江苏省2020版高考物理二轮复习 专题八 选修3-4课件

专题八选修3-4一、简谐运动、几何光学1.振动(1)单摆的回复力是重力的切向分力,或合力在切向的分力。单摆周期T=2π 。(2)阻尼振动的振幅尽管在减小,但其振动周期(频率)不变,它是由振动系统决定的。(3)稳定时,受迫振动的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率),与物体的固有频率无关。共振条件:f驱=f固。Lg(1)n= 。(2)n= (c为光速,v为光在介质中的速度)。3.全反射的条件及临界角公式(1)全反射的条件:光从光密介质进入光疏介质,入射角大于或等于临界角。(2)临界角公式:sinC= 。12sinsinθθcv1n2.必须掌握折射率的两个公式例1(2019江苏单科,13B,12分)(1)一单摆做简谐运动,在偏角增大的过程中,摆球的。A.位移增大B.速度增大C.回复力增大D.机械能增大(2)将两支铅笔并排放在一起,中间留一条狭缝,通过这条狭缝去看与其平行的日光灯,能观察到彩色条纹,这是由于光的(选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时,这种现象十分明显。(3)如图所示,某L形透明材料的折射率n=2。现沿AB方向切去一角,AB与水平方向的夹角为θ。为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气,求θ的最大值。 答案(1)AC(2)衍射接近(3)60°解析(1)做简谐运动的单摆在偏角增大过程中距平衡位置的位移x增大,速度减小,选项A正确,选项B错误。回复力F=-kx,随x增大,回复力增大,选项C正确。单摆在摆动过程中悬线拉力不做功,故摆球机械能守恒,选项D错误。(2)两支铅笔并排放在一起,中间留有一条狭缝,光发生单缝衍射。由发生明显衍射的条件可知,当障碍物的尺寸与光的波长相接近时衍射现象十分明显。(3)为使光射到AB面时不射入空气,故光在AB面发生全反射,由sinC= ,且C+θ=90°,得θ=60°1n二、光的干涉、衍射、多普勒效应1.干涉加强点和减弱点的判断(1)干涉条件:频率相同、相位差恒定。(2)加强、减弱点形成条件Δr=kλ(k=0、1、2、3、…)振动加强;Δr=(2k+1) (k=0、1、2、3、…)振动减弱。(3)稳定干涉中,振动加强区内各质点的振动位移不一定比减弱区内各质点的振动位移大(振动加强区内各质点的振幅比减弱区内各质点的振幅大)。2.双缝干涉相邻亮条纹间距Δx= λ。2λLd3.区分光的干涉、衍射和色散(1)白光发生光的干涉、衍射和光的色散时都可出现彩色条纹,但出现彩色条纹的本质不相同,干涉和衍射是光的波长不同引起的干涉条纹间距、衍射明显程度不同的缘故,而光的色散是在同一种介质中波速不同、折射率不同造成的。(2)区分干涉和衍射,关键是理解其本质,实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分。4.多普勒效应当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大,当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小。例2(2018江苏南通高三上学期一调)下列关于波的说法中符合实际的有。A.电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机B.根据多普勒效应可以算出宇宙中的星球靠近或远离地球的速度C.可见光和医院“B超”中的超声波在空气中的传播速度相同D.电磁波和声波均能产生干涉、衍射、反射和折射现象(2)如图所示,两列频率相同、传播方向相互垂直的平面波在空间相遇发生干涉,它们的振幅均为A,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,e是a、d连线的中点,则e处质点振动(选填“加强”“减弱”或“不振动”),d处质点的振幅为。 (3)反光膜是一种广泛用于道路交通标志的材料,基本结构如图所示,光照射到反光膜的玻璃珠上时,经折射后射到反射层反射,最终平行于原入射方向反向射出玻璃珠,玻璃珠是半径为R的均匀球体,AB是入射光线,其出射光线与光线AB的间距为 R。①请作出光线AB从射入到射出玻璃珠的完整光路图。②求玻璃球的折射率n。 3答案(1)BD(2)加强2A(3)见解析解析(1)常用红外线作为脉冲信号来遥控电视,故A项错误;由于波源与接收者的相对位移的改变,而导致接收者接收频率变化的现象,称为多普勒效应,所以根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度,故B项正确;可见光传播的速度是光速,超声波在空气中的传播速度是声速,两者传播的速度是不相等的,故C项错误;干涉、衍射、反射和折射现象都是波的特性,电磁波和声波均能产生干涉、衍射、反射和折射现象,故D项正确。(2)据题中干涉图样可知,d处质点是两列波波峰与波峰叠加,而a点是波谷与波谷叠加的地方,均处于振动加强,则e点也是振动加强点;两列波振幅均为A,d处质点的振幅为2A。(3)①光路图如图所示 ②设射入B点光线的入射角为θ1,折射角为θ2,则sinθ1= ,θ1=2θ2由折射定律有n= 3212sinsinθθ解得n= 3三、机械波、光的波动性、电磁波1.机械波(1)每一质点都以它的平衡位置为中心做简谐运动;后一质点的振动总是落后于带动它的前一质点的振动。(2)波只是传播运动形式(振动)和振动能量,介质中各质点并不随波迁移。(3)波的频率由波源决定,波的传播速度由介质决定,v= = =λf。xtλT2.光的波动性3.电磁波的特点:①横波;②传播不需要介质;③具有波的共性;④真空中的速度c=3×108m/s。例3(2018江苏单科,12B,12分)(1)梳子在梳头后带上电荷,摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波。A.是横波B.不能在真空中传播C.只能沿着梳子摇动的方向传播D.在空气中的传播速度约为3×108m/s(2)两束单色光A、B的波长分别为λA、λB,且λAλB,则(选填“A”或“B”)在水中发生全反射时的临界角较大。用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时,可以观察到(选填“A”或“B”)产生的条纹间距较大。(3)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在x=0和x=0.6m处的两个质点A、B的振动图像如图所示。已知该波的波长大于0.6m,求其波速和波长。 答案(1)AD(2)AA(3)2m/s0.8m解析(1)电磁波为横波,电磁波的传播不需要介质,可以向周围各个方向传播,真空中传播速度最大,c=3.0×108m/s,在空气中的传播速度与真空中的传播速度近似相等,故A、D正确,B、C错误。(2)光的波长越大,对应同一介质的折射率越小,由临界角公式sinC= 可知,A光的临界角较大。进行杨氏双缝干涉实验时,相邻两条亮纹或暗纹间的距离Δx= λ,同一装置中,L和d为定值,则λ越大,Δx越大,所以A光的条纹间距较大。(3)由题中图像可知,周期T=0.4s由于波长大于0.6m,由图像可知,波从A到B的传播时间Δt=0.3s1nLd波速v= ,代入数据得v=2m/s波长λ=vT,代入数据得λ=0.8mΔΔxt四、相对论、质能方程1.相对论(1)理解并记住狭义相对论的两个基本假设①狭义相对性原理:在不同的惯性系中,一切物理规律都是相同的。②光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。(2)理解并记住时间的相对性①同时的相对性——运动参考系中同时发生的两个事件,静止参考系中的人认为不同时,“后面”的事件先发生;静止参考系中同时发生的两个事件,运动参考系中的人认为不同时,“前面”的事件先发生。②动钟变慢:从地面上观察高速列车上的时间进程变慢了;同理,高速列车中的观察者测定地面上的时间进程也变慢了。(3)动尺变短:车上的观察者用车上的尺测定车上木棒的长度为l0,地面观察者用地面上的尺测定车上木棒的长度为l,可以推出:ll0。长度缩短效应只发生在相对运动的方向上,与此垂直的方向上无长度缩短效应。2.爱因斯坦质能方程E=mc2表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系,一定的质量总是和一定的能量相对应。ΔE=Δmc2表明物体吸收和放出能量时,必伴随着质量的增加或减少。例4(2019江苏南通、徐州七市二调)(1)超声波是一种频率高于20000赫兹的声波,波长很短,只有几厘米,甚至千分之几毫米,它的方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。关于超声波,下列说法中正确的有。A.由于高频率超声波波长很短,衍射本领很差,在均匀介质中能够沿直线传播B.空气中超声波的传播速度远大于普通声波的传播速度C.当超声波在介质中传播时,介质参与振动的频率等于超声波频率D.用超声波测血液流速,超声波迎着血液流动方向发射,血液流速越快,仪器接收到的反射回波的频率越低(2)如图所示,宇航飞行器以接近光速的速度经过地球。宇航舱内点光源S与前壁M和后壁N距离都是L。某时刻光源S发出一个闪光,宇航舱内仪器观测到M、N同时接收到光信号,则地面观测站观测到闪光(填“是”或“不是”)同时到达M、N;地面观测站观测到宇航舱前后壁间距离(填“”“=”或“”)2L。 (3)测量两面平行玻璃砖折射率的装置如图所示,带圆孔的遮光板N和光屏M平行放置,O点为圆孔的圆心,OO'连线垂直于光屏M,在OO'连线的延长线上放置一个点光源S,S到光屏M的距离H=20cm,此时测得光屏M上圆形光斑半径r1=20cm。将厚度d=10cm、足够长的玻璃砖贴着N板放置,此时测得光屏M上圆形光斑半径为r2=15cm。①求玻璃砖的折射率n。②若将玻璃砖沿OO'连线向光屏M平移一小段距离,说明折射后落在光屏M上圆形光斑的大小有无变化。 答案(1)AC(2)不是(3)① ②见解析102解析(1)高频率超声波的波长短,其衍射本领弱,在均匀介质中能沿直线传播,A正确;声波的传播速度由介质决定,与声波的频率无关,B错误;波传播的是振动的形式和能量,介质中各点做的都是受迫振动,其振动频率由波源的频率决定,C正确;根据多普勒效应,当超声波迎着血液流动方向发射,血液流速越快,仪器接收到的反射回波的频率越高,D错误。(2)宇航舱内的观察者以宇航舱为参考系,光源离宇航舱前壁与后壁的距离相等,光的速度不变,故M、N同时接收到光信号,而地面观测者以地面为参考系,虽然光速相等,但是从光源到达M、N通过的路程不等,所以观测站观测到闪光不是同时到达M、N;根据狭义相对论可知,宇航舱以接近光速的速度经过地球时,地面观测到宇航舱前后壁间距离小于2L。(3)①设射入玻璃砖光线入射角的最大值为θ1,对应的折射角为θ2,则sinθ1= ,因d= ,根据几何关系有sinθ2= 由折射定律有n= 代入数据解得n= 1221rHr2H11222112-(-)2[-(-)]2rrrrdrr12sinsinθθ102②前、后两次光通过玻璃砖的侧位移相同,则光斑大小无变化。