧振子,它的振动图象如图所示,在图中A点对应的时刻A.振子所受的弹力大小为0.5N,方向指向x轴的负方向B.振子的速度方向指向x轴的正方向C.在0~4s内振子作了1.75次全振动D.在0~4s内振子通过的路程为0.35cm,位移为0解析:由图可知A在t轴上方,位移x=0.25cm,所以弹力F=-kx=-5N,即弹力大小为5N,方向指向x轴负方向,选项A不正确;随着时间的延续,正向位移正在增大,即振子的速度方向指向x轴的正方向,选项B正确.t=0、t=4s时刻振子的位移都是最大,且都在t轴的上方,在0~4s内完成两次全振动,选项C错误.振幅为0.5cm,在0~4s内振子通过的路程为2×4A=4cm,选项D错误.答案B.●规律总结简谐运动的图象和公式是描述简谐运动的两种数学方法,学习过程中要注意数形结合。由于图象具有形象直观的特点,因此图象是考查更多的一个考点。二、波的产生和传播【例2】一列简谐横波沿x轴正向传播,O、A、B、C、D为传播方向上的五个质点,相邻质点之间相隔1.0m,如图所示。t=0时刻波源O点开始向y轴正方向运动.经过0.10s它第一次达到正向最大位移,而此时刻B质点开始从平衡位置开始向y轴正方第3页向运动.由此可以确定()A.这列波的波长为8.0m,周期为2.0sB.这列波的波速为20m/s,频率是2.5HzC.在0.30s末D质点刚开始振动D.在0.30s末D质点第一次达到正向最大位移解析:由题意可知,t=T/4=0.10s,则T=0.40s,f=1/T=2.5Hz,设相邻两点之间的距离为d,则2d=λ/4,λ=8d=8.0m,v=λ/T=20m/s,于是,A错,B正确;OD两点相距半个波长,则振动由波源传到D点需时间t1=T/2=0.2s,再经过t2=T/4=0.10s,D质点将第一次达到正向最大位移,故C错,D正确.答案:BD●审题指导波是振动沿介质的传播过程。介质中各个质点的起振方向和波源的起振方向相同,抓住这一点,再根据波的传播方向就能画出波的图形。有时题目给出的波形图可能是一部分波形,不能认为波形画到哪里就是波刚好传到哪里。三、波的图象【例3】如图所示为一简谐波在t=0时的波形图,介质中的质点P做简谐运动的表达式为y=Asin5t,求该波的速度,并画出t=0.3s时的波形图(至少画出一个波长)。解析:由简谐运动的表达式可知5rad/s,t=0时刻质点P向上运动(因为从t=0时刻开始,质点P的位移y随时间t正向增大,可知该时刻质点P向上运动),故波沿x轴正方向传播。由波形图读出波长4m,2T,由波速公式vT,联立以上两式代入数据可得10/vms。t=0.3s时的波形图如图所示。答案:波速v=10m/s,波形图如图所示。四、折射定律和折射率的应用【例4】一条光线从空气射入某介质中,已知入射角为45°,折射角为30°,求光在此介质中的传播速度。解析:n=230sin45sinsinsinri又n=vc,所以v=nc=881012.22103m/s答案:81012.2m/s五、全反射【例5】在一个圆形轻木塞的中心插上一根大头针,然后把它倒放在水面上,第4页调节针插入的深度,使观察者不论在什么位置都不能看到水下的大头针,如图所示,量出针露出的长度为d,木塞的半径为r,求水的折射率。解析:当调节针插入的深度后,使观察者不论在什么位置都不能看到水下的大头针时,表明此时A点发出的光线发生了全反射。如图所示,画出从大头针顶端A点射出的临界光线在木塞边缘区域刚好发生全发射的光路图。从A点发出的光到达B点恰好以临界角C入射,因此sinC=n1在AOB中tanC=dr而11sin1sintan22nCCC解得:n=rrd22答案:rrd22六、双缝干涉中明暗条纹的判断【例6】如图所示是双缝干涉实验装置,屏上O点到双缝S1、S2的距离相等。当用波长为0.75μm的单色光照射时,P是位于O上方的第二条亮纹位置,若换用波长为0.6μm的单色光做实验,P处是亮纹还是暗纹?在OP之间共有几条暗纹?解析:当用波长为λ1=0.75μm单色光时P为O上方第二条亮纹,所以P到双缝S1、S2的距离差△r=2λ1=2×0.75μm=1.5μm,改用λ2=0.6μm.的单色光时,路程差△r=25λ2,所以P为暗纹,从O到P路程差由零逐渐增大,必有路程差为22和23λ2的两点,即OP之间还有两条暗纹。答案:P为暗纹,OP之间还有两条暗纹【方法技巧】1.判断波的传播方向和质点振点方向的方法:①特殊点法。②_______法(波形移动法)。2.利用波传播的周期性,双向性解题(1)波的图象的周期性:相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同,从而使题目的解答出现多解的可能。(2)波传播方向的双向性:在题目未给出传播方向时,要考虑到波可沿x轴_____或O第5页________传播的两种可能性。1.光线通过平板玻璃砖后,不改变光线及光束性质,但会使光线发生侧移,侧移量的大小跟人射角、折射率和玻璃砖的厚度有关.2.对几何光学方面的问题,应用光路图或有关几何图形进行分析与公式配合,将一个物理问题转化为一个几何问题,能够做到直观、形象、易于发现隐含条件.【专题训练】1.如图所示,一弹簧振子在B、C间做简谐运动,O为平衡位置,BC间距离为10cm,从B到C运动一次的时间为1s,则()A.从B到C振子作了一次全振动B.振动周期为2s,振幅为5cmC.经过两次全振动,振子通过的路程是20cmD.振子从B点开始,经3s位移是30cm.2.一列简谐横波沿x轴传播,某时刻0t的图象如图所示,经过st2.1的时间,这列波恰好第三次重复出现图示的波形.根据以上信息,可以确定()A.该列波的传播速度B.st2.1时间内质元P经过的路程C.st6.0时刻质元P的速度方向D.st6.0时刻的波形3.如图所示是一列简谐横波在某时刻的波形图,已知图中质点b的起振时刻比质点a延迟了0.5s,b和c之间的距离是5m,以下说法正确的是()A.此列波的波长为5mB.此列波的频率为2HzC.此列波的波速为2.5m/sD.此列波的传播方向为沿x轴正方向传播4.一兴趣小组的同学们观察到湖面上一点O上下振动,振幅为0.2m,以O点为圆心形成圆形水波,如图所示,A、B、O三点在一条直线上,OA间距离为4.0m,OB间距离为2.4m。某时刻O点处在波峰位置,观察发现2s后此波峰传到A点,此时O点正通过平衡位置向下运动,OA间还有一个波峰。将水波近似为简谐波。则以下说法正确的是()A.此水波的传播速度是2m/sB.此水波的周期是2sC.此水波的波长是4mD.当O点处在波峰位置时,B点正通过平衡位置向下运动5.光在某种玻璃中的速度是3×108m/s,要使光由空气射入这种玻璃,且使折射光BCOAOB第6页线与反射光线之间的夹角为90°,则入射角应是()A.30°B.60°C.45°D.90°6、某同学做测定玻璃折射率实验时,用他测得的多组入射角i与折射角作出isin—rsin图象,如图所示,下列判断正确的是()A.他做实验时,光线是由空气射入玻璃的B.玻璃的折射率为0.67C.玻璃折射率为1.5D.玻璃临界角的正弦值为0.677.如右图所示,空气中有一块截面为扇形的玻璃砖,折射率为2,现有一细光束,垂直射到AO面上,经玻璃砖反射、折射后,经OB面平行于入射光束返回,∠AOB为135°,圆半径为r,则入射点P距圆心O的距离为()A.r·sin15°B.r·sin7.5°C.r21D.r418.如图所示,一束光线以60°的入射角射到一水平放置的平面镜上,反射后在正上方与平面镜平行的光屏上留下一光点P。现将一块上下两面平行的透明体平放在平面镜上,如图中虚线所示,则进入透明体的光线经平面境反射后再从透明体的上表面射出,打在光屏上的光点P′与原来相比向左平移了3.46cm,已知透明体对光的折射率为3。(1)作出后来的光路示意图,标出P′位置;(2)透明体的厚度为多大?(3)光在透明体里运动的时间多长?【参考答案】1.B振子从B到C是半个全振动,其周期为T=2s,振幅为A=5cm,故A错B对;两个周期内,振子路程为S=8A=40cm,故C错;t=3s=1.5T,振子的路程为S=6A=30cm,其位移为x=5cm,故D错。2.ABD从图象可知波长m8,经过st2.1时间,恰好第三次重复出现图示的波形,可知周期sT4.0,从而确定波速v=20m/s,st2.1时间内质元P经过的路程cmAs12034,由于不知道波的传播方向,st6.0时,质元P的振动方向不确定,但由于st6.0=1.5T,可以确定该时刻的波形图.故ABD正确.3.AD解析:因为质点b的起振时刻比质点a晚,所以波沿x轴的正方向传播,而a、b相差T/2,所以T是1秒,波的频率为1Hz;b、c是两相邻的波谷,所以相差一个波长,波长为5m;波速5Tvm/s。B、P第7页4.AD波速12m/sxvt,A项正确;2s后波峰传到A点,此时O点正通过平衡位置向下运动,OA间还有一个波峰,则T45s2,解得6.1Ts,B项错误;波长λ=vT=3.2m,C项错误;OB间距离为2.
本文标题:【二轮精品】2013届高三物理二轮复习精品教学案【专题九】选修3-4
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