2020届高考物理艺考生大二轮总复习 上篇 专题七 选修模块 第2讲 机械振动和机械波、光教学案

第2讲机械振动和机械波、光三年考情分析高考命题规律三年考题考查内容核心素养(1)机械振动和机械波部分考查：简谐运动、振动图像、波的图像、波长与波速及频率的关系、波的传播、波的叠加等．侧重点：①波动图像和振动图像的相互转化，根据振动图像判断振动方向，根据波的图像确定波的传播方向、传播时间等；②结合简谐运动图像及波的图像考查波的传播的多解问题和波的叠加问题．(2)光学部分考查三方面内容：①几何光学：结合半圆柱形介质、三棱镜、平行介质等考查反射、折射、全反射，解决此类问题要掌握相关定律的内涵及入射角、反射角、临界角、偏向角等概念，熟练应用三角函数、正余弦定理及相似三角形等数学工具；②物理光学：主要涉及光的干涉和衍射，要熟记双缝干涉实验中的条纹间距公式，要注意理解概念和现象；③电磁波、相对论以基本概念、规律的理解为主，多以选择题形式出现.2019Ⅰ卷34T振动图像、波的图像，光的折射物理观念，科学思维Ⅱ卷34T振动图像，光的干涉物理观念，科学论证Ⅲ卷34T波的干涉，光的折射与全反射物理观念，科学思维2018Ⅰ卷34T振动图像、波动图像，光的折射科学思维Ⅱ卷34T机械波的传播，光的折射，全反射科学思维Ⅲ卷34T振动周期、机械波传播，光的折射科学思维2017Ⅰ卷34T振动图像、波的干涉，光的折射科学思维Ⅱ卷34T双缝干涉，光的折射和反射物理观念、科学思维Ⅲ卷34T波的图像、光的折射科学思维考向一机械振动和机械波[知识必备]——提核心通技法1．机械振动与机械波2．求解波的图像与振动图像综合类问题的方法(1)分清振动图像与波的图像．分清横坐标即可，横坐标为x则为波的图像，横坐标为t则为振动图像．(2)看清横、纵坐标的单位．尤其要注意单位前的数量级．(3)找准波的图像对应的时刻．(4)找准振动图像对应的质点．3．判断波的传播方向和质点振动方向的方法(1)特殊点法．(2)微平衡法(波形移动法)．4．波传播的周期性、双向性(1)波的图像的周期性：相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同，从而出现多解的可能性．(2)波传播方向的双向性：在题目未给出波的传播方向时，要考虑到波可沿x轴正向或负向传播的两种可能性．[跟进题组]——练考题提能力1.(2019·课标Ⅱ，34(1))如图，长为l的细绳下方悬挂一小球a，绳的另一端固定在天花板上O点处，在O点正下方34l的O′处有一固定细铁钉．将小球向右拉开，使细绳与竖直方向成一小角度(约为2°)后由静止释放，并从释放时开始计时，当小球a摆至最低位置时，细绳会受到铁钉的阻挡．设小球相对于其平衡位置的水平位移为x，向右为正．下列图像中，能描述小球在开始一周期内的x－t关系的是________．解析：A[本题考查单摆问题中对单摆模型的理解及对周期公式的认识，体现出模型建构的素养．由单摆的周期公式T＝2πLg可知，单摆的摆长越大，周期越大，题中单摆在一个全振动中，当x＞0时摆长为l，T1＝2πlg；当x＜0时，摆长为l4，T2＝πlg，则T1＝2T2，由机械能守恒定律可知，小球将运动到与初始位置等高的地方，由几何关系可知，当x＜0时，振幅变小，故A项正确．]2．(2019·课标Ⅰ，34(1))(多选)一简谐横波沿x轴正方向传播，在t＝T2时刻，该波的波形图如图(a)所示，P、Q是介质中的两个质点．图(b)表示介质中某质点的振动图像．下列说法正确的是________．A．质点Q的振动图像与图(b)相同B．在t＝0时刻，质点P的速率比质点Q的大C．在t＝0时刻，质点P的加速度的大小比质点Q的大D．平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图(b)所示E．在t＝0时刻，质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大解析：CDE[本题考查了机械振动及机械波图像的综合应用，考查了学生的综合分析能力，体现了物理观念中运动与相互作用的素养要素．由图(b)可知，在T2时刻，该质点处于平衡位置且向y轴负方向运动，再从图(a)中利用“上下坡法”，结合波沿x轴正方向传播可知，在T2时刻，质点Q在平衡位置且向y轴正方向运动，平衡位置在原点处的质点在平衡位置且向y轴负方向运动，所以A选项错误，D选项正确．分析可知，在t＝0时刻，质点P位于波谷，此时质点P的速率为0，加速度最大，位移大小最大，但质点Q在平衡位置，速率最大，加速度为0，位移为0，所以B选项错误，C和E选项均正确．]3．(2017·课标Ⅲ，34(1))(多选)如图，一列简谐横波沿x轴正方向传播，实线为t＝0时的波形图，虚线为t＝0.5s时的波形图．已知该简谐波的周期大于0.5s．关于该简谐波，下列说法正确的是________．A．波长为2mB．波速为6m/sC．频率为1.5HzD．t＝1s时，x＝1m处的质点处于波峰E．t＝2s时，x＝2m处的质点经过平衡位置解析：BCE[本题考查机械波图像．由题图可知，该波波长λ＝4m，选项A错误；T＞0.5s，则由题图知波在0.5s内沿x轴正方向传播的距离为34λ，传播时间t＝34T＝0.5s，T＝23s，频率f＝1T＝1.5Hz，选项C正确；波速v＝λT＝6m/s，选项B正确；1s＝32T，t＝1s时，x＝1m处的质点处于波谷，选项D错误；2s＝3T，t＝2s时，x＝2m处的质点经过平衡位置，选项E正确．]4．(2019·课标Ⅲ，34(1))(多选)水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上．振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源．两波源发出的波在水面上相遇．在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样．关于两列波重叠区域内水面上振动的质点，下列说法正确的是________．A．不同质点的振幅都相同B．不同质点振动的频率都相同C．不同质点振动的相位都相同D．不同质点振动的周期都与振动片的周期相同E．同一质点处，两列波的相位差不随时间变化解析：BDE[本题考查了机械波的干涉内容，突出了理解能力、综合分析能力的应用，体现了核心素养中模型建构、科学推理和科学论证要素．两列波发生干涉时，会出现振动加强区和振动减弱区，振动加强区的质点振幅大，振动减弱区的质点振幅小，故A错误．波动过程中质点的振动频率由波源决定，故B项正确．不同质点的振动相位不一定相同，故C错误．振动质点的周期由波源决定，故D项正确．由题意知，两列波在重叠区域发生干涉并形成干涉图样，则在同一质点处，两列波的相位在不断变化，但两列波的相位差不变，故E项正确．]考向二光的波动性、电磁波[知识必备]——提核心通技法1.光的色散问题(1)在同一介质中，不同频率的光的折射率不同，频率越高，折射率越大．(2)由n＝cv，n＝λ0λ可知，光的频率越高，在介质中的波速越小，波长越小．2．光的衍射和干涉问题(1)光的衍射是无条件的，但发生明显的衍射现象是有条件的．(2)两列光波发生稳定干涉现象时，光的频率相等，相位差恒定，条纹间距Δx＝ldλ.[跟进题组]——练考题提能力1．正误判断(1)向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”，是多普勒效应的应用．(√)(2)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散，光在干涉、衍射及折射时都可能发生色散．(√)(3)摄影机镜头镀膜增透是利用了光的衍射特性．(×)(4)拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度．(×)(5)彩虹现象与光的全反射有关．(×)(6)全息照相利用了激光的干涉原理．(√)(7)半径较大的凸透镜的弯曲表面向下放在另一块平板玻璃上，让光从上方射入，能看到亮暗相间的同心圆，这是光的干涉现象．(√)(8)在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的位移要大．(×)(9)泊松亮斑是光的衍射现象．(√)(10)肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的，主要体现了光的波动性．(√)(11)太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同．(×)(12)无线电波的发射能力与频率有关，频率越高发射能力越弱．(×)(13)为了从高频电流中取出所携带的声音信号就要进行调制．(×)(14)在高速运动的火箭外的人认为火箭本身变短了．(√)(15)不管光源与观察者是否存在相对运动，观察者观察到的光速是不变的．(√)2．(2020·吉林大学附中模拟)(多选)下列说法正确的是()A．光的偏振现象说明光是一种横波B．某玻璃对a光的折射率大于b光，则在该玻璃中传播速度a光大于b光C．当观察者向静止的声源运动时，接收到的声音的波长大于声源发出的波长D．变化的电场一定产生磁场，变化的磁场一定产生电场E．狭义相对论认为：真空中的光速大小在不同惯性参考系中都是相同的解析：ADE[纵波没有偏振现象，光的偏振现象说明光是一种横波，故A正确；根据v＝cn可得在该玻璃中传播速度a光小于b光，B错误；根据多普勒效应，当观察者向静止的声源运动时，接收到的声音的频率大于声源发出的频率，结合v＝λf可知，接收到的声音的波长小于声源发出的波长，故C错误；根据麦克斯韦电磁理论可知变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，D正确；狭义相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，故E正确．]3．(2019·课标Ⅱ，34(2))某同学利用图示装置测量某种单色光的波长．实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹．回答下列问题：(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________；A．将单缝向双缝靠近B．将屏向靠近双缝的方向移动C．将屏向远离双缝的方向移动D．使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________；(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm.则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)．解析：本题是“利用双缝干涉测光的波长”实验．考查了学生的实验能力，培养了学生实事求是的科学态度，建立了结果来源于实验的价值观．(1)增加目镜中观察到的条纹个数必须要减小条纹间距，由公式Δx＝ldλ可知B正确．(2)由于第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则相邻两条暗条纹的中心间距Δx′＝Δxn－1单色光的波长λ＝Δx′dl＝Δx·dn－1l.(3)λ＝Δx·dn－1l＝0.300×10－3m×7.56×10－34－1×1.20m≈6.30×10－7m＝630nm.答案：(1)B(2)Δx·dn－1l(3)630考向三光的折射和反射[知识必备]——提核心通技法1．光的特性2．光的折射和全反射题型的分析思路(1)确定要研究的光线，有时需根据题意，分析、寻找临界光线、边界光线为研究对象．(2)找入射点，确认界面，并画出法线．(3)明确两介质折射率的大小关系．①若光疏―→光密：定有反射、折射光线．②若光密―→光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射．(4)根据反射定律、折射定律列出关系式，结合几何关系，具体求解．[跟进题组]——练考题提能力1．(2019·课标Ⅰ，34(2))如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3m．距水面4m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin53°＝0.8)．已知水的折射率为43.(1)求桅杆到P点的水平距离；(2)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离．解析：(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2；桅杆高度为h1，P点处水深为h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为θ.由几何关系有x1h1＝tan53°①x2h2＝tanθ②由折射定律有sin53°＝nsinθ③设桅杆到P点的水平距离为x，则x＝x1＋x2④联立①②③④式并代入题给数据得x＝7m⑤(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时，从水面出射