2020届高考物理二轮复习 专题七 第二讲 选修模块课件

专题七选修模块第二讲选修3－4[高考必备知识概览]1．(2019·全国卷Ⅰ)(1)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象．下列说法正确的是________(填正确答案标号)．A．质点Q的振动图象与图(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象如图(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(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°(sin53°＝0.8)．已知水的折射率为43.(ⅰ)求桅杆到P点的水平距离；(ⅱ)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，从水面射出后仍然照射在桅杆顶端，求船行驶的距离．[题眼点拨]①由图(a)知该波的波长为P，由图(b)知该波的周期为T；②“出射光束与竖直方向的夹角为53°”说明折射角为53°；③“当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍然照射在桅杆顶端”说明折射角为45°，恰好照到桅杆顶端．解析：(1)由图(a)可知，在t＝T2时刻，质点P正在向y轴负方向运动，质点Q正在向y轴正方向运动，故A错误；由t＝T2的波形图推知，t＝0时刻，质点P正位于波谷，速率为零；质点Q正在平衡位置，故在t＝0时刻，质点P的速率小于质点Q，故B错误；t＝0时刻，质点P正位于波谷，具有沿y轴正方向最大加速度，质点Q在平衡位置，加速度为零，故C正确；t＝0时刻，平衡位置在坐标原点处的质点，正处于平衡位置，沿y轴正方向运动，跟图(b)吻合，故D正确；t＝0时刻，质点P正位于波谷，偏离平衡位置位移最大，质点Q在平衡位置，偏离平衡位置位移为零，故E正确．(2)(ⅰ)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°，x2h2＝tanθ，由折射定律有sin53°＝nsinθ，设桅杆到P点的水平距离为x则x＝x1＋x2，联立方程并代入数据得x＝7m；(ⅱ)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为i′由折射定律有sini′＝nsin45°.设船向左行驶的距离为x′，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x′1，到P点的水平距离为x′2，则x′1＋x′2＝x′＋x，x′1h1＝tani′，x′2h2＝tan45°，联立方程并代入数据得x′＝(62－3)m≈5.5m.答案：(1)CDE(2)(ⅰ)7m(ⅱ)5.5m2．(2018·全国卷Ⅰ)(1)如图所示，△ABC为一玻璃三棱镜的横截面，∠A＝30°.一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为______．若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射角________(选填“小于”“等于”或“大于”)60°.(2)一列简谐横波在t＝13s时的波形图如图(a)所示，P、Q是介质中的两个质点．图(b)是质点Q的振动图象．求(ⅰ)波速及波的传播方向；(ⅱ)质点Q的平衡位置的x坐标．[题眼点拨]①“一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°”由折射定律直接可求出红光的折射率；②“若改用蓝光沿同一路径入射”玻璃对蓝光的折射率大于玻璃对红光的折射率，则光线在D点射出时的折射角大于60°；③由图(b)知质点Q的振幅和周期，由图(a)可知波长为36cm.解析：(1)根据题述和图示可知，折射角i＝60°，入射角r＝30°，由折射定律，玻璃对红光的折射率n＝sinisinr＝3.若改用蓝光沿同一路径入射，由于玻璃对蓝光的折射率大于玻璃对红光的折射率，则光线在D点射出时的折射角大于60°.(2)(ⅰ)由题图知波长λ＝36cm，周期T＝2s，则波速v＝λT＝18cm/s，由题图(b)知质点Q的起振方向竖直向上，波沿x轴负方向传播；(ⅱ)设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ.由题图(a)知，在x＝0处y＝－A2＝Asin(－30°)，因此xP＝30°360°λ＝3cm.由题图(b)知，在t＝0时Q点处于平衡位置，经Δt＝13s，其振动状态向x轴负方向传播至P点处，则有xQ－xP＝vΔt＝6cm，解得质点Q的平衡位置的x坐标为xQ＝9cm.答案：(1)3大于(2)(ⅰ)18cm/s波沿x轴负方向传播(ⅱ)xQ＝9cm3．(2017·全国卷Ⅰ)(1)如图(a)，在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0，4)和S2(0，－2)．两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示．两列波的波速均为1.00m/s.两列波从波源传播到点A(8，－2)的路程差为________m，两列波引起的点B(4，1)处质点的振动相互________(选填“加强”或“减弱”)，点C(0，0.5)处质点的振动相互________(选填“加强”或“减弱”)．(2)如图，一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体，O点为球心；下半部是半径为R、高为2R的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜．有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该光线与OC之间的距离为0.6R.已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)．求该玻璃的折射率．[题眼点拨]①由题图(b)和图(c)可知振动周期均为2s，起振方向相反，两振源到A、B、C三点的路程差可求；②“有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该光线与OC之间的距离为0.6R”说明光线的入射方向和位置已知；③“最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行”说明出射方向已知．解析：(1)点波源S1(0，4)的振动形式传播到点A(8，－2)的路程为L1＝10m，点波源S2(0，－2)的振动形式传播到点A(8，－2)的路程为L2＝8m，两列波从波源传播到点A(8，－2)的路程差为ΔL＝L1－L2＝2m．由于两列波的波源到点B(4，1)的路程相等，路程差为零，且t＝0时两列波的波源的振动方向相反，所以两列波到达点B时振动方向相反，引起的点B处质点的振动相互减弱；由振动图线可知，波动周期为T＝2s，波长λ＝vT＝2m．由于两列波的波源到点C(0，0.5)的路程分别为3.5m和2.5m，路程差为1m，而t＝0时两列波的波源的振动方向相反，所以两列波到达点C时振动方向相同，引起的点C处质点的振动相互加强．(2)如图，根据光路的对称性和光路可逆性，与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行．这样，从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心C点反射．设光线在半球面的入射角为i，折射角为r.由折射定律有sini＝nsinr，①由正弦定理有sinr2R＝sin（i－r）R，②由几何关系，入射点的法线与OC的夹角为i.由题设条件和几何关系有sini＝LR，③式中L是入射光线与OC的距离．由②③式和题给数据得sinr＝6205，④由①③④式和题给数据得n＝2.05≈1.43.⑤答案：见解析命题特点与趋势1．分析近几年的高考试题，本讲命题热点主要有以下特点：(1)在考查机械波的形成和传播时，往往以考查振动图象和波动图象为主，主要涉及的知识为波速、波长和频率(周期)的关系．(2)光学部分以考查光的折射定律和全反射等知识为主．2．2020年高考命题形式变化不大，仍为一道选择题(或填空题)加一道计算题，选择题(或填空题)侧重考查对机械波或光学知识的理解，计算题主要考查光的折射、全反射的综合应用，也可能会考查振动和波的综合应用．解题要领本部分内容应加强对基本概念和规律的理解，抓住波的传播特点和图象分析、光的折射定律和全反射这两条主线，兼顾振动图象和光的特性(干涉、衍射、偏振)、光的本性，强化典型问题的训练，力求掌握解决本部分内容的基本方法．考点1机械振动和机械波1．理清知识体系2．波的传播方向与质点振动方向的互判方法(1)“上下坡”：沿波的传播速度的正方向看，“上坡”的点向下振动，“下坡”的点向上振动，简称“上坡下，下坡上”．(2)同侧法：在波的图象上的某一点，沿纵轴方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿x轴方向画个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧．3．波动问题出现多解的主要原因(1)波传播的周期性：在波的传播方向上相距波长整数倍的质点振动情况相同，因此质点的位移、加速度、振动方向和波的形状出现了周期性的变化．(2)波传播具有双向性：当波沿x轴方向传播时，波既可以沿x轴正方向传播，也可以沿x轴负方向传播，导致多解．如图甲为一从波源发出的连续简谐横波t＝0时刻在x轴上的波形图象，图乙为横波中某一质点P的振动图象，若波源在t＝7s时刻将波的频率变为原来的4倍，振幅不变，求：(1)质点P的平衡位置；(2)在0～14s时间内，质点P的振动路程．[题眼点拨]①由甲图知波长为8m、振幅为20cm，由乙图知质点P的周期为4s；②“波源在t＝7s时刻将波的频率变为原来的4倍，振幅不变”说明7s后周期变为1s.解析：(1)从题图甲可知：若波向x轴正向传播，则质点P滞后波源起振，其初始振动方向应该与波的前段质点振动方向一致，则P点起振方向应该是向下，而根据题图乙可判断质点P在起振时，其振动方向是向上的，所以波应该是向x轴负方向传播的，由图乙可知波的周期为4s，由图甲可知波的波长为8m，所以波的传播速度为v＝λT＝2m/s.则图甲中的8m处为波源所在位置，0处在t＝0时刻是波的前端，经过3s波的前端传播到P点，根据x＝vt＝6m，所以P点位置在－6m处．(2)根据图乙可知，质点P在第3s末才开始振动，所以0～14s时间内，P质点实际只参与了11s振动，前4s振动周期为4s，路程为4A＝80cm，后7s振动周期为1s，路程为28A＝560cm，0～14s内质点P振动的总路程为640cm.答案：(1)－6m处(2)640cm“一分、一看、二找”巧解两种图象问题1．分清振动图象与波动图象．此问题最简单，只要看清横坐标即可，横坐标为x则为波动图象，横坐标为t，则为振动图象．2．看清横、纵坐标的单位，尤其要注意单位前的数量级．3．找准波动图象对应的时刻．4．找准振动图象对应的质点．[对点训练]考向机械振动1．(2019·厦门模拟)如图，轻弹簧上端固定，下端连接一小物块，物块沿竖直方向做简谐运动．以竖直向上为正方向，物块做简谐运动的表达式为x＝0.1sin2.5πt(m)．t＝0时刻，一小球从距物块h高处自由落下，t＝0.6s时，小球恰好与物块处于同一高度．重力加速度g取10m/s2.以下判断正确的是()A．h＝1.7mB．简谐运动的周期是0.4sC．0.6s内物块运动的路程是0.2mD．t＝0.4s时，物块与小球运动方向相反解析：由物块做简谐运动的表达式可得，t＝0.6s时，物块的位移为y＝0.1sin(2.5π×0.6)＝－0.1m，则对小球有：h＋|y|＝12gt2，解得h＝1.7m，故A项正确；由公式可知，简谐运动的周期T＝2πω＝2π2.5π＝0.8s，故B项错误；振幅为0.1m，故0.6s内物块运动的路程为3A＝0.3m，故C项错误；t＝0.4s＝T2，此时物块在平衡位置向下运动，则此时物块与小球运动方向相同，故D项错误．答案：A考向机械波2．(2018·北京卷)如图所示，一列简谐横波向右传播，P、Q两质点平衡位置相距0.15m．当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大位移处，则这列波的波长可能是()A．0.60mB．0.30mC．0.20mD．0.15m解析：当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大位移处，P、Q两质点平衡位置相距xPQ＝n＋12λ(n＝0，1，2…)，则λ＝2xPQ2n＋1.当n＝0时，λ＝0.3m，当n＝1时，λ＝0.1m，故选项B正确，A、C、D