2020高考物理新课标专用版冲刺大二轮讲义:专题五 选修 第12课时 Word版含答案.pdf
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1、第 1 页 共 20 页 第第 12 课时 机械振动与机械波 光课时 机械振动与机械波 光 考点考点 机械振动和机械波 机械振动和机械波 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)介质中各质点在平衡位置附近振动,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)在波的传播方向上,平衡位置的距离为 n(n1,2,3)的质点,振动步调总相同;平衡位 置间的距离为(2n1) (n0,1,2,3)的质点,振动步调总相反 2 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该点到两波源的路程差 xn,n0,1
2、,2,3,振动减弱的条件为 xn ,n0,1,2,3.两个振动情况相反的波 2 源形成的波, 在空间某点振动加强的条件为 xn , n0,1,2,3, 振动减弱的条件为 x 2 n,n0,1,2,3. (2)振动加强点的位移随时间不断变化,振幅最大 3波的多解问题 (1)波的图象的周期性:相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同,从而使题目出现多解 的可能 (2)波传播方向的双向性:在题目未给出波的传播方向时,要考虑到波可沿正向或负向传播 例 1 (多选)(2019福建龙岩市 3 月质量检查)如图 1, 一列简谐横波沿 x 轴传播, 实线为 t0 时的波形图,虚线为 t0.1 s 时的波形图若
3、该波传播的速度为 10 m/s,则( ) 第 2 页 共 20 页 图 1 A这列波的周期为 0.4 s B这列波沿 x 轴负方向传播 C. t0 时刻质点 a 沿 y 轴负方向运动 D从 t0 时刻开始经 0.2 s,质点 a 沿 x 轴负方向移动 2 m 答案 ABC 解析 由公式 v 得 : T s0.4 s, 故 A 正确 ; 如果波向 x 轴正方向传播, 则有 : TnT T v 4 10 3 4 0.1 s(n0,1,2,3),即 0.3 s0.4n0.1 s(n0,1,2,3),在 n 的取值范围内,等式不成立, 所以不可能向 x 轴正方向传播, 如果波向 x 轴负方向传播, 则
4、有 TnT0.1 s(n0,1,2,3), 1 4 当 n0 时等式成立,故 B 正确;由 B 项分析可知,波向 x 轴负方向传播,根据“同侧法” 可知,t0 时刻质点 a 沿 y 轴负方向运动,故 C 正确;质点不会随波迁移,只会在各自平衡 位置上下振动,故 D 错误 变式训练 1(多选)(2019四川广元市第二次适应性统考)体育课上李辉同学把足球踢到了足球场边的池 塘中间王奇提出用石头激起水波让水浪把足球推到池边,他抛出一石块到水池中激起了一 列水波,可是结果足球并没有被推到池边大家一筹莫展,恰好物理老师来了,大家进行了 关于波的讨论 物理老师把两片小树叶放在水面上, 大家观察发现两片小树
5、叶在做上下振动, 当一片树叶在波峰时恰好另一片树叶在波谷,两树叶在 1 min 内都上下振动了 36 次,两树叶 之间有 2 个波峰,他们测出两树叶间水面距离是 4 m则下列说法正确的是( ) A该列水波的频率是 36 Hz B. 该列水波的波长是 1.6 m 第 3 页 共 20 页 C该列水波的波速是 0.96 m/s D. 两片树叶的位移始终等大反向 答案 BCD 解析 两树叶在 1 min 内都上下振动了 36 次,则树叶振动的周期 T s s,树叶振动的 60 36 5 3 频率 f 0.6 Hz,则水波的频率为 0.6 Hz,故 A 项错误两树叶之间有 2 个波峰,当一片 1 T
6、树叶在波峰时恰好另一片树叶在波谷,两树叶间水面距离是 4 m,所以 4 m,解得该列水 5 2 波的波长 1.6 m,故 B 项正确根据 vf 可得,水波的波速 v0.96 m/s,故 C 项正 确一片树叶在波峰时恰好另一片树叶在波谷,两者平衡位置间的距离是半波长的奇数倍, 两片树叶的位移始终等大反向,故 D 项正确 2.(多选)(2019浙江金丽衢十二校联考)如图 2 所示,S1为振源,由平衡位置开始上下振动,产 生一列简谐横波沿 S1S2直线传播,S1、S2两点之间的距离为 9 mS2点的左侧为一种介质, 右侧为另一种介质,波在这两种介质中传播的速度之比为 34.某时刻波正好传到 S2右侧
7、 7 m 处,且 S1、S2均在波峰位置则( ) 图 2 AS2开始振动时方向可能向下也可能向上 B波在 S2左侧的周期比在右侧时大 C右侧的波长为 2 m(n1,2,3,4) 28 n1 D左侧的波长为 1 m(n1,2,3,4) 3 2n1 答案 AD 例 2 (多选)(2019全国卷34(1)改编)一简谐横波沿 x 轴正方向传播,在 t 时刻,该波的 T 2 波形图如图 3(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像下 第 4 页 共 20 页 列说法正确的是( ) 图 3 A质点 Q 的振动图像与图(b)相同 B在 t0 时刻,质点 P 的速率比质点 Q 的
8、大 C在 t0 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像如图(b)所示 答案 CD 解析 t 时刻, 题图(b)表示介质中的某质点从平衡位置向下振动, 而题图(a)中质点 Q 在 t T 2 时刻从平衡位置向上振动,平衡位置在坐标原点的质点从平衡位置向下振动,所以质点 Q T 2 的振动图像与题图(b)不同,平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如题图(b)所示,选项 A 错误,D 正确;在 t0 时刻,质点 P 处在波谷位置,速率为零,与其平衡位置的距离最大, 加速度最大,而质点 Q 运动到平衡位置,速率最大,加速度为零,即在 t0 时刻,质点 P 的
9、速率比质点 Q 的小,质点 P 的加速度比质点 Q 的大,选项 B 错误,C 正确 变式训练 3 (多选)(2019浙江金华十校高三期末)如图4所示, 图甲为沿x轴传播的一列简谐横波在t0 时刻的波动图象,图乙为参与波动的质点 P 的振动图象,则下列说法中正确的是( ) 图 4 第 5 页 共 20 页 A该波的传播速率为 0.5 m/s B该波的传播方向沿 x 轴负方向 Ct0 到 t9 s 时间内,质点 P 通过的路程为 0.9 m Dt0 到 t2 s 时间内,质点 P 的位移为零,路程为 0.2 m 答案 ACD 解析 由题图甲可知振幅 A0.1 m, 波长 2 m, 由题图乙可知周期
10、 T4 s, 则波速 v T m/s0.5 m/s,故 A 正确;由题图乙可知 P 点在 t0 时刻的振动方向是向 y 轴正方向的, 2 4 根据“上下坡”法可知,该波的传播方向沿 x 轴正方向,故 B 错误;t0 到 t9 s 时间内, 质点 P 运动的时间 t9 s T,故通过的路程为 9A0.9 m,故 C 正确;t0 到 t2 s 时间 9 4 内,质点 P 运动的时间 t2 s T,即经过半个周期从平衡位置向上振动又回到平衡位置, 1 2 位移为零,故 D 错误 考点考点 光的折射和全反射 光的折射和全反射 1三个公式 (1)折射率:nsin 1 sin 2 (2)nc v (3)临
11、界角:sin C1 n 2分析思路 (1)根据题意严格作出光路图,有时需分析、寻找临界光线、边界光线,并以此为研究对象 (2)明确两介质折射率的大小关系 第 6 页 共 20 页 若光疏光密:定有反射、折射光线 若光密光疏:如果入射角大于或等于临界角,一定发生全反射 (3)根据反射定律、折射定律列出关系式,结合几何关系(充分利用三角形、圆的特点),联立 求解 例 3 (多选)(2019四川综合能力提升卷)如图 5 所示, 等边三角形 ABC 为某透明玻璃三棱镜 的截面图,边长等于 L,在截面上一束足够强的细光束从 AB 边中点以与 AB 边成 30的入射 角由真空射入三棱镜,从 BC 边射出的
12、光线与 BC 的夹角为 30.则( ) 图 5 A玻璃的折射率为 3 B在 BC 边能发生全反射 C光在三棱镜中的传播路程 0.5L D光在三棱镜中的传播时间为 3L 2c 答案 ACD 解析 光射入三棱镜的光路如图所示,i1903060, 由折射定律得:n sin i1 sin r1 光在 BC 边折射时,由折射定律有: 1 n sin i2 sin r2 第 7 页 共 20 页 由题意知 r2903060,则 i2r1 则由几何关系可知 i2r130 联立解得:n 3 又因 sin C 1 n 3 3 则 sin i2sin C,在 BC 边不能发生全反射 由几何知识知:从 AB 边上射
13、入的光在三棱镜中的传播路程 s0.5L, 光在三棱镜中传播速度 v c, c n 3 3 光在三棱镜中的传播时间 t .故 A、C、D 正确,B 错误 s v 3L 2c 变式训练 4.如图 6 所示为一横截面为直角三角形的三棱镜, B90, C30.一束与 AB 边成 30 角的光线射向 AB 面, 在棱镜中经过 BC 边一次反射后从 AC 边射出, 出射光线的折射角为 60. 则这种材料的折射率为( ) 图 6 A. B. C. D223 4 3 答案 B 解析 作出光路图如图所示,根据几何关系和折射定律有 n,可得:i sin 60 sin i sin 60 sin60i 30,n,故
14、B 正确3 第 8 页 共 20 页 5.(多选)(2019浙南名校联盟高三期末)如图 7,将黄色平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射 入,部分圆形柱面有光线射出已知透明半圆柱体对黄光折射率为 n2,半径为 R1 m, 长为 L2 m,不考虑二次反射,那么( ) 图 7 A黄光从空气射入半圆柱体速度变小 B黄光从空气射入半圆柱体,其光子能量变小 C有黄光从圆形柱面射出部分的区域面积 S m2 2 3 D若只将黄光换成蓝光,有光线从圆形柱面射出部分的面积将增大 答案 AC 解析 由 v 可知,黄光从空气进入半圆柱体速度变小,故 A 正确 ; 由于频率不变,故光子 c n 能量不变,故 B 错误;在
15、半圆面上发生全反射时,sin C ,临界角 C30 ,由几何知 1 n 6 识知照亮面积 S2RCL m2,故 C 正确;若换成蓝光,全反射临界角变小,则有光线射 2 3 出的面积也变小,故 D 错误 考点考点 光的波动性 电磁波 光的波动性 电磁波 1电磁波与机械波的主要区别 (1)电磁波传播不需要介质,机械波传播需要介质 第 9 页 共 20 页 (2)电磁波是横波,机械波可能是横波,也可能是纵波 2电磁波谱的特性及应用 电磁波谱特性应用递变规律 无线电波容易发生衍射通信和广播 红外线热效应红外线遥感 可见光引起视觉照明等 紫外线荧光效应,能杀菌灭菌消毒、防伪 X 射线穿透能力强医用透视、
16、安检 射线穿透能力很强工业探伤、医用治疗 3.波的特性 干涉、衍射、多普勒效应等现象是波特有的现象,偏振现象是横波的特有现象 4稳定干涉条件与特点 (1)两列光波发生稳定干涉现象时,光的频率相等,相位差恒定,干涉条纹间距 x . l d (2)干涉图样中,实线和实线的交点、虚线和虚线的交点及其连线处为振动加强点;实线和虚 线的交点及其连线处为振动减弱点振动加强点有时位移也为零,只是振幅为两列波的振幅 之和,显得振动剧烈 例 4 (多选)(2019辽宁沈阳市质量检测)a、b、c 三条平行光线垂直于半圆柱体玻璃砖的横 截面直径从空气射向玻璃砖,如图 8 所示,光线 b 正好过圆心 O,光线 a、c
17、 从光线 b 的两侧 对称入射,光线 a、c 从玻璃砖下表面进入空气后分别与光线 b 交于 P、Q,则下列说法正确 的是( ) 第 10 页 共 20 页 图 8 A玻璃对 a 光的折射率大于对 c 光的折射率 B在相同条件下进行双缝干涉实验,a 光的条纹间距比 c 光窄 Ca、c 光分别从某种介质射入空气中,c 光发生全反射时临界角较小 Da 光比 c 光穿过该半圆柱体玻璃砖所需时间长 答案 ABD 解析 由题图可知,a 光和 c 光入射角相同,但是 c 光折射角较大,根据折射率公式可知玻 璃对 a 光的折射率大于对 c 光的折射率,故选项 A 正确;由于 a 光的折射率大,波长较短, 则在
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