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專題17 機(jī)械振動機(jī)械波光學(xué)(解析版)

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1、 2020年高考物理二輪溫習(xí)熱點(diǎn)題型與提分秘籍 專題17 機(jī)械振動機(jī)械波 光學(xué) 題型一 簡諧運(yùn)動的特征 【典例分析】 (2020·河南天一高三第一次聯(lián)考)如圖所示,一質(zhì)點(diǎn)在AB之間做簡諧運(yùn)動,C為平衡位置,E、F分別為AC和CB之間的點(diǎn),且EC和CF的距離相等。質(zhì)點(diǎn)從E點(diǎn)向右運(yùn)動經(jīng)過時(shí)間t1第一次經(jīng)過F點(diǎn),再經(jīng)過時(shí)間t2第4次經(jīng)過F點(diǎn),則該質(zhì)點(diǎn)的振動周期為________。若此簡諧運(yùn)動分別在空氣和水中進(jìn)行,則形成的兩列波的波長________(填“相同”“不相同”或“不能確定”)。 【參考參考答案】  不相同 【名師解析】 設(shè)質(zhì)點(diǎn)的振動周期為T,根據(jù)對稱性可知質(zhì)點(diǎn)從C點(diǎn)第一

2、次運(yùn)動到F點(diǎn)的時(shí)間為t1,從F點(diǎn)第一次運(yùn)動到B點(diǎn)的時(shí)間為(t2-T),則質(zhì)點(diǎn)的振動周期T=4,聯(lián)立解得T=。簡諧運(yùn)動在空氣和水中的傳播速度v不同,而周期相同,根據(jù)波長λ=vT可知波長不相同。 【典例分析2】.(2020·江西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)如圖所示,曲軸上掛一個(gè)彈簧振子,轉(zhuǎn)動搖把,曲軸可帶動彈簧振子上下振動.開始時(shí)不轉(zhuǎn)動搖把,讓振子自由振動,測得其頻率為2 Hz.現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動搖把,轉(zhuǎn)速為240 r/min.則(  ) A.當(dāng)振子穩(wěn)定振動時(shí),它的振動周期是0.5 s B.當(dāng)振子穩(wěn)定振動時(shí),它的振動頻率是4 Hz C.當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí),彈簧振子的振幅增大 D.當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時(shí),彈簧振子的振幅增大

3、 E.振幅增大的過程中,外界對彈簧振子做正功 【參考參考答案】BDE 【名師解析】:.搖把勻速轉(zhuǎn)動的頻率f=n= Hz=4 Hz,周期T==0.25 s,當(dāng)振子穩(wěn)定振動時(shí),它的振動周期及頻率均與驅(qū)動力的周期及頻率相等,A錯(cuò)誤,B正確;當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時(shí),其頻率將更接近振子的固有頻率2 Hz,彈簧振子的振幅將增大,C錯(cuò)誤,D正確;外界對彈簧振子做正功,系統(tǒng)機(jī)械能增大,振幅增大,故E正確. 【提分秘籍】 1.簡諧運(yùn)動的五大特征 受力特征 回復(fù)力F=-kx,F(或a)的大小與x的大小成正比,方向相反 運(yùn)動特征 靠近平衡位置時(shí),a、F、x都減小,v增大;遠(yuǎn)離平衡位置時(shí),a、F、x都增大,v

4、減小 能量特征 振幅越大,能量越大.在運(yùn)動過程中,系統(tǒng)的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒 周期性特征 質(zhì)點(diǎn)的位移、回復(fù)力、加速度和速度隨時(shí)間做周期性變化,變化周期就是簡諧運(yùn)動的周期T;動能和勢能也隨時(shí)間做周期性變化,其變化周期為 對稱性特征 關(guān)于平衡位置O對稱的兩點(diǎn),速度的大小、動能、勢能相等,相對平衡位置的位移大小相等;由對稱點(diǎn)到平衡位置O用時(shí)相等 2.對共振的理解 (1)共振曲線: 如圖所示,橫坐標(biāo)為驅(qū)動力頻率f,縱坐標(biāo)為振幅A.它直觀地反映了驅(qū)動力頻率對某振動系統(tǒng)受迫振動振幅的影響,由圖可知,f與f0越接近,振幅A越大;當(dāng)f=f0時(shí),振幅A最大. (2)受迫振動

5、中系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化:受迫振動系統(tǒng)機(jī)械能不守恒,系統(tǒng)與外界時(shí)刻進(jìn)行能量交換. 【突破訓(xùn)練】 1.(2020·北京海淀區(qū)模擬)如圖所示,一輕質(zhì)彈簧上端固定在天花板上,下端連接一物塊,物塊沿豎直方向以O(shè)點(diǎn)為中心點(diǎn),在C、D之間做周期為T的簡諧運(yùn)動.已知在t1時(shí)刻物塊的動量為p、動能為Ek.下列說法正確的是(  ) A.如果在t2時(shí)刻物塊的動量也為p,則t2-t1的最小值為T B.如果在t2時(shí)刻物塊的動能也為Ek,則t2-t1的最小值為T C.當(dāng)物塊通過O點(diǎn)時(shí),其加速度最小 D.物塊運(yùn)動至C點(diǎn)時(shí),其加速度最小 【參考答案】C 【解析】:.物塊做簡諧運(yùn)動,物塊同向經(jīng)過關(guān)于平衡位置對稱的

6、兩點(diǎn)時(shí)動量相等,所以如果在t2時(shí)刻物塊的動量也為p,t2-t1的最小值小于等于,故A錯(cuò)誤;物塊經(jīng)過同一位置或關(guān)于平衡位置對稱的位置時(shí)動能相等,如果在t2時(shí)刻物塊的動能也為Ek,則t2-t1的最小值可以小于T,故B錯(cuò)誤;圖中O點(diǎn)是平衡位置,根據(jù)a=-知,物塊經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)位移最小,則其加速度最小,故C正確;物塊運(yùn)動至C點(diǎn)時(shí),位移最大,其加速度最大,故D錯(cuò)誤. 2.(2020·湖北宜昌高三模擬)如圖所示為兩個(gè)單擺的受迫振動的共振曲線,則下列說法正確的是(  ) A.若兩個(gè)受迫振動分別在月球上和地球上進(jìn)行,且擺長相同,則圖線Ⅰ表示月球上單擺的共振曲線 B.若兩個(gè)受迫振動是在地球上同一地點(diǎn)進(jìn)行,

7、則兩個(gè)擺長之比LⅠ∶LⅡ=25∶4 C.圖線Ⅱ若是在地面上完成的,則該單擺擺長約為1 m D.若擺長均為1 m,則圖線Ⅰ是在地面上完成的 E.若兩個(gè)單擺在同一地點(diǎn)均發(fā)生共振,圖線Ⅱ表示的單擺的能量一定大于圖線Ⅰ表示的單擺的能量 【參考答案】ABC. 【解析】:圖線中振幅最大處對應(yīng)的頻率應(yīng)與做受迫振動的單擺的固有頻率相等,從圖線上可以看出,兩擺的固有頻率fⅠ=0.2 Hz,fⅡ=0.5 Hz.當(dāng)兩擺在月球和地球上分別做受迫振動且擺長相等時(shí),根據(jù)公式f=可知,g越大,f越大,所以gⅡ>gⅠ,又因?yàn)間地>g月,因此可推知圖線Ⅰ表示月球上單擺的共振曲線,A正確;若在地球上同一地點(diǎn)進(jìn)行兩次受迫

8、振動,g相同,擺長長的f小,且有=,所以=,B正確;fⅡ=0.5 Hz,若圖線Ⅱ是在地面上完成的,根據(jù)g=9.8 m/s2,可計(jì)算出LⅡ約為1 m,C正確,D錯(cuò)誤;單擺的能量除與振幅有關(guān),還與擺球質(zhì)量有關(guān),故E錯(cuò)誤. 題型二 波的形成、傳播與圖象 【典例分析】(2018·高考全國卷Ⅲ)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=0和t=0.20 s時(shí)的波形分別如圖中實(shí)線和虛線所示.已知該波的周期T >0.20 s.下列說法正確的是(  ) A.波速為0.40 m/s B.波長為0.08 m C.x=0.08 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0.70 s時(shí)位于波谷 D.x=0.08 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0.12 s

9、時(shí)位于波谷 E.若此波傳入另一介質(zhì)中其波速變?yōu)?.80 m/s,則它在該介質(zhì)中的波長為0.32 m 【參考參考答案】 ACE 【名師解析】 根據(jù)波形圖可知,波長λ=16 cm=0.16 m,B錯(cuò)誤;根據(jù)t=0時(shí)刻和t=0.20 s時(shí)刻的波形圖和該波的周期T>0.20 s可知,該波的周期T=0.40 s,波速v==0.40 m/s,A正確;簡諧波沿x軸正方向傳播,x=0.08 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0時(shí)刻沿y軸正方向振動,在t=0.70 s時(shí)位于波谷,在t=0.12 s時(shí)位于y>0的某位置(不是位于波谷),C正確,D錯(cuò)誤;若此波傳入另一介質(zhì)中,周期T不變,其波速變?yōu)関′=0.80 m/s,由λ′=

10、v′T可得它在該介質(zhì)中的波長為λ′=0.80×0.4 m=0.32 m,E正確. 【提分秘籍】 1.機(jī)械波的傳播特點(diǎn) (1)波傳到任意一點(diǎn),該點(diǎn)的起振方向都和波源的起振方向相同. (2)介質(zhì)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動,因此,任一質(zhì)點(diǎn)振動頻率和周期都和波源的振動頻率和周期相同. (3)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),由于介質(zhì)的情況不同,它的波長和波速可能改變,但頻率和周期都不會改變. (4)波經(jīng)過一個(gè)周期T完成一次全振動,波恰好向前傳播一個(gè)波長的距離,所以v==λf. 2.波的圖象特點(diǎn) (1)質(zhì)點(diǎn)振動nT(波傳播nλ)時(shí),波形不變. (2)在波的傳播方向上,當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離為n

11、λ(n=1,2,3…)時(shí),它們的振動步調(diào)總相同;當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離為(2n+1)(n=0,1,2,3…)時(shí),它們的振動步調(diào)總相反. (3)波源的起振方向決定了它后面的質(zhì)點(diǎn)的起振方向,各質(zhì)點(diǎn)的起振方向與波源的起振方向相同. 【突破訓(xùn)練】 1.(2020·煙臺模擬)如圖甲所示,O、P為介質(zhì)中的兩點(diǎn),O為波源,OP間距為6 m.t=0時(shí)刻O點(diǎn)由平衡位置開始向上振動,向右產(chǎn)生沿直線傳播的簡諧橫波,圖乙表示t=0時(shí)刻開始P點(diǎn)振動的圖象.則以下說法不正確的是(  ) A.該波的波長為12 m B.該波的波速為2 m/s C.該波的周期為4 s

12、 D.從開始振動到t=10 s,質(zhì)點(diǎn)P經(jīng)過的路程為1.6 m 【參考參考答案】B. 【名師解析】:由圖乙所示的P點(diǎn)振動的圖象可知波動周期為T=4 s,選項(xiàng)C正確;波動從O傳播到P點(diǎn)需要時(shí)間為2 s(半個(gè)周期),OP=,該波的波長λ=12 m,該波的波速為v==3 m/s,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;從開始振動到t=10 s,質(zhì)點(diǎn)P振動了8 s,兩個(gè)周期,經(jīng)過的路程為s=2×4A=2×4×0.2 m=1.6 m,選項(xiàng)D正確. 2.一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t=0時(shí)刻的波形如圖所示,質(zhì)點(diǎn)P的x坐標(biāo)為3 m.已知任意振動質(zhì)點(diǎn)連續(xù)2次經(jīng)過平衡位置的時(shí)間間

13、隔為0.4 s,下列說法正確的是(  ) A.波速為4 m/s B.波的頻率為1.25 Hz C.x坐標(biāo)為15 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0.6 s時(shí)恰好位于波谷 D.x坐標(biāo)為22 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0.2 s時(shí)恰好位于波峰 E.當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P位于波峰時(shí),x坐標(biāo)為17 m的質(zhì)點(diǎn)恰好位于波谷 【參考答案】BDE. 【解析】:任意振動質(zhì)點(diǎn)連續(xù)兩次通過平衡位置的時(shí)間間隔為0.4 s,則T=0.4 s,解得T=0.8 s,f==1.25 Hz,B正確;由題圖知:該波的波長λ=4 m,波速v==5 m/s,故A錯(cuò)誤;畫出t=0.6 s時(shí)的波形圖如圖所示,因15 m=3λ+λ,故x坐標(biāo)為15 m的質(zhì)點(diǎn)與x=3

14、 m處的質(zhì)點(diǎn)振動情況一樣,即在平衡位置向下振動,C錯(cuò)誤;畫出t=0.2 s時(shí)的波形圖如圖所示, 因22 m=5λ+λ,故x=22 m處的質(zhì)點(diǎn)與x=2 m處的質(zhì)點(diǎn)振動情況一樣,即在波峰位置,D正確;因質(zhì)點(diǎn)P與x=17 m處質(zhì)點(diǎn)平衡位置間距離Δx=14 m=3λ+λ,故兩質(zhì)點(diǎn)振動步調(diào)相反,E正確. 題型三 振動與波兩種圖象綜合問題 【典例分析】(2020·河北石家莊調(diào)研)如圖甲為一列簡諧橫波在某一時(shí)刻的波形圖,圖乙為介質(zhì)中x=2 m處的質(zhì)點(diǎn)P以此時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)的振動圖象.下列說法正確的是(  ) A.這列波的傳播方向是沿x軸正方向 B.這列波的傳播速度是20 m/s C.經(jīng)過0

15、.15 s,質(zhì)點(diǎn)P沿x軸的正方向傳播了3 m D.經(jīng)過0.1 s,質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動方向沿y軸正方向 E.經(jīng)過0.35 s, 質(zhì)點(diǎn)Q距平衡位置的距離小于質(zhì)點(diǎn)P距平衡位置的距離 【參考參考答案】ABE. 【名師解析】:由題中甲、乙兩圖可知,該波向x軸正方向傳播,A正確;由題圖甲知波長λ=4 m,由題圖乙知周期T=0.2 s,則波速v== m/s=20 m/s,B正確;質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移,只在其平衡位置附近振動,C錯(cuò)誤;經(jīng)過0.1 s=T,質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動方向沿y軸負(fù)方向,D錯(cuò)誤;經(jīng)過0.35 s=1T,質(zhì)點(diǎn)P到達(dá)波峰,而質(zhì)點(diǎn)Q在波谷與平衡位置之間,故E正確. 【提分秘籍】 (1)振動與波兩種圖象綜

16、合問題的處理思路 ①定位:依據(jù)已知條件明確波的圖象對應(yīng)的時(shí)刻,依據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動圖象找出該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)振動的位移及振動方向。再根據(jù)此位移及振動方向,在波的圖象中找出該質(zhì)點(diǎn),則所有問題將解決。 ②定時(shí):依據(jù)已知條件找到波的圖象中對應(yīng)的質(zhì)點(diǎn),讀出該質(zhì)點(diǎn)的位移并判斷其振動方向,依據(jù)位移在振動圖象中確定該質(zhì)點(diǎn)處在此位移對應(yīng)的時(shí)刻。 (2)巧解波動圖象與振動圖象綜合問題的基本方法 求解波動圖象與振動圖象綜合類問題可采用“一分、一看、二找”的方法: 【突破訓(xùn)練】 1.一列簡諧橫波,某時(shí)刻的波形圖如圖甲所示,從該時(shí)刻計(jì)時(shí),波上質(zhì)點(diǎn)A的振動圖象如圖乙所示,則(  ) A.若此波傳播過程中遇到頻率為

17、1.25 Hz的同類波,一定會發(fā)生干涉,產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣 B.若此波傳播過程中遇到波長為20 m的同類波,一定會發(fā)生干涉,產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣 C.若此波傳播過程中遇到的障礙物的尺寸為2 000 m,可能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象 D.該波的傳播速度為2.5 m/s E.該波的傳播速度為25 m/s 【參考答案】ABE 【解析】:.由題圖甲可知,該波的波長為λ=20 m,由題圖乙可知,周期為T=0.8 s,頻率為f==1.25 Hz.該波的傳播速度為v==25 m/s,D錯(cuò)誤,E正確;根據(jù)干涉的產(chǎn)生條件可知,若此波傳播過程中遇到頻率為1.25 Hz的同類波,一定會發(fā)生干涉,產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣

18、,而遇到波長為20 m的同類波,也一定會發(fā)生干涉,產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣,A、B正確;根據(jù)產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,若此波傳播過程中遇到的障礙物的尺寸為2 000 m,不可能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,C錯(cuò)誤. 2.(2019·四川德陽二診)一列波沿x軸傳播,t=2 s時(shí)刻的波形如圖1所示,如圖2是某質(zhì)點(diǎn)的振動圖象,則下列說法正確的是(  ) A.波的傳播速度為1 m/s B.波如果向右傳播,則圖2是x=0、4 m處質(zhì)點(diǎn)的振動圖象 C.波如果向左傳播,則圖2是x=0、4 m處質(zhì)點(diǎn)的振動圖象 D.波如果向左傳播,則x=2 m處質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過1 s到達(dá)x=2 m處 E.無論波向左傳播還是向右傳播,x=2

19、 m處在2 s內(nèi)路程都為2A 【參考答案】 ABE 【解析】 由波動圖象知,波長為λ=4 m,由振動圖象知,周期為T=4 s,則波的傳播速度為v== m/s=1 m/s,故A正確;根據(jù)振動圖象知該質(zhì)點(diǎn)在t=2 s時(shí)在平衡位置向下振動,根據(jù)“同側(cè)法”可知,波如果向右傳播,圖2應(yīng)是x=0、4 m處質(zhì)點(diǎn)的振動圖象,故B正確,C錯(cuò)誤;如果波向左傳播,x=2 m處質(zhì)點(diǎn)此時(shí)向下振動,經(jīng)過Δt=1 s=,質(zhì)點(diǎn)到達(dá)負(fù)向最大位移處,故D錯(cuò)誤;無論波向左傳播還是向右傳播,x=2 m處質(zhì)點(diǎn)經(jīng)Δt=2 s=,走過的路程都為s=2A,故E正確。 3.(2019·四川宜賓二診)(多選)圖甲為一列簡諧橫波在t=0 s

20、時(shí)刻的波形圖,P是平衡位置為x=1 m處的質(zhì)點(diǎn),Q是平衡位置為x=4 m處的質(zhì)點(diǎn),圖乙為質(zhì)點(diǎn)Q的振動圖象,則下列說法正確的是(  ) A.該波的周期是0.10 s B.該波的傳播速度是40 m/s C.該波沿x軸的正方向傳播 D.t=0.10 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)Q的速度方向向下 E.從t=0 s到t=0.15 s,質(zhì)點(diǎn)P通過的路程為30 cm 【參考答案】 BCD 【解析】 由圖甲得到該波的波長為λ=8 m,由圖乙得到該波的周期為T=0.20 s,故波速為:v==40 m/s,A錯(cuò)誤,B正確;t=0時(shí)Q向上振動,故波沿x軸正方向傳播,C正確;t=0.10 s時(shí)Q點(diǎn)處在平衡位置上,且向

21、下振動,D正確;從t=0 s到t=0.15 s,經(jīng)歷時(shí)間Δt=0.15 s=T,由于t=0 s時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P不在平衡位置和最大位移處,所以通過的路程不是3A=30 cm,E錯(cuò)誤。 題型四 波的特有現(xiàn)象和電磁波 【典例分析】(2019·湖南衡陽二模)(多選)以下物理學(xué)知識的相關(guān)敘述中,正確的是(  ) A.交警通過發(fā)射超聲波測量車速是利用了波的多普勒效應(yīng) B.用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的偏振 C.通過手指間的縫隙觀察日光燈,可以看到彩色條紋,說明光具有波動性 D.紅外線的顯著作用是熱作用,溫度較低的物體不能輻射紅外線 E.在“用單擺測重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中,為了減

22、小測量單擺周期的誤差,應(yīng)選小球運(yùn)動中的最低點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),測其n次全振動的時(shí)間 【參考參考答案】 ACE 【名師解析】交警通過發(fā)射超聲波測量車速是利用了波的多普勒效應(yīng),從汽車上反射回的超聲波的頻率發(fā)生了變化,故A正確;用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的干涉,故B錯(cuò)誤;通過手指間的縫隙觀察日光燈,可以看到彩色條紋,是波的衍射現(xiàn)象,說明光具有波動性,故C正確;紅外線的顯著作用是熱作用,溫度較低的物體也能輻射紅外線,故D錯(cuò)誤;在“用單擺測重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中,為了減小測量單擺周期的誤差,應(yīng)選小球運(yùn)動中的最低點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),測其n次全振動的時(shí)間,因?yàn)樵谧畹忘c(diǎn)速度最大,計(jì)時(shí)誤差較小,故

23、E正確。 【提分秘籍】 1.機(jī)械波和光波都能發(fā)生干涉、衍射、多普勒效應(yīng)等波特有的現(xiàn)象,偏振現(xiàn)象是橫波特有的現(xiàn)象。要觀察到穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象和明顯的衍射現(xiàn)象需要一定的條件。 (1)干涉條件:頻率相同、相位差恒定、振動方向相同。 (2)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多,或者比波長更小。 2.機(jī)械波的干涉圖樣中,波峰和波峰相遇的點(diǎn)、波谷和波谷相遇的點(diǎn)及其連線上的所有點(diǎn)都是振動加強(qiáng)點(diǎn);波峰和波谷相遇的點(diǎn)及其連線上的所有點(diǎn)都是振動減弱點(diǎn)。振動加強(qiáng)點(diǎn)有時(shí)位移也為零,只是振幅為兩列波的振幅之和,振動更加劇烈。 3.光的干涉 (1)光的雙縫干涉 ①條紋間隔均勻,亮度

24、均勻,中央為亮條紋。 ②條紋間距Δx=λ,l、d相同時(shí),Δx∝λ,例如,其他條件相同,雙縫干涉時(shí)可見光中的紅光條紋間距最大,紫光最小。 ③如用白光做實(shí)驗(yàn),中央為白色亮條紋,兩邊為彩色條紋。 (2)光的干涉現(xiàn)象:薄膜干涉(油膜、空氣膜、增透膜、牛頓環(huán))。 4.光的衍射 (1)光的單縫衍射 ①條紋寬度和間隔不均勻,亮度不均勻,中央亮條紋最寬最亮。 ②單縫衍射裝置等其他條件相同時(shí),可見光中紅光的中央亮條紋最寬,紫光最窄。 ③如用白光做實(shí)驗(yàn),中央為白色亮條紋,兩邊為彩色條紋。 (2)光的衍射現(xiàn)象:圓孔衍射、泊松亮斑。 5.多普勒效應(yīng):當(dāng)波源與觀察者相互靠近時(shí),觀察者接收到的頻率變大

25、;當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí),觀察者接收到的頻率變小。 6.電磁波的特點(diǎn) (1)是橫波。 (2)傳播不需要介質(zhì)。 (3)在真空中傳播速度等于光速。 【突破訓(xùn)練】 1.(2019·西安高三第三次質(zhì)檢)下列說法正確的是(  ) A.雷達(dá)是利用超聲波工作的 B.紅外線比紫外線更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象 C.真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的 D.在同一個(gè)周期里,波上的質(zhì)點(diǎn)沿波傳播的方向移動的距離為一個(gè)波長 E.做簡諧運(yùn)動的物體每次通過同一位置時(shí),其速度不一定相同,但加速度一定相同 【參考答案】 BCE 【解析】 雷達(dá)是利用無線電波工作的,A錯(cuò)誤;紅外線比紫外線波長長,更容易發(fā)生

26、衍射現(xiàn)象,B正確;根據(jù)狹義相對論,真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的,C正確;波上的質(zhì)點(diǎn)不沿波傳播的方向移動,D錯(cuò)誤;做簡諧運(yùn)動的物體每次通過同一位置時(shí),與平衡位置的距離相等,故回復(fù)力相同,故加速度相同,但是,前后兩次經(jīng)過同一位置時(shí),速度大小相同,方向可能相反,故E正確。 2.(2019·東北三省三校二模)關(guān)于振動和波動,下列說法中正確的是(  ) A.各種波均會發(fā)生偏振現(xiàn)象 B.單擺做簡諧運(yùn)動的周期與擺球的質(zhì)量有關(guān) C.在波的干涉中,振動加強(qiáng)點(diǎn)的位移不一定始終最大 D.部隊(duì)過橋不能齊步走而要便步走,是為了避免橋梁發(fā)生共振現(xiàn)象 E.我們在地球上接收到來自遙遠(yuǎn)星球的光波的波長變

27、長,可以判斷該星球正在遠(yuǎn)離我們 【參考答案】 CDE 【解析】 橫波會發(fā)生偏振現(xiàn)象,縱波則不會,A錯(cuò)誤;單擺的運(yùn)動周期只和擺線長度以及當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣扔嘘P(guān),和擺球的質(zhì)量無關(guān),B錯(cuò)誤;在波的干涉中,振動加強(qiáng)點(diǎn)在平衡位置附近做簡諧振動,位移不是始終最大,C正確;當(dāng)部隊(duì)齊步走過橋,可能會使得人步行的頻率和橋的固有頻率一致而發(fā)生共振,因此不能齊步走,D正確;由多普勒效應(yīng)可知,如果光波的波長變長說明波源在遠(yuǎn)離我們,即星球在遠(yuǎn)離我們,E正確。 題型五 光的折射和全反射 【典例分析1】(2018·全國卷Ⅱ)如圖,△ABC是一直角三棱鏡的橫截面,∠A=90°,∠B=60°,一細(xì)光束從BC邊的D點(diǎn)折射后

28、,射到AC邊的E點(diǎn),發(fā)生全反射后經(jīng)AB邊的F點(diǎn)射出。EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中點(diǎn)。不計(jì)多次反射。 (1)求出射光相對于D點(diǎn)的入射光的偏角; (2)為實(shí)現(xiàn)上述光路,棱鏡折射率的取值應(yīng)在什么范圍? 【參考參考答案】 (1)60° (2)≤n<2 【名師解析】(1)光線在BC邊上折射,由折射定律有 sini1=nsinr1① 式中,n為棱鏡的折射率,i1和r1分別是該光線在BC邊上的入射角和折射角。 光線在AC邊上發(fā)生全反射,由反射定律有i2=r2② 式中i2和r2分別是該光線在AC邊上的入射角和反射角。 光線在AB邊上發(fā)生折射,由折射定律有 nsini3

29、=sinr3③ 式中i3和r3分別是該光線在AB邊上的入射角和折射角。由幾何關(guān)系得 i2=r2=60°,r1=i3=30°④ F點(diǎn)的出射光相對于D點(diǎn)的入射光的偏角為 δ=(r1-i1)+(180°-i2-r2)+(r3-i3)⑤ 由①②③④⑤式得δ=60°⑥ (2)光線在AC邊上發(fā)生全反射,光線在AB邊上不發(fā)生全反射,有 nsini2≥nsinC>nsini3⑦ 式中C是全反射臨界角,滿足nsinC=1⑧ 由④⑦⑧式知,棱鏡的折射率n的取值范圍應(yīng)為 ≤n<2。 【典例分析2】. (2019·山東青島二模)(多選)如圖,光源S從水下向空氣中射出一束由紅光、黃光和藍(lán)光組成的復(fù)

30、色光,在水面上的P點(diǎn)分裂成a、b、c三束單色光,下列說法正確的是(  ) A.c光為紅色光 B.在水中傳播時(shí)a光速度最大,c光波長最小 C.逐漸增大入射角,c光最先發(fā)生全反射 D.b光比a光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 E.a(chǎn)、b、c三種色光分別用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)生干涉,a光相鄰亮條紋間距最大 【參考參考答案】 BCE 【名師解析】 由圖中a、b、c光線的偏折角大小可知navb>vc,而光在水中的波長λ=,結(jié)合faλb>λc,B正確;由sinC=及na

31、小,即c光的全反射臨界角最小,所以增大入射角時(shí),c光最先發(fā)生全反射,C正確;光在真空中的波長λ0=,結(jié)合faλ0b>λ0c,所以a光比b光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,故D錯(cuò)誤;由公式Δx=λ可知,波長越長的,間距越大,所以a光相鄰亮條紋間距最大,故E正確。 【提分秘籍】 1.光的折射和全反射題型的分析思路 (1)確定要研究的光線,有時(shí)需根據(jù)題意,分析、尋找臨界光線為研究對象。 (2)找入射點(diǎn),確認(rèn)界面,并畫出法線。 (3)明確兩介質(zhì)折射率的大小關(guān)系。 ①若光疏→光密:定有反射、折射光線。 ②若光密→光疏:如果入射角大于或等于臨界角,一定發(fā)生全反射。 (4

32、)根據(jù)反射定律、折射定律列出關(guān)系式,結(jié)合幾何關(guān)系,聯(lián)立求解。充分考慮三角形、圓的特點(diǎn),運(yùn)用幾何圖形中的邊角關(guān)系、三角函數(shù)、相似形、全等形等,仔細(xì)分析光傳播過程中的幾何關(guān)系。 2.光的色散現(xiàn)象 (1)現(xiàn)象:一束白光通過三棱鏡后在屏上會形成彩色光帶. (2)成因:棱鏡材料對不同色光的折射率不同,對紅光的折射率最小,紅光通過棱鏡后的偏折程度最小,對紫光的折射率最大,紫光通過棱鏡后的偏折程度最大,從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象. (3).各種色光的比較 顏色 紅橙黃綠青藍(lán)紫 頻率ν 低―→高 同一介質(zhì)中的折射率 小―→大 同一介質(zhì)中速度 大―→小 波長 大―→小 臨界角 大―→小

33、 通過棱鏡的偏折角 小―→大 【突破訓(xùn)練】 1.(2019·全國卷Ⅲ)如圖,直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面,∠A=90°,∠B=30°。一束光線平行于底邊BC射到AB邊上并進(jìn)入棱鏡,然后垂直于AC邊射出。 (1)求棱鏡的折射率; (2)保持AB邊上的入射點(diǎn)不變,逐漸減小入射角,直到BC邊上恰好有光線射出。求此時(shí)AB邊上入射角的正弦。 【參考答案】 (1) (2) 【解析】 (1)光路圖及相關(guān)量如圖所示。 光束在AB邊上折射,由折射定律得 =n① 式中n是棱鏡的折射率。由幾何關(guān)系可知 α+β=60°② 由幾何關(guān)系和反射定律得 β=β′=∠B③ 聯(lián)立①②③式

34、,并代入i=60°得 n=④ (2)設(shè)改變后的入射角為i′,折射角為α′,由折射定律得 =n⑤ 依題意,光束在BC邊上的入射角為全反射的臨界角θc,且sinθc=⑥ 由幾何關(guān)系得θc=α′+30°⑦ 由④⑤⑥⑦式得此時(shí)AB邊上入射角的正弦為 sini′=。 2.(2019·四川內(nèi)江三模) 如圖所示,一單色細(xì)光束AB從真空中以入射角i=45°,入射到折射率n=的某透明球體的表面上B點(diǎn)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)光束在過球心O的平面內(nèi),從B點(diǎn)折射進(jìn)入球內(nèi)后,又經(jīng)球的內(nèi)表面只反射一次,再經(jīng)球表面上的C點(diǎn)折射后,以光線CD射出球外,真空中的光速為3×108 m/s。則: (1)光束在球內(nèi)的傳播速

35、度是多少? (2)出射光線CD相對入射光線AB方向改變的角度是多少? 【參考答案】 (1)1.5×108 m/s (2)150 【解析】 (1)根據(jù)公式n= 光束在球內(nèi)的傳播速度 v==1.5×108 m/s。 (2)作出光路圖如圖,由折射定律得n= 由幾何關(guān)系及對稱性得=2r-i 由以上各式解得α=30° 出射光線CD相對入射光線AB方向改變的角度為β=180°-α=150°。 3. (2019·湖北武漢二模)內(nèi)徑為r,外徑為r的透明介質(zhì)半球殼折射率n=2,如圖為其截面示意圖。 (1)將點(diǎn)光源放在球心O處,求光射出球殼的最短時(shí)間; (2)將光源移至O點(diǎn)正上方內(nèi)

36、殼上的P點(diǎn),使其發(fā)出的光射向球殼外,求透明球殼外表面發(fā)光區(qū)域在截面上形成的弧長。 【參考答案】 (1) (2) 【解析】 (1)光線從O點(diǎn)沿直線傳播出來,在空氣中傳播的時(shí)間為t1= 在介質(zhì)中傳播的時(shí)間為:t2= 介質(zhì)中傳播的速度滿足n= 所以:t=+=。 (2)光由介質(zhì)射向空氣,臨界角滿足sinC=, 得:C=30° 恰好發(fā)生全反射的光路圖如圖,由正弦定理得: = 得:∠APO=135°,∠AOP=180°-∠APO-C=15° 介質(zhì)球殼外表面發(fā)光區(qū)域在界面上形成的弧長為 s=·πr=。 4.(2019·四川南充三診)(多選)如圖所示,一束復(fù)色光由某介質(zhì)射入真空后

37、分解為a、b兩束單色光。以下說法正確的是(  ) A.真空中a光的波長比b光的大 B.在同一介質(zhì)中,a光的傳播速度比b光慢 C.光由同一介質(zhì)射入空氣時(shí),a光的臨界角比b光小 D.a(chǎn)、b通過相同的單縫衍射實(shí)驗(yàn)裝置,b光的中央亮條紋較寬 E.a(chǎn)、b通過相同的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置,b光的干涉條紋間距較小 【參考答案】 BCD 【解析】 由圖看出,a光的偏折程度大于b光的偏折程度,則a光的折射率大于b光的折射率,所以a光的頻率大于b光的頻率,真空中a光的波長比b光的小,故A錯(cuò)誤;因?yàn)閍光的折射率大,由公式v=,可知在同一介質(zhì)中,a光的傳播速度比b光小,故B正確;a光的折射率比b光的大,根

38、據(jù)sinC=知,光由同一介質(zhì)射入空氣時(shí),a光的臨界角比b光的小,故C正確;a光的波長比b光的小,則知a、b通過相同的單縫衍射實(shí)驗(yàn)裝置,b光的中央亮條紋較寬,故D正確;a光的波長比b光的小,根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx=λ知,a、b通過相同的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置,b光比a光的干涉條紋間距大,故E錯(cuò)誤。 5.(2019·內(nèi)蒙古呼和浩特市二模)(多選)下列說法正確的是(  ) A.肥皂泡呈現(xiàn)彩色是光的干涉現(xiàn)象,露珠呈現(xiàn)彩色是光的色散現(xiàn)象,通過狹縫看太陽光呈現(xiàn)彩色是光的衍射現(xiàn)象 B.橫波和縱波都能發(fā)生干涉、衍射和偏振現(xiàn)象 C.做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),用綠光照射單縫,在光屏P上觀察到干涉條紋,用紅光代替

39、綠光照射單縫將得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣 D.真空中的光速在不同的慣性系中不相同 E.在真空中傳播的電磁波,當(dāng)它的頻率增大時(shí),它的傳播速度不變,波長變短 【參考答案】 ACE 【解析】 肥皂泡呈現(xiàn)彩色是光的干涉現(xiàn)象,露珠呈現(xiàn)彩色是光的色散現(xiàn)象,通過狹縫看太陽光呈現(xiàn)彩色是光的衍射現(xiàn)象,故A正確;橫波和縱波都能發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象,只有橫波能發(fā)生偏振現(xiàn)象,故B錯(cuò)誤;由Δx=λ可知,用紅光代替綠光照射單縫,將得到相鄰條紋間距更大的衍射圖樣,故C正確;根據(jù)愛因斯坦相對論,真空中的光速在不同的慣性系中是相同的,故D錯(cuò)誤;在真空中傳播的電磁波,當(dāng)它的頻率增大時(shí),它的傳播速度不變,波長變短,故E正確。 知識改變命運(yùn) 21

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