1、第二講振動和波光學,-2-,考情分析備考定向縱覽考題,洞悉命題規(guī)律,-3-,-4-,網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建,-5-,策略指導 從近年的高考試題可以看出,光的折射、全反射的計算,機械波的波速、波長和頻率(周期)的關(guān)系是近年來的高考熱點,題型為一個多項選擇題(或填空題)和一個計算題。 在2020年的備考過程中,要重視對光的折射定律以及波速、波長和頻率(周期)的關(guān)系的復習,除此之外,多普勒效應、電磁波譜、電磁波等知識點也不能忽視。,-6-,高考真題 1.(2019全國卷)(1)(多選)一簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t= 時刻,該波的波形圖如圖(a)所示,P、Q是介質(zhì)中的兩個質(zhì)點。圖(b)表示介質(zhì)中某質(zhì)點的振動圖象

2、。下列說法正確的是(),A.質(zhì)點Q的振動圖象與圖(b)相同 B.在t=0時刻,質(zhì)點P的速率比質(zhì)點Q的大 C.在t=0時刻,質(zhì)點P的加速度的大小比質(zhì)點Q的大 D.平衡位置在坐標原點的質(zhì)點的振動圖象如圖(b)所示 E.在t=0時刻,質(zhì)點P與其平衡位置的距離比質(zhì)點Q的大,-7-,(2)如圖,一艘帆船靜止在湖面上,帆船的豎直桅桿頂端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P點發(fā)出的激光束,從水面出射后恰好照射到桅桿頂端,該出射光束與豎直方向的夾角為53(取sin 53=0.8)。已知水的折射率為 。 求桅桿到P點的水平距離; 船向左行駛一段距離后停止,調(diào)整由P點發(fā)出的激光束方向,當其與豎直方向夾角為45時,

3、從水面射出后仍照射在桅桿頂端,求船行駛的距離。,-8-,考點定位:機械振動、機械波、折射定律 解題思路與方法:(2)畫出完整的光路圖,找到幾何關(guān)系,利用折射定律分析。,(1)答案: CDE,-9-,答案: 7 m5.5 m,解析: 設(shè)光束從水面射出的點到桅桿的水平距離為x1,到P點的水平距離為x2;桅桿高度為h1,P點處水深為h2;激光束在水中與豎直方向的夾角為。由幾何關(guān)系有,聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得 x=7 m,-10-,設(shè)激光束在水中與豎直方向的夾角為45時,從水面出射的方向與豎直方向夾角為i,由折射定律有 sin i=nsin 45 設(shè)船向左行駛的距離為x,此時光束從水面射出的點到桅桿的水

4、平距離為x1,到P點的水平距離為x2,則,-11-,2.(2018全國卷)(1)(多選)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=0和t=0.20 s時的波形分別如圖中實線和虛線所示。已知該波的周期T0.20 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)點在t=0.70 s時位于波谷 D.x=0.08 m的質(zhì)點在t=0.12 s時位于波谷 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,-12-,(2)如圖,某同學在一張水平放置的白紙上畫了一個小標記“”(圖中O點),然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱

5、鏡壓在這個標記上,小標記位于AC邊上。D位于AB邊上,過D點做AC邊的垂線交AC于F。該同學在D點正上方向下順著直線DF的方向觀察,恰好可以看到小標記的像;過O點做AB邊的垂線交直線DF于E;DE=2 cm,EF=1 cm。求三棱鏡的折射率。(不考慮光線在三棱鏡中的反射),考點定位:機械波、折射定律 解題思路與方法:(2)畫出光路圖,根據(jù)題目條件“恰好可以看到小標記的像”找?guī)缀侮P(guān)系。,-13-,-14-,(2)過D點作AB邊的法線NN,連接OD,則ODN=為O點發(fā)出的光線在D點的入射角;設(shè)該光線在D點的折射角為,如圖所示。根據(jù)折射定律有,-15-,3.(2017全國卷)(1)如圖甲,在xy平面

6、內(nèi)有兩個沿z方向做簡諧振動的點波源S1(0,4)和S2(0,-2)。兩波源的振動圖線分別如圖乙和圖丙所示。兩列波的波速均為1.00 m/s。兩列波從波源傳播到點A(8,-2)的路程差為 m,兩列波引起的點B(4,1)處質(zhì)點的振動相互(選填“加強”或“減弱”),點C(0,0.5)處質(zhì)點的振動相互(選填“加強”或“減弱”)。,-16-,(2)如圖,一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體,O點為球心;下半部是半徑為R、高為2R的圓柱體,圓柱體底面鍍有反射膜。有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入,該光線與OC之間的距離為0.6R。已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮多次反射)。求該玻璃

7、的折射率。,-17-,考點定位:機械振動、機械波、折射率 解題思路與方法:(2)畫出光路圖,根據(jù)題目條件“最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行”找?guī)缀侮P(guān)系。,答案: (1)2減弱加強(2)1.43,-18-,(2)如圖,根據(jù)光路的對稱性和光路可逆性,與入射光線相對于OC軸對稱的出射光線一定與入射光線平行。這樣,從半球面射入的折射光線,將從圓柱體底面中心C點反射。 設(shè)光線在半球面的入射角為i,折射角為r。由折射定律有,由正弦定理有,由幾何關(guān)系,入射點的法線與OC的夾角為i。 由題設(shè)條件和幾何關(guān)系有,sin i=nsin r,-19-,考點一,考點二,考點三,機械振動與波(H),歸納總結(jié),-2

8、0-,考點一,考點二,考點三,【典例1】(2018全國卷)一列簡諧橫波在t= s時的波形圖如圖(a)所示,P、Q是介質(zhì)中的兩個質(zhì)點。圖(b)是質(zhì)點Q的振動圖象。求,(1)波速及波的傳播方向; (2)質(zhì)點Q的平衡位置的x坐標。,思維點撥由圖(a)讀出波長,由圖(b)讀出周期和在t= s時的振動方向。,答案,解析,-21-,考點一,考點二,考點三,1.(多選)(2019浙江選考)如圖所示,兩種不同材料的彈性細繩在O處連接,M、O和N是該繩上的三個點,OM間距離為7.0 m,ON間距離為5.0 m。O點上下振動,則形成以O(shè)點為波源向左和向右傳播的簡諧橫波和,其中波的波速為1.0 m/s。t=0時刻O

9、點處在波谷位置,觀察發(fā)現(xiàn)5 s后此波谷傳到M點,此時O點正通過平衡位置向上運動,OM間還有一個波谷。則(),A.波的波長為4 m B.N點的振動周期為4 s C.t=3 s時,N點恰好處于波谷 D.當M點處于波峰時,N點也一定處于波峰,答案,解析,-22-,考點一,考點二,考點三,2.(多選)如圖,一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,實線為t=0時的波形圖,虛線為t=0.5 s時的波形。已知該簡諧波的周期大于0.5 s。關(guān)于該簡諧波,下列說法正確的是(),A.波長為2 m B.波速為6 m/s C.頻率為1.5 Hz D.t=1 s時,x=1 m處的質(zhì)點處于波峰 E.t=2 s時,x=2 m處的質(zhì)點

10、經(jīng)過平衡位置,答案,解析,-23-,考點一,考點二,考點三,3.(多選)(2019河北唐山模擬)在某均勻介質(zhì)中,甲、乙兩波源分別位于O點和Q點,分別產(chǎn)生向右和向左傳播的同性質(zhì)簡諧橫波,某時刻兩波波形如圖中實線和虛線所示,此時,甲波傳播到x=24 m處,乙波傳播到x=12 m處,已知甲波波源的振動周期為0.4 s,下列說法正確的是 (),A.甲波波源的起振方向沿y軸正方向 B.甲波的波速大小為20 m/s C.乙波的周期為0.6 s D.甲波波源比乙波波源早振動0.3 s E.從圖示時刻開始再經(jīng)0.6 s,x=12 m處的質(zhì)點再次到達平衡位置,答案,解析,-24-,考點一,考點二,考點三,光的折

11、射和全反射(H),歸納總結(jié)求解光的折射和全反射的思路,-25-,考點一,考點二,考點三,【典例2】(2018全國卷)如圖,ABC是一直角三棱鏡的橫截面,A=90,B=60一細光束從BC邊的D點折射后,射到AC邊的E點,發(fā)生全反射后經(jīng)AB邊的F點射出,EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中點,不計多次反射。 (1)求出射光相對于D點的入射光的偏角; (2)為實現(xiàn)上述光路,棱鏡折射率的取值應在什么范圍?,-26-,考點一,考點二,考點三,方法技巧本題考查了幾何光學,處理此類題的方法一般是正確畫光路圖利用幾何關(guān)系求偏角,還要知道全反射的條件是什么。,思維點撥(1)根據(jù)題意畫出光路圖,根據(jù)幾何關(guān)系

12、找到出射光線與入射光線之間的夾角;(2)要保證在E點發(fā)生全反射,則在E點的入射角要大于等于臨界角C。,-27-,考點一,考點二,考點三,解析: (1) 光線在BC面上折射,由折射定律有 sin i1=nsin r1,式中,n為棱鏡的折射率,i1和r1分別是該光線在BC面上的入射角和折射角。光線在AC面上發(fā)生全反射,由反射定律有,式中,n為棱鏡的折射率,i1和r1分別是該光線在BC面上的入射角和折射角。光線在AC面上發(fā)生全反射,由反射定律有 i2=r2 式中i2和r2分別是該光線在AC面上的入射角和反射角。 光線在AB面上發(fā)生折射,由折射定律有 nsin i3=sin r3,-28-,考點一,考

13、點二,考點三,式中i3和r3分別是該光線在AB面上的入射角和折射角。 由幾何關(guān)系得i2=r2=60,r1=i3=30 F點的出射光相對于D點的入射光的偏角為 =(r1-i1)+(180-i2-r2)+(r3-i3) 由式得=60 (2)光線在AC面上發(fā)生全反射,光線在AB面上不發(fā)生全反射,有nsin i2nsin Cnsin i3 式中C是全反射臨界角,滿足nsin C=1 由式知,棱鏡的折射率n的取值范圍應為,-29-,考點一,考點二,考點三,4.(2019全國卷)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邊上并進入棱鏡,然后垂直于AC邊射出。

14、,(1)求棱鏡的折射率; (2)保持AB邊上的入射點不變,逐漸減小入射角,直到BC邊上恰好有光線射出。求此時AB邊上入射角的正弦。,-30-,考點一,考點二,考點三,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,式中n是棱鏡的折射率。由幾何關(guān)系可知,-31-,考點一,考點二,考點三,-32-,考點一,考點二,考點三,5.(2017全國卷)如圖,一半徑為R的玻璃半球,O點是半球的球心,虛線OO表示光軸(過球心O與半球底面垂直的直線)。已知玻璃的折射率為1.5。現(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線)。求: (1)從

15、球面射出的光線對應的入射光線到光軸距離的最大值; (2)距光軸 的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點到O點的距離。,-33-,考點一,考點二,考點三,解析: (1) 如圖,從底面上A處射入的光線,在球面上發(fā)生折射時的入射角為i,當i等于全反射臨界角ic時,對應入射光線到光軸的距離最大,設(shè)最大距離為l。,i=ic 設(shè)n是玻璃的折射率, 由全反射臨界角的定義有 nsin ic=1,-34-,考點一,考點二,考點三,-35-,考點一,考點二,考點三,6.(2017全國卷)一直桶狀容器的高為2l,底面是邊長為l的正方形;容器內(nèi)裝滿某種透明液體,過容器中心軸DD、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖所示。容器右側(cè)

16、內(nèi)壁涂有反光材料,其他內(nèi)壁涂有吸光材料。在剖面的左下角處有一點光源,已知由液體上表面的D點射出的兩束光線相互垂直,求該液體的折射率。,-36-,考點一,考點二,考點三,答案: 1.55,解析: 設(shè)從光源發(fā)出直接射到D點的光線的入射角為i1,折射角為r1,在剖面內(nèi)作光源相對于反光壁的鏡像對稱點C,連接C、D,交反光壁于E點,由光源射向E點的光線,反射后沿ED射向D點。光線在D點的入射角為i2,折射角為r2,如圖所示。 設(shè)液體的折射率為n,由折射定律有,nsin i1=sin r1 nsin i2=sin r2 由題意知r1+r2=90 聯(lián)立式得,-37-,考點一,考點二,考點三,-38-,考點一

17、,考點二,考點三,電磁波和光的幾種特有現(xiàn)象(L),歸納總結(jié)1.機械波和光波都能發(fā)生干涉、衍射、多普勒效應等現(xiàn)象,是波特有的現(xiàn)象。偏振現(xiàn)象是橫波的特有現(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。 2.機械波的干涉圖樣中,實線和實線的交點、虛線和虛線的交點及其連線為振動加強處;實線和虛線的交點及其連線處為振動減弱處。振動加強點有時位移也為零,只是振幅為兩列波的振幅之和,顯得振動劇烈。,3.對光的雙縫干涉條紋間距,(1)l、d相同時,x,可見光中的紅光條紋間距最大,紫光最小; (2)間隔均勻,亮度均勻,中央為亮條紋; (3)如用白光做實驗,中間為白色,兩邊為由紫到紅的彩色。 4.光的

18、干涉現(xiàn)象:薄膜干涉(油膜、空氣膜、增透膜、牛頓環(huán))。 5.光的衍射現(xiàn)象:圓孔衍射、泊松亮斑。,-39-,考點一,考點二,考點三,【典例3】(2019全國卷)某同學利用圖示裝置測量某種單色光的波長。實驗時,接通電源使光源正常發(fā)光;調(diào)整光路,使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉栴}:,(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù),該同學可; A.將單縫向雙縫靠近 B.將屏向靠近雙縫的方向移動 C.將屏向遠離雙縫的方向移動 D.使用間距更小的雙縫,-40-,考點一,考點二,考點三,(2)若雙縫的間距為d,屏與雙縫間的距離為l,測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為x,則單色光的波長=; (3)某次測量時,選用的雙縫的間距為0.300 mm,測得屏與雙縫間的距離為1.20 m,第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56 mm。則所測單色光的波長為 nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。,-41-,考點一,考點二,考點三,-42-,考點一,考點二,考點三,7.(多選)(2018江蘇卷)梳子在梳頭后帶上電荷,搖動這把梳子在空中產(chǎn)生電磁波。該電磁波() A.是橫波 B.不能在真空中傳播 C.只能沿著梳子搖動的方向傳播 D.在空氣中的傳播速度約為3108 m/s,答案,解析,-43-,考