2019届二轮复习专题7第2讲振动和波　光学课件（48张） 48页

第 2 讲　振动和波　光学 - 5 - 网络构建 要点必备 - 6 - 网络构建 要点必备 1 . 振动和波。 (1) 振动的周期性、对称性 : x= 　　　　　 。   (2) 波的产生和传播 : v= 　　　　 。   2 . 光的折射和全反射。 (1) 折射定律 : 光从真空进入介质时 : n= 　　　　　 。   (2) 全反射条件 : 光从光密介质射入光疏介质 ; 入射角等于或大于临界角 C ,sin C= 　　　　 。   3 . 波的干涉、衍射等现象。 (1) 干涉、衍射是波特有的现象。干涉条件 : 频率相同、相位差恒定 , 振动方向相同 ; 明显衍射条件 : 　　　　 。   (2) 明条纹 ( 振动加强区 ):Δ r= 　　　　 ;   暗条纹 ( 振动减弱区 ):Δ r= 　　　　　　　 。 ( k= 0,1,2,3, … )   (3) 光的干涉条纹特点 : 明暗相间 , 条纹间距 Δ x= 　　　　　　　　 。 A sin ω t d ≤ λ k λ - 7 - 1 2 3 1 . (2018 全国 Ⅲ 卷 )(1)( 多选 ) 一列简谐横波沿 x 轴正方向传播 , 在 t= 0 和 t= 0 . 20 s 时的波形分别如图中实线和虚线所示。已知该波的周期 T> 0 . 20 s 。下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 波速为 0 . 40 m/s B. 波长为 0 . 08 m C. x= 0 . 08 m 的质点在 t= 0 . 70 s 时位于波谷 D. x= 0 . 08 m 的质点在 t= 0 . 12 s 时位于波谷 E. 若此波传入另一介质中其波速变为 0 . 80 m/s, 则它在该介质中的波长为 0 . 32 m - 8 - 1 2 3 (2) 如图 , 某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记 “·”( 图中 O 点 ), 然后用横截面为等边三角形 ABC 的三棱镜压在这个标记上 , 小标记位于 AC 边上。 D 位于 AB 边上 , 过 D 点做 AC 边的垂线交 AC 于 F 。该同学在 D 点正上方向下顺着直线 DF 的方向观察 , 恰好可以看到小标记的像 ; 过 O 点做 AB 边的垂线交直线 DF 于 E ; DE= 2 cm, EF= 1 cm 。求三棱镜的折射率。 ( 不考虑光线在三棱镜中的反射 ) - 9 - 1 2 3 考点定位 : 机械波、折射定律 命题能力点 : 侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点 : 科学思维 解题思路与方法 :(2) 画出光路图 , 根据题目条件 “ 恰好可以看到小标记的像 ” 找几何关系。 解析 (1) 根据题意 , 从图中可以看出该波波长等于 0 . 16 m, 由于周期 T> 0 . 20 s, 因此在 0 . 20 s 时间内波向 x 轴正方向传播只能是 0 . 5 λ , 所以周期为 0 . 40 s, 波速为 v= = 0 . 40 m/s,A 对、 B 错 ;0 . 7 s = 1 . 75 T ,0 . 12 s = 0 . 3 T , t= 0 时刻位于 0 . 08 m 处的质点向上振动 ,0 . 70 s 后处于波谷位置 ,0 . 12 s 后介于平衡位置和波峰之间 ,C 对、 D 错 ; 波传播到另一介质中后周期不变 , 波长变为 λ '=v'T= 0 . 32 m,E 选项正确。 - 10 - 1 2 3 (2) 过 D 点作 AB 边的法线 NN' , 连接 OD , 则 ∠ ODN= α 为 O 点发出的光线在 D 点的入射角 ; 设该光线在 D 点的折射角为 β , 如图所示。根据折射定律有 n sin α = sin β ① 式中 n 为三棱镜的折射率。 由几何关系可知 β = 60 ° ② ∠ EOF= 30 ° ③ 在 △ OEF 中有 EF=OE sin ∠ EOF ④ 由 ③④ 式和题给条件得 OE= 2 cm ⑤ 根据题给条件可知 , △ OED 为等腰三角形 , 有 α = 30 ° ⑥ 由 ①②⑥ 式得 n= ⑦ - 11 - 1 2 3 2 . (2017 全国 Ⅰ 卷 )(1) 如图甲 , 在 xy 平面内有两个沿 z 方向做简谐振动的点波源 S 1 (0,4) 和 S 2 (0, - 2) 。两波源的振动图线分别如图乙和图丙所示。两列波的波速均为 1 . 00 m/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 ”) 。   - 12 - 1 2 3 - 13 - 1 2 3 (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 2 R 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 . 6 R 。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。 - 14 - 1 2 3 考点定位 : 机械振动、机械波、折射率 命题能力点 : 侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点 : 科学思维 解题思路与方法 :(2) 画出光路图 , 根据题目条件 “ 最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行 ” 找几何关系 。 答案 (1)2 　 减弱 　 加强 　 ( 2)1 . 43 - 15 - 1 2 3 - 16 - 1 2 3 (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。 - 17 - 1 2 3 - 18 - 1 2 3 3 . (2016 全国 Ⅱ 卷 )(1)( 多选 ) 关于电磁波 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B. 周期性变化的电场和磁场可以相互激发 , 形成电磁波 C. 电磁波在真空中自由传播时 , 其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直 D. 利用电磁波传递信号可以实现无线通信 , 但电磁波不能通过电缆、光缆传输 E. 电磁波可以由电磁振荡产生 , 若波源的电磁振荡停止 , 空间的电磁波随即消失 - 19 - 1 2 3 (2) 一列简谐横波在介质中沿 x 轴正向传播 , 波长不小于 10 cm 。 O 和 A 是介质中平衡位置分别位于 x= 0 和 x= 5 cm 处的两个质点。 t= 0 时开始观测 , 此时质点 O 的位移为 y= 4 cm, 质点 A 处于波峰位置 ; t= s 时 , 质点 O 第一次回到平衡位置 ; t= 1 s 时 , 质点 A 第一次回到平衡位置。求 : ( ⅰ ) 简谐波的周期、波速和波长 ; ( ⅱ ) 质点 O 的位移随时间变化的关系式。 考点定位 : 电磁波、机械振动、机械波 命题能力点 : 侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点 : 科学思维 解题思路与方法 : 机械波传播的是振动形式 , 可以由 求得波的波速 ; 质点 O 的位移随时间变化的关系式 y=A cos( ω t+ φ ), 把时间和位移代入即可求得。 - 20 - 1 2 3 答案 (1)ABC (2)( ⅰ )4 s 　 7 . 5 cm/s 　 30 cm 解析 (1) 电磁波在真空中的传播速度为光速 ,A 选项正确 ; 电磁波是由周期性变化的电场和磁场相互激发产生的 ,B 选项正确 ; 传播速度方向、电场方向、磁场方向三者两两垂直 ,C 选项正确 ; 电磁波可以通过光缆传播 ,D 选项错误 ; 当电磁振荡消失后 , 电磁波可继续传播 ,E 选项错误。 - 21 - 1 2 3 - 22 - 1 2 3 - 23 - 1 2 3 【命题规律研究及预测】 近年的高考试题可以看出 , 光的折射、全反射的计算 , 机械波的波长、波速和频率 ( 周期 ) 的关系是近年来的高考热点 , 题型为一个多项选择题 ( 或填空题 ) 和一个计算题。 在 2019 年的备考过程中重视对光的折射定律、波速和频率 ( 周期 ) 的关系的复习 , 除此之外 , 多普勒效应、电磁波谱、电磁波等知识点也不能忽视。 - 24 - 考点一 考点二 考点三 机械振动与波 (H) 规律方法 　 - 25 - 考点一 考点二 考点三 【典例 1 】 (2018 全国 Ⅰ 卷 ) 一列简谐横波在 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   (1) 波速及波的传播方向 ; (2) 质点 Q 的平衡位置的 x 坐标。 思维点拨 由图 (a) 读出波长 , 由图 (b) 读出周期和 在 时的振动方向 。 答案 (1)0 . 18 m/s 　 x 轴负方向 　 (2)(9 cm,0 ) - 26 - 考点一 考点二 考点三 - 27 - 考点一 考点二 考点三 1 . (2018 全国 Ⅱ 卷 ) 声波在空气中的传播速度为 340 m/s, 在钢铁中的传播速度为 4 900 m/s 。一平直桥由钢铁制成 , 某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音 , 分别经空气和桥传到另一端的时间之差为 1 . 00 s, 桥的长度为 　　　 m, 若该声波在空气中的波长为 λ , 则它在钢铁中的波长为 λ 的 　　　　 倍。   - 28 - 考点一 考点二 考点三 2 . ( 多选 )(2017 全国 Ⅲ 卷 ) 如图 , 一列简谐横波沿 x 轴正方向传播 , 实线为 t= 0 时的波形图 , 虚线为 t= 0 . 5 s 时的波形。已知该简谐波的周期大于 0 . 5 s 。关于该简谐波 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 波长为 2 m B. 波速为 6 m/s C. 频率为 1.5 Hz D. t= 1 s 时 , x= 1 m 处的质点处于波峰 E. t= 2 s 时 , x= 2 m 处的质点经过平衡位置 BCE - 29 - 考点一 考点二 考点三 - 30 - 考点一 考点二 考点三 3 . (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 . 15 m 。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 . 60 m B.0 . 30 m C.0 . 20 m D.0 . 15 m B 解析 依题意可画出波形图   P 、 Q 两质点平衡位置与波长间的关系为 (2 n- 1) = 0 . 15 m( n = 1,2,3 , … ), 当 n= 1 时 λ = 0 . 30 m 。当 n= 2 时 λ = 0 . 1 m, n 增大时 , λ 减小 , 故 A 、 B 、 C 、 D 四项中只有 B 正确。 - 31 - 考点一 考点二 考点三 光的折射和全反射 (H) 规律方法 　 求解光的折射和全反射的思路 - 32 - 考点一 考点二 考点三 【典例 2 】 (2018 全国 Ⅱ 卷 ) 如图 , △ ABC 是一直角三棱镜的横截面 , ∠ A= 90 ° , ∠ B= 60 ° 一细光束从 BC 边的 D 点折射后 , 射到 AC 边的 E 点 , 发生全反射后经 AB 边的 F 点射出 , EG 垂直于 AC 交 BC 于 G , D 恰好是 CG 的中点 , 不计多次反射 。 (1) 求出射光相对于 D 点的入射光的偏角 ; (2) 为实现上述光路 , 棱镜折射率的取值应在什么范围 ? 思维点拨 (1) 根据题意画出光路图 , 根据几何关系找到出射光线与入射光线之间的夹角 ;(2) 要保证在 E 点发生全反射 , 则在 E 点的入射角要大于等于临界角 C 。 - 33 - 考点一 考点二 考点三 解析 (1) 光线在 BC 面上折射 , 由折射定律有 sin i 1 =n sin r 1 ① 式中 , n 为棱镜的折射率 , i 1 和 r 1 分别是该光线在 BC 面上的入射角和折射角。光线在 AC 面上发生全反射 , 由反射定律有 i 2 =r 2 ② 式中 i 2 和 r 2 分别是该光线在 AC 面上的入射角和反射角。 光线在 AB 面上发生折射 , 由折射定律有 n sin i 3 = sin r 3 ③ 式中 i 3 和 r 3 分别是该光线在 AB 面上的入射角和折射角。 由几何关系得 i 2 =r 2 = 60 ° , r 1 =i 3 = 30 ° ④ F 点的出射光相对于 D 点的入射光的偏角为 δ = ( r 1 -i 1 ) + (180 ° -i 2 -r 2 ) + ( r 3 -i 3 ) ⑤ 由 ①②③④⑤ 式得 δ = 60 ° ⑥ - 34 - 考点一 考点二 考点三 (2) 光线在 AC 面上发生全反射 , 光线在 AB 面上不发生全反射 , 有 n sin i 2 ≥ n sin C>n sin i 3 ⑦ 式中 C 是全反射临界角 , 满足 n sin C= 1 ⑧ 由 ④⑦⑧ 式知 , 棱镜的折射率 n 的取值范围应为 方法技巧 本题考查了几何光学 , 处理此类题的方法一般是正确画光路图利用几何关系求偏角 , 还要知道全反射的条件是什么。 - 35 - 考点一 考点二 考点三 4 . (2018 全国 Ⅰ 卷 ) 如图 , △ 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 ° 。   - 36 - 考点一 考点二 考点三 5 . (2017 全国 Ⅲ 卷 )(2017 全国 Ⅲ 卷 ) 如图 , 一半径为 R 的玻璃半球 , O 点是半球的球心 , 虚线 OO' 表示光轴 ( 过球心 O 与半球底面垂直的直线 ) 。已知玻璃的折射率为 1 . 5 。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上 , 有些光线能从球面射出 ( 不考虑被半球的内表面反射后的光线 ) 。求 : (1) 从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值 ; (2) 距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到 O 点的距离。 - 37 - 考点一 考点二 考点三 解析 (1) 如图 , 从底面上 A 处射入的光线 , 在球面上发生折射时的入射角为 i , 当 i 等于全反射临界角 i c 时 , 对应入射光线到光轴的距离最大 , 设最大距离为 l 。 - 38 - 考点一 考点二 考点三 - 39 - 考点一 考点二 考点三 6 . (2017 全国 Ⅱ 卷 ) 一直桶状容器的高为 2 l , 底面是边长为 l 的正方形 ; 容器内装满某种透明液体 , 过容器中心轴 DD' 、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料 , 其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源 , 已知由液体上表面的 D 点射出的两束光线相互垂直 , 求该液体的折射率。 答案 1 . 55 - 40 - 考点一 考点二 考点三 解析 设从光源发出直接射到 D 点的光线的入射角为 i 1 , 折射角为 r 1 , 在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点 C , 连接 C 、 D , 交反光壁于 E 点 , 由光源射向 E 点的光线 , 反射后沿 ED 射向 D 点。光线在 D 点的入射角为 i 2 , 折射角为 r 2 , 如图所示。 设液体的折射率为 n , 由折射定律有 n sin i 1 = sin r 1 ① n sin i 2 = sin r 2 ② 由题意知 r 1 +r 2 = 90 ° ③ - 41 - 考点一 考点二 考点三 - 42 - 考点一 考点二 考点三 电磁波和光的几种特有现象 (L) 规律方法 　 1 . 机械波和光波都能发生干涉、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。要观察到稳定的干涉现象和明显的衍射现象需要一定的条件。 2 . 机械波的干涉图样中 , 实线和实线的交点、虚线和虚线的交点及其连线为振动加强处 ; 实线和虚线的交点及其连线处为振动减弱处。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。 3 . 对光的双缝干涉条纹间距 Δ x= λ 分析 (1) l 、 d 相同时 ,Δ x ∝ λ , 可见光中的红光条纹间距最大 , 紫光最小 ; (2) 间隔均匀 , 亮度均匀 , 中央为亮条纹 ; (3) 如用白光做实验 , 中间为白色 , 两边为由紫到红的彩色。 - 43 - 考点一 考点二 考点三 4 . 光的干涉现象 : 薄膜干涉 ( 油膜、空气膜、增透膜、牛顿环 ) 。 5 . 光的衍射现象 : 圆孔衍射、泊松亮斑。 - 44 - 考点一 考点二 考点三 【典例 3 】 (2018 北京卷 ) 用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹 , 在光源与单缝之间加上红色滤光片后 ( 　　 ) A. 干涉条纹消失 B. 彩色条纹中的红色条纹消失 C. 中央条纹变成暗条纹 D. 中央条纹变成红色 思维点拨 根据光的双缝干涉原理分析 。 解析 白光通过红色滤光片后 , 只剩下红光 , 通过双缝后形成红光的干涉条纹 , 故 A 、 B 、 C 错误 ,D 正确 。 方法技巧 本题考查了光的干涉现象 , 只有频率相同、振动相同的两列波才能形成稳定的干涉图像 , 同时要掌握哪些点是振动加强点 , 哪些点是振动减弱点 。 D - 45 - 考点一 考点二 考点三 7 . ( 多选 )(2018 江苏卷 ) 梳子在梳头后带上电荷 , 摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波 ( 　　 ) A. 是横波 B. 不能在真空中传播 C. 只能沿着梳子摇动的方向传播 D. 在空气中的传播速度约为 3 × 10 8 m/s AD 解析 电磁波是横波 , 所以 A 正确 ,C 错误 ; 电磁波能在真空中传播 ,B 错误 ; 电磁波的传播速度是光速 ,D 正确。 - 46 - 考点一 考点二 考点三 8 . (2018 江苏卷 ) 两束单色光 A 、 B 的波长分别为 λ A 、 λ B , 且 λ A > λ B , 则 　　　　 ( 选填 “ A ” 或 “ B ”) 在水中发生全反射时的临界角较大。用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时 , 可以观察到 　　　　 ( 选填 “ A ” 或 “ B ”) 产生的条纹间距较大。   答案 A 　 A 解析 波长 λ A > λ B , 则波的频率 f A