2020年高考物理二轮复习 专题七 第二讲 振动和波动 光学课件

第二讲振动和波动光学考点一机械振动和机械波释疑3大考点理清知识体系弄明三个问题1．波的传播问题(1)沿波的传播方向上各质点的起振方向与波源的起振方向一致。(2)介质中各质点随波振动，但并不随波迁移。(3)沿波的传播方向上波每个周期传播一个波长的距离。(4)在波的传播过程中，同一时刻如果一个质点处于波峰，而另一质点处于波谷，则这两个质点一定是反相点。2．波的叠加问题(1)两个振动情况相同的波源形成的波，在空间某点振动加强的条件为Δx＝nλ，振动减弱的条件为Δx＝nλ＋λ2。两个振动情况相反的波源形成的波，在空间某点振动加强的条件为Δx＝nλ＋λ2，振动减弱的条件为Δx＝nλ。(2)振动加强点的位移随时间而改变，振幅最大。3．波的多解问题由于波的周期性、波传播方向的双向性，波的传播问题易出现多解现象。[题点全练]1．(2019·榆林模拟)一列简谐横波沿x轴传播，波速为2m/s，t＝0时刻的波形如图所示，此时平衡位置在x＝3m处的质点N正沿y轴正方向运动，M、P两质点平衡位置的坐标分别为xM＝2m、xP＝5m。下列判断正确的是________。A．该波沿x轴负方向传播B．该时刻质点M的加速度为零C．质点N的振动方程为y＝0.2sinπt(m)D．从该时刻开始，经过10s，质点P的路程为2mE．当质点M在波峰时，质点P在平衡位置并正沿y轴正方向运动解析：t＝0时刻平衡位置在x＝3m处的质点N正沿y轴正方向运动，可知波沿x轴负向传播，选项A正确；该时刻质点M在最低点，加速度为正向最大，选项B错误；因T＝λv＝42s＝2s，ω＝2πT＝π，则质点N的振动方程为y＝0.2sinπt(m)，选项C正确；从该时刻开始，经过10s＝5T，质点P的路程为5×4A＝4m，选项D错误；当质点M在波峰时，质点P在平衡位置并正沿y轴正方向运动，选项E正确。答案：ACE2．(2019·东北三省四市模拟)用弹簧将一物块悬挂于天花板上，使物块在竖直方向做简谐振动，其振动图像如图所示，则________。A．该简谐振动的周期为2.0sB．t＝1.0s时刻系统能量达到最小值C．t＝1.0s和t＝2.0s两个时刻物块动能相等D．t＝0.5s和t＝1.5s两个时刻弹簧的弹性势能相等E．t＝0.5s和t＝1.5s两个时刻物块的加速度均为最大值但不相等解析：由题图读出周期为T＝2.0s，故A正确。物块做简谐运动的过程中系统的机械能守恒，各时刻的机械能都是相等的，故B错误。由题图可知t＝1.0s和t＝2.0s两个时刻物块都在平衡位置，则两个时刻的动能相等且为最大值，故C正确。由题图看出，t＝0.5s时物块位于正的最大位移处，t＝1.5s时物块位于负的最大位移处，两时刻物块的位移大小相等、方向相反；由于物块在平衡位置时，弹簧处于拉长状态，所以t＝0.5s和t＝1.5s两个时刻弹簧的弹性势能不相等，故D错误。t＝0.5s时物块位于正的最大位移处，t＝1.5s时物块位于负的最大位移处，两时刻物块的位移大小相等、方向相反，所以两个时刻物块的回复力以及加速度都是大小相等，为最大值，但方向相反，故E正确。答案：ACE3．(2019·安徽六安模拟)如图所示，实线是沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波形图，虚线是这列波在t＝0.16s时刻的波形图。已知该波的波速是1m/s，则下列说法正确的是________。A．这列波的波长是12cmB．这列波可能是沿x轴正方向传播的C．t＝0.04s时，x＝4cm处的质点速度沿y轴负方向D．0～0.16s内，x＝6cm处的质点振动方向改变了3次E．若此波传入另一介质中其波速变为0.5m/s，则它在该介质中的波长为6cm解析：由题图可知λ＝12cm，选项A正确；则周期为：T＝λv＝0.12s，Δt＝0.16s＝T＋T3，对应Δx＝λ＋λ3，则由题图可知传播方向沿x轴负方向，选项B错误；由题图可知，在t＝0.04s时刻x＝4cm处的质点在y轴负方向位置沿y轴正方向振动，选项C错误；0.16s＝43T，x＝6cm处的质点振动方向在43周期内共改变了3次，选项D正确；若此波传入另一介质中速度变为0.5m/s，但是周期不变，则它在该介质中的波长为λ＝vT＝0.5×0.12m＝6cm，选项E正确。答案：ADE4．(2019·成都二诊)图甲为一列简谐横波在t＝0时刻的波形图，图乙为介质中x＝2m处的质点P的振动图像。下列说法正确的是________。A．波沿x轴负方向传播B．波速为20m/sC．t＝0.15s时刻，质点P的位置坐标为(5m,0)D．t＝0.15s时刻，质点Q的运动方向沿y轴负方向E．t＝0.15s时刻，质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离解析：由题图乙读出，t＝0时刻质点P的速度方向沿y轴负方向，则由波形的平移法可知，这列波沿x轴正方向传播，故A错误；由题图甲知，这列波的波长λ＝4m，由题图乙读出，该波的周期T＝0.2s，则波速为v＝λT＝40.2m/s＝20m/s，故B正确；t＝0.15s＝34T，质点P恰好到达正的最大位移处，则位置坐标为(2m，20cm)，故C错误；这列波沿x轴正方向传播，经过34TQ点正从平衡位置向y轴负方向运动，故D正确；由C与D选项的分析可知，在t＝0.15s时刻质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离，故E正确。答案：BDE5．(2019·漳州调研)一列简谐横波在均匀介质中传播，介质中有相距d＝3m的P、Q两点与波源在同一条直线上，其振动的图像分别如图甲、乙所示。(1)请写出质点P做简谐运动的位移与时间的关系式；(2)如果波从P点传到Q，求波速的大小。解析：(1)由题图可知振幅为A＝0.4m，角速度为：ω＝2πT＝π2rad/s所以质点P做简谐运动的位移与时间的关系式为：y＝0.4cos0.5πt(m)。(2)由振动图像可知，P点在正向最大位移处，且将向下振动时，Q点在平衡位置，且将向下振动，由位置关系可知：d＝n＋34λ(n＝0,1,2，…)，波长λ＝124n＋3m由图像知，T＝4s波速v＝λT＝34n＋3m/s(n＝0,1,2，…)。答案：(1)y＝0.4cos0.5πt(m)(2)34n＋3m/s(n＝0,1,2，…)[归纳总结]“一分、一看、二找”巧解波的图像与振动图像的综合问题(1)分清振动图像与波的图像。只要看清横坐标即可，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。考点二光的折射和全反射理解基本概念和规律1．折射率(1)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＝sinθ1sinθ2。(2)实验和研究证明，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝cv。2．临界角折射角等于90°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为C，则sinC＝1n。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。掌握解题方法和注意事项几何光学计算题往往是光的反射、折射、全反射(临界点)及几何图形关系的综合问题。解决此类问题应注意以下四个方面：1．依据题目条件，正确分析可能的全反射及临界角。2．通过分析、计算确定光传播过程中可能的折射、反射，把握光的“多过程”现象。3．准确作出光路图。4．充分考虑三角形、圆的特点，运用几何图形中的角关系、三角函数、相似三角形、全等三角形等，仔细分析光传播过程中产生的几何关系。研透三类常见玻璃砖1．截面为圆形或半圆形的玻璃砖[例1](2019·烟台一模)玻璃球过球心的横截面如图所示，玻璃球的半径为R，O为球心，AB为直径。来自B点的光线BM恰好在M点发生全反射，弦BM的长度为263R，另一光线BN从N点折射后的出射光线平行于AB，光在真空中的速度为c。求：(1)该玻璃的折射率；(2)光线BN在玻璃球中的传播时间。[解析](1)光线BM恰好在M点发生全反射，则∠BMO为临界角C则BM＝2RcosC＝263R解得cosC＝63则sinC＝33由于sinC＝1n解得n＝3。(2)光线BN在N点的入射角为i，则折射角r＝2i由折射定律n＝sinrsini得cosi＝32BN＝2Rcosi＝3R光在介质中的速度为v＝cn＝3c3运动时间为t＝BNv＝3Rc。[答案](1)3(2)3Rc2．截面为方形的玻璃砖[例2](2019·河南洛阳联考)如图所示，空气中一透明柱体的横截面是边长为d的正方形ABCD，在DA边的延长线上距A点36d处有一点光源O，发出一束单色光从AB边中点E进入介质后，经BC中点F射出。求：(1)透明介质对单色光的折射率；(2)光从O点到E点的传播时间tOE与从E点到F点的传播时间tEF之比。[解析](1)如图所示。由数学知识得tanθ＝36dd2＝33，解得θ＝30°由几何知识得：α＝45°由折射定律得：n＝sin90°－θsinα＝62。(2)sinθ＝36dxOE，xEF＝22d光从O点到E点的传播时间：tOE＝xOEc从E点到F点的传播时间：tEF＝xEFv又v＝cn联立解得tOE∶tEF＝2∶3。[答案](1)62(2)2∶33．截面为三角形的玻璃砖[例3](2019·怀化一模)直角三棱镜ABC的横截面如图所示，其顶角∠A＝30°，边长BC＝203cm。将三棱镜放在光屏MN的正前方，B点恰好与光屏接触，AC与MN平行。现让一细束红、蓝复色光垂直AC从AC的中点射向MN，复色光通过棱镜后分成两束，在光屏上O1、O2处形成两个光斑。若撤去三棱镜，复色光恰好射到O点。测得OO2＝10cm，已知光在真空中的传播速度为c＝3×108m/s。(1)射到O2处的光是哪一种色光？为什么？(2)求射到O2处的光在该三棱镜中的传播时间。[解析](1)射到O2处的光是蓝色光。因为玻璃对蓝色光的折射率比红色光的大，通过玻璃砖后偏折角也大。(2)画出光路图如图所示。由几何关系有DE＝EO＝103cmtan∠OEO2＝OO2EO＝33，故∠OEO2＝30°所以光由三棱镜射入空气中时，入射角i1＝30°，折射角r1＝60°三棱镜的折射率为n＝sinr1sini1＝3光在三棱镜中传播速度为v＝cn所以射到O2处的光在该三棱镜中的传播时间t＝DEv联立解得t＝10－9s。[答案](1)蓝光理由见解析(2)10－9s[题点全练]1．(2019·天津高考)某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________。A．选用两光学表面间距大的玻璃砖B．选用两光学表面平行的玻璃砖C．选用粗的大头针完成实验D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是________。ABCD(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝________。(用图中线段的字母表示)解析：(1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距大的玻璃砖以及使同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准确程度，减小误差，选项A、D正确；两光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应选用细长的大头针，故选项B、C错误。(2)两光学表面平行的玻璃砖的入射光线与出射光线平行，在空气中的入射角大于玻璃中的折射角，画图可知正确的图为D。(3)玻璃的折射率n＝sinisinr，又sini＝ACR，sinr＝BDR，故n＝ACBD。答案：(1)AD(2)D(3)ACBD2.(2019·聊城一模)如图所示，一个半径为R，折射率n＝43的透明半球体，O为球心，轴线OA