2020届二轮复习专题十一　选考部分第2课时机械振动和机械波光课件（64张） 64页

第 2 课时　机械振动和机械波　光 第一部分 　 专题 十一　选 考部分 高考命题轨迹 高考命题点 命题轨迹 情境图 机械振动和机械波与光的组合 2016 1 卷 34,3 卷 34   16(1)34 题 16(3)34 题 机械振动和机械波与光的组合 2017 1 卷 34,2 卷 34,3 卷 34   　 　　　 17(1)34 题 17(2)34 题 17(3)34 题 机械振动和机械波与光的组合 2018 2 卷 34,3 卷 34   　 　　　 18(2)34 题 18(3)34 题 机械振动和机械波与光的组合 2019 1 卷 34,3 卷 34   　 　　　 19(1)34 题 19(3)34 题 电磁波与机械波的组合 2015 1 卷 34,2 卷 34   　 　　　 2016 2 卷 34 2018 1 卷 34 物理光学与机械波的组合 15(1)34 题　 15(2)34 题 18(1)34 题 3 － 4 模块实验 2019 2 卷 34   　 　　　 19(2)34 题 高考题型 1 机械振动 和机械波与光的组合 内容索引 NEIRONGSUOYIN 高考题型 2 光 与机械波的组合 高考题型 3 物理光学 与机械波的组合 高考题型 4 3-4 模块实验 机械振动和机械波与光的组合 题型：选择或者计算题： 5 年 4 考 高考题型 1 例 1 　 ( 2019· 全国卷 Ⅰ ·34)(1 ) 一简谐横波沿 x 轴正方向传播，在 t ＝ 时刻 ，该波的波形图如图 1(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 . 下列说法正确的是 ________( 填正确答案标号 ). 图 1 A. 质点 Q 的振动图像与图 (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像如图 (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 CDE 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 ＝ 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 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 t ＝ 0 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 t ＝ 0 时刻，质点 P 的速率比质点 Q 的小，质点 P 的加速度比质点 Q 的大，质点 P 与其平衡位置的距离比质点 Q 的大，选项 B 错误， C 、 E 正确 . (2) 如图 2 ，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面 3 m. 距水面 4 m 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°( 取 sin 53° ＝ 0.8). 已知水的折射率 为 . 图 2 ① 求桅杆到 P 点的水平距离； 答案　 7 m 　 解析　 设 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 ； 桅杆 距水面的高度为 h 1 ， P 点处水深为 h 2 ； 激光束 在水中与竖直方向的夹角为 θ ，由几何关系有 由折射定律有： sin 53° ＝ n sin θ ③ 设桅杆到 P 点的水平距离为 x ， 则 x ＝ x 1 ＋ x 2 ④ 联立 ①②③④ 式并代入题给数据得： x ＝ 7 m ⑤ ② 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，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离 . 答案　 5.5 m 解析　 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： sin i ′ ＝ n sin 45 ° ⑥ 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 ⑦ 联立 ⑤⑥⑦⑧⑨ 式并代入题给数据得： 拓展训练 1 　 (2019· 全国卷 Ⅲ ·34)( 1) 水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上 . 振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源 . 两波源发出的波在水面上相遇，在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样 . 关于两列波重叠区域内水面上振动的质点，下列说法正确的是 ________. A. 不同质点的振幅都相同 B. 不同质点振动的频率都相同 C. 不同质点振动的相位都相同 D. 不同质点振动的周期都与振动片的周期相同 E. 同一质点处，两列波的相位差不随时间变化 BDE 解析　 在 波的干涉实验中，质点在振动加强区的振幅是两列波振幅之和，质点在振动减弱区的振幅是两列波振幅之差， A 项错误 ； 沿 波的传播方向上，波不停地向外传播，故各质点的相位不都相同， C 项错误 ； 两 波源振动频率相同，其他各质点均做受迫振动，故频率均与振源频率相同，周期均与振动片的周期相同， B 、 D 项正确 ； 同 一质点到两波源的距离确定，故波程差恒定，即相位差保持不变， E 正确 . (2) 如图 3 ，直角三角形 ABC 为一棱镜的横截面， ∠ A ＝ 90° ， ∠ B ＝ 30°. 一束光线平行于底边 BC 射到 AB 边上并进入棱镜，然后垂直于 AC 边射出 . ① 求棱镜的折射率； 图 3 解析　 光 路图及相关量如图所示 . 光束在 AB 边上折射，由折射定律得 式中 n 是棱镜的折射率 . 由几何关系可知 α ＋ β ＝ 60 ° ② 由几何关系和反射定律得 β ＝ β ′ ＝ ∠ B ③ 联立 ①②③ 式，并代入 i ＝ 60° 得 ② 保持 AB 边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到 BC 边上恰好有光线射出 . 求此时 AB 边上入射角的正弦 . 解析　 设 改变后的入射角为 i ′ ，折射角为 α ′ ，由折射定律得 由几何关系得 θ c ＝ α ′ ＋ 30 ° ⑦ 由 ④⑤⑥⑦ 式得入射角的正弦为 拓展训练 2 　 (2019· 河南安阳市下学期二模 ) (1) 如图 4 甲所示为一列简谐横波在 t ＝ 2 s 时的波形图，图乙为介质中平衡位置在 x ＝ 1.5 m 处的质点的振动图象 . P 是平衡位置在 x ＝ 2 m 处的质点，则下列说法正确的是 图 4 A. t ＝ 2 s 时， x ＝ 1.5 m 处质点的振动速度为 0.5 m/s B. t ＝ 2 s 时， x ＝ 1.0 m 处质点的位移为 4 cm C. 该简谐横波沿 x 轴的负方向传播 D.0 ～ 1 s 时间内， P 向 y 轴正方向运动 E.0 ～ 3 s 时间内， P 运动的路程为 12 cm √ √ √ 解析　 由 题图可知波长 λ ＝ 2 m ， T ＝ 4 s ，则波速 v ＝ ＝ 0.5 m/s ；此为波的传播速度，并非质点的振动速度，选项 A 错误； 质点的振幅为 4 cm ， t ＝ 2 s 时， x ＝ 1 m 处质点位于波峰位置，位移为 A ＝ 4 cm ，选项 B 正确； t ＝ 2 s 时， x ＝ 1.5 m 处质点沿 y 轴负方向运动，则该波沿 x 轴负方向传播，选项 C 正确； 0 ～ 1 s 时间内，质点 P 由波峰向平衡位置运动，沿 y 轴负方向运动，选项 D 错误 ； t ＝ 0 时，质点 P 位于波峰，故经过 3 s 质点 P 经过的路程为 s ＝ 3 A ＝ 12 cm ，选项 E 正确 . (2) 如图 5 所示，一容器内装有深为 h 的某透明液体，容器底部为平面镜，到容器底部的距离 为 处 有一点光源 L ，可向各个方向发光 . 已知该透明液体的折射率为 n ，液面足够宽，真空中光的传播速度为 c ，求 ： ① 能从液面射出的光，在液体中经过的最短时间 t ； 图 5 ② 液面上有光射出的区域的面积 S . 液面上有光射出的区域的面积 S ＝ π r 2 光与机械波的组合 题型：选择或者计算题： 5 年 3 考 高考题型 2 例 2 　 (2019· 山东济南市 3 月模拟 )(1) 如图 6 甲所示，在平静的水面下深 h 处有一个点光源 S ，它发出的两种不同颜色的 a 光和 b 光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由 a 、 b 两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为 a 光的颜色 ( 见图乙 ) ，设 b 光的折射率为 n b ，则下列说法正确的是 ________. A. 在水中， a 光的波长比 b 光小 B. 水对 a 光的折射率比 b 光小 C. 在水中， a 光的传播速度比 b 光大 D . 复色光圆形区域的面积为 S ＝ E . 在同一装置的杨氏双缝干涉实验中， a 光的干涉条纹比 b 光 窄 BCD 图 6 解析　 a 光在水面上形成的圆形亮斑面积较大，知 a 光的临界角较大，根据 sin C ＝ ， 知 a 光的折射率较小，频率也小， 再由 v ＝ ＝ λf 可知，在水中， a 光的传播速度比 b 光大， a 光的波长比 b 光大，故 B 、 C 正确， A 错误； a 光的折射率小，波长长，根据双缝干涉条纹与波长成正比，可知相同条件下， a 光的干涉条纹比 b 光宽，故 E 错误 . (2) 有两列简谐横波 a 、 b 在同一介质中沿 x 轴正方向传播，速度均为 v ＝ 5 m/s. 在 t ＝ 0 时，两列波的波峰正好在 x ＝ 2.5 m 处重合，如图 7 所示 . 图 7 ① 求 t ＝ 0 时，两列波的波峰重合处的所有位置； 答案　 x ＝ (2.5±20 n ) m( n ＝ 0,1,2,3 ， … ) 　 解析　 从 题图中可以看出两列波的波长分别为： λ a ＝ 2.5 m ， λ b ＝ 4.0 m 两列波波长的最小公倍数为： s ＝ 20 m t ＝ 0 时，两列波的波峰重合处的所有位置为： x ＝ (2.5±20 n ) m( n ＝ 0,1,2,3 … ) ② 至少经多长时间 x ＝ 0 处的质点位移达到最大值 . 答案　 3.5 s 解析　 在 x ＝ 0 左侧， x ＝ 0 处的质点离两列波的波峰重合处最近点的距离为： Δ x ＝ 17.5 m( 或者写出： x ＝－ 17.5 m) 解得： Δ t ＝ 3.5 s. 拓展训练 3 　 (2019· 东北三省四市教研联合体模拟 ) (1) 插针法测量半圆形玻璃砖的折射率 . 将半圆形玻璃砖平放在白纸上，在白纸上先画出玻璃砖的轮廓，并确定其圆心 O 的位置 . 再画出一条通过圆心 O 的直线，将两枚大头针 P 1 、 P 2 竖直插在这条直线上，如图 8 所示 . 图 8 ① 为了确定入射光线 P 2 P 1 的折射光线方向，至少需要在玻璃砖另一侧插入 ____ 枚大头针； 1 解析　 作出 光路图，如图 由图可知只需要一根大头针就可以确定出折射光线； ② 若测得入射光线与 ON 的夹角为 α ，折射光线与 OM 的夹角为 β ，则该玻璃砖的折射率为 ________. 解析　 由 题图可知，入射角 i ＝ 90° － α ，折射角 r ＝ 90° － β ， (2) 甲、乙两列横波传播速度相同，分别沿 x 轴负方向和 x 轴正方向传播， t 0 时刻两列波的前端刚好分别传播到质点 A 和质点 B ，如图 9 所示，设 t 0 时刻为计时起点，已知甲波的频率为 5 Hz ，求： 图 9 ① t 0 时刻之前， x 轴上的质点 C 振动了多长时间？ 答案 　 0.1 s 　 由题图知 λ 甲 ＝ 4 m ， λ 乙 ＝ 8 m 波速为： v ＝ λ 甲 f 甲 ＝ 20 m/s 由题图可知， C 点开始振动的时刻距图中时刻为： 即 t 0 时刻之前，质点 C 已振动了 0.1 s. ② 在 t 0 时刻之后的 0.9 s 内， x ＝ 0 处的质点位移为＋ 6 cm 的时刻 . 答案 　 0.2 s 和 0.6 s 解析　 x ＝ 0 处的质点位移为＋ 6 cm ，表明两列波的波峰同时到达 x ＝ 0 处 . 甲波的波峰到达 x ＝ 0 处的时刻为： t 甲 ＝ mT 甲 ( m ＝ 0 、 1 、 2 、 3 … ) 乙波的波峰到达 x ＝ 0 处的时刻为： t 甲 ＝ t 乙 解得： m ＝ 2 n ＋ 1 n ＝ 0 时， m ＝ 1 ， t ＝ 0.2 s n ＝ 1 时， m ＝ 3 ， t ＝ 0.6 s n ＝ 2 时， m ＝ 5 ， t ＝ 1 s 可知：在之后的 0.9 s 内， x ＝ 0 处的质点位移为＋ 6 cm 的时刻为 0.2 s 和 0.6 s . 拓展训练 4 　 ( 2019· 四川达州市第二次诊断 ) (1) 直线 P 1 P 2 过均匀玻璃球球心 O ，细光束 a 、 b 平行且关于 P 1 P 2 对称，由空气射入玻璃球的光路如图 10 所示 . a 、 b 光相比 ________. A. 玻璃对 a 光的折射率较小 B. b 光在玻璃中的传播速度较大 C. b 光在玻璃中的传播时间较长 D. 用同一双缝干涉实验装置做实验， a 光的相邻两明条纹之间的距离大 E. 用同一衍射实验装置做实验， b 光的衍射条纹宽度相等且比 a 光的 宽 图 10 ACD 解析　 由 光路图可知， a 光在玻璃中的偏折程度较小，即玻璃对 a 光的折射率较小，选项 A 正确； 用同一衍射实验装置做实验， a 光衍射比 b 光明显，且衍射条纹宽度不相等，选项 D 正确， E 错误 . (2) 如图 11 ，一列简谐横波沿 x 轴传播，实线为 t 1 ＝ 0 时刻的波形图，虚线为 t 2 ＝ 0.05 s 时的波形图 . 图 11 ① 若波沿 x 轴正方向传播且 2 T < t 2 － t 1 <3 T ( T 为波的周期 ) ，求波速； 答案　 220 m/s 　 解析　 波沿 x 轴 正向传播 ，由图象可知： λ ＝ 4 m ； ② 若波速 v ＝ 260 m/s ，则从 t 1 ＝ 0 时刻起 x ＝ 2 m 处的质点第三次运动到波谷所需的时间 . 解析　 若波速 v ＝ 260 m/s ， 物理光学与机械波的组合 题型：选择或者计算题： 5 年 0 考 高考题型 3 例 3 　 (2019· 福建福州市期末质量检测 )(1) 如图 12 所示，半圆形玻璃砖按图中实线位置放置，直径与 BD 重合 . 一束白光沿着半圆形玻璃砖的半径从圆弧面垂直 BD 射到圆心 O 点上 . 使玻璃砖绕 O 点逆时针缓慢地转过角度 θ (0°< θ <90°) ，观察到折射光斑和反射光斑在弧形屏上移动 . 在玻璃砖转动过程中，以下说法正确的是 ________. A. 在弧形屏上可以观察到反射光的色散现象 B. 在弧形屏上可以观察到折射光的色散现象 C. 红光在玻璃砖中传播速度最小 D. 折射光斑在弧形屏上沿顺时针方向移动 E. 玻璃砖旋转过程弧形屏上最先消失的一定是紫 光 图 12 BDE (2) 让一根均匀软绳的绳端 M 点在垂直于软绳的方向上做简谐运动，软绳上会形成横波波形，如图 13 甲所示 . 已知软绳端点 M 的振动图象如图乙 . 观察发现，当 t ＝ 1 s 时，软绳上各点都已经开始振动 . 在 t ＝ 1.1 s 时刻， M 、 N 平衡位置之间只有一个波峰，且 N 点处在平衡位置， M 、 N 两点平衡位置之间距离 d ＝ 0.6 m. 求： 图 13 ① 波长和传播速度； 答案　 见解析 解析　 由 题图乙可知，波传播的周期 T ＝ 0.2 s ，在 t ＝ 1.1 s 时， M 点处于平衡位置且振动方向向上 . 由题意知，有两种可能 ② 从端点 M 起振开始计时，绳上 N 点第五次运动到波峰位置的时间 . 答案　 见解析 解析　 由题图乙可知， t ＝ 0 时， M 点振动方向向下， 拓展训练 5 　 (2019· 湖北恩施州教学质量检测 ) (1) 下列说法正确的是 ________. A. 全息照相主要是利用了光的干涉 B. 单反相机的增透膜利用了光的偏振 C. 用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉 D. 障碍物的尺寸比光的波长大得多时，一定不会发生衍射现象 E. 人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的单缝衍射图样 ACE (2) 如图 14 所示为一列简谐横波沿 x 轴传播在 t ＝ 0 时刻的波形图，图中 P 、 Q 为平衡位置分别为 x 1 ＝ 6 m 、 x 2 ＝ 10 m 的两个质点，质点 P 的振动方程为 y ＝ 0.2cos 2π t (m) ，质点 Q 从 t ＝ 0 时刻开始，经过 第一次 到达波峰 . 求： 图 14 ① 这列波传播的方向及传播的速度； 答案　 见解析 解析 　 由质点的振动方程 y ＝ 0.2cos 2π t (m) 可知： 由此判断波沿 x 轴负方向传播； ② x 3 ＝ 24 m 处的质点在 t ＝ s 时的位移及振动的方向 . 答案　 见解析 解析 　 由 波的传播方向及质点的振动方向的关系可知， x ＝ 24 m 处的质点在 t ＝ 0 时刻在平衡位置沿 y 轴正方向振动； 因此 x ＝ 24 m 处的质点的振动方程为 y ＝ 0.2sin 2π t (m) ， 3-4 模块实验 题型：选择或者计算题： 5 年 1 考 高考题型 4 例 4 　 (2019· 全国卷 Ⅱ ·34) (1) 如图 15 ，长为 l 的细绳下方悬挂一小球 a ，绳的另一端固定在天花板上 O 点处，在 O 点正 下方 l 的 O ′ 处有一固定细铁钉 . 将小球向右拉开，使细绳与竖直方向成一小角度 ( 约为 2°) 后由静止释放，并从释放时开始计时 . 当小球 a 摆至最低位置时，细绳会受到铁钉的阻挡 . 设小球相对于其平衡位置的水平位移为 x ，向右为正 . 下列图像中，能描述小球在开始一个周期内的 x － t 关系的是 ______. 图 15 A 由机械能守恒定律可知，小球在左、右最大位移处距离最低点的高度相同，但由于摆长不同，所以小球在左、右两侧摆动时相对平衡位置的最大水平位移不同，当小球在右侧摆动时，最大水平位移较大，故 A 项正确 . (2) 某同学利用图 16 所示装置测量某种单色光的波长 . 实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹 . 回答下列问题 ： ① 若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可 ________ ； A. 将单缝向双缝靠近 B. 将屏向靠近双缝的方向移动 C. 将屏向远离双缝的方向移动 D. 使用间距更小的双 缝 图 16 需要减小双缝到屏的距离 l 或增大双缝间的距离 d ，故 B 项正确， A 、 C 、 D 项错误 . B ② 若双缝的间距为 d ，屏与双缝间的距离为 l ，测得第 1 条暗条纹到第 n 条暗条纹之间的距离为 Δ x ，则单色光的波长 λ ＝ ________ ； ③ 某次测量时，选用的双缝的间距为 0.300 mm ，测得屏与双缝间的距离为 1.20 m ，第 1 条暗条纹到第 4 条暗条纹之间的距离为 7.56 mm. 则所测单色光的波长为 _____ nm( 结果保留 3 位有效数字 ). 630 解析　 将 已知条件代入公式解得 λ ＝ 630 nm. 拓展训练 6 　 (2019· 北京市东城区上学期期末 ) 在单摆测定重力加速度的实验中： (1) 实验时先用 20 分度的游标卡尺测量摆球直径，示数如图 17 甲所示，该摆球的直径 d ＝ ________ mm. 14.15 图 17 解析　 由 题图甲所示游标卡尺可知，游标尺是 20 分度的，游标尺的精度是 0.05 mm ，主 尺示数是 14 mm ，游标尺示数是 3 × 0.05 mm ＝ 0.15 mm ，摆 球的直径为： d ＝ 14 mm ＋ 0.15 mm ＝ 14.15 mm ； (2) 接着测量了摆线的长度为 l 0 ，实验时用拉力传感器测得摆线的拉力 F 随时间 t 变化的图象如图乙所示，写出重力加速度 g 与 l 0 、 d 、 t 0 的关系式： g ＝ ___________. (3) 某小组改变摆线长度 l 0 ，测量了多组数据 . 在进行数据处理时，甲同学把摆线长 l 0 作为摆长，直接利用公式求出各组重力加速度值再求出平均值：乙同学作出 T 2 － l 0 图象后求出斜率，然后算出重力加速度 . 两同学处理数据的方法对结果的影响是：甲 ________ ，乙 ________.( 选填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 无影响 ” ) 偏小 无影响 甲同学把摆线长 l 0 作为摆长，摆长小于实际摆长， 由此可见， T 2 与 l 0 成正比， k 是比例常数，摆长偏大还是偏小不影响图象的斜率 k ， 因此 摆长偏小不影响重力加速度的测量值 . 本课结束