2020届二轮复习专题八　选修4课件（27张）（江苏专用） 27页

专题八　选修 3-4 一、简谐运动、几何光学 1.振动 (1)单摆的回复力是重力的切向分力,或合力在切向的分力。单摆周期 T =2π   。 (2)阻尼振动的振幅尽管在减小,但其振动周期(频率)不变,它是由振动系统决 定的。 (3)稳定时,受迫振动的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率),与物体的固 有频率无关。共振条件: f 驱 = f 固 。 (1) n =   。 (2) n =   ( c 为光速, v 为光在介质中的速度)。 3.全反射的条件及临界角公式 (1)全反射的条件:光从光密介质进入光疏介质,入射角大于或等于临界角。 (2)临界角公式:sin C =   。 2.必须掌握折射率的两个公式 例1     (2019江苏单科,13B,12分)(1)一单摆做简谐运动,在偏角增大的过程中, 摆球的 　　　     。 A.位移增大　　    B.速度增大 C.回复力增大　　    D.机械能增大 (2)将两支铅笔并排放在一起,中间留一条狭缝,通过这条狭缝去看与其平行 的日光灯,能观察到彩色条纹,这是由于光的 　　　     (选填“折射”“干 涉”或“衍射”)。当缝的宽度 　　　     (选填“远大于”或“接近”)光波 的波长时,这种现象十分明显。 (3)如图所示,某L形透明材料的折射率 n =2。现沿 AB 方向切去一角, AB 与水平 方向的夹角为 θ 。为使水平方向的光线射到 AB 面时不会射入空气,求 θ 的最大 值。   答案 　(1)AC　(2)衍射　接近　(3)60 ° 解析 　(1)做简谐运动的单摆在偏角增大过程中距平衡位置的位移 x 增大,速 度减小,选项A正确,选项B错误。回复力 F =- kx ,随 x 增大,回复力增大,选项C正 确。单摆在摆动过程中悬线拉力不做功,故摆球机械能守恒,选项D错误。 (2)两支铅笔并排放在一起,中间留有一条狭缝,光发生单缝衍射。由发生明 显衍射的条件可知,当障碍物的尺寸与光的波长相接近时衍射现象十分明显。 (3)为使光射到 AB 面时不射入空气,故光在 AB 面发生全反射,由sin C =   ,且 C + θ =90 ° ,得 θ =60 ° 二、光的干涉、衍射、多普勒效应 1.干涉加强点和减弱点的判断 (1)干涉条件:频率相同、相位差恒定。 (2)加强、减弱点形成条件 Δ r = kλ ( k =0、1、2、3、 … )振动加强; Δ r =(2 k +1)   ( k =0、1、2、3、 … )振动减弱。 (3)稳定干涉中,振动加强区内各质点的振动位移不一定比减弱区内各质点的 振动位移大(振动加强区内各质点的振幅比减弱区内各质点的振幅大)。 2.双缝干涉相邻亮条纹间距Δ x =   λ 。 3. 区分光的干涉、衍射和色散 (1) 白光发生光的干涉、衍射和光的色散时都可出现彩色条纹 , 但出现彩色条 纹的本质不相同 , 干涉和衍射是光的波长不同引起的干涉条纹间距、衍射明 显程度不同的缘故 , 而光的色散是在同一种介质中波速不同、折射率不同造 成的。 (2) 区分干涉和衍射 , 关键是理解其本质 , 实际应用中可从条纹宽度、条纹间 距、亮度等方面加以区分。 4. 多普勒效应 当波源与观察者相互靠近时 , 观察者接收到的频率变大 , 当波源与观察者相互 远离时,观察者接收到的频率变小。 例2     (2018江苏南通高三上学期一调)下列关于波的说法中符合实际的有      　　     。 A.电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 B.根据多普勒效应可以算出宇宙中的星球靠近或远离地球的速度 C.可见光和医院“B超”中的超声波在空气中的传播速度相同 D.电磁波和声波均能产生干涉、衍射、反射和折射现象 (2) 如图所示 , 两列频率相同、传播方向相互垂直的平面波在空间相遇发生干 涉 , 它们的振幅均为 A , 图中实线表示波峰 , 虚线表示波谷 , e 是 a 、 d 连线的中点 , 则 e 处质点振动 　　　     ( 选填“加强”“减弱”或“不振动” ), d 处质点的 振幅为 　　　　　　　     。   (3) 反光膜是一种广泛用于道路交通标志的材料 , 基本结构如图所示 , 光照射到反光膜的玻璃珠上时 , 经折射后射到反射层反射 , 最终平行于原入射方向反向射出玻璃珠 , 玻璃珠是半径为 R 的均匀球体 , AB 是入射光线 , 其出射光线与光线 AB 的间距为   R 。 ①请作出光线 AB 从射入到射出玻璃珠的完整光路图。 ②求玻璃球的折射率 n 。   答案 　(1)BD　(2)加强　2 A 　(3)见解析 解析 　(1)常用红外线作为脉冲信号来遥控电视,故A项错误;由于波源与接收 者的相对位移的改变,而导致接收者接收频率变化的现象,称为多普勒效应, 所以根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度,故B项正确; 可见光传播的速度是光速,超声波在空气中的传播速度是声速,两者传播的速 度是不相等的,故C项错误;干涉、衍射、反射和折射现象都是波的特性,电磁 波和声波均能产生干涉、衍射、反射和折射现象,故D项正确。 (2)据题中干涉图样可知, d 处质点是两列波波峰与波峰叠加,而 a 点是波谷与 波谷叠加的地方,均处于振动加强,则 e 点也是振动加强点;两列波振幅均为 A , d 处质点的振幅为2 A 。 (3)①光路图如图所示   ②设射入 B 点光线的入射角为 θ 1 ,折射角为 θ 2 ,则 sin θ 1 =   , θ 1 =2 θ 2 由折射定律有 n =   解得 n =   三、机械波、光的波动性、电磁波 1.机械波 (1)每一质点都以它的平衡位置为中心做简谐运动;后一质点的振动总是落后 于带动它的前一质点的振动。 (2)波只是传播运动形式(振动)和振动能量,介质中各质点并不随波迁移。 (3)波的频率由波源决定,波的传播速度由介质决定, v =   =   = λf 。 2.光的波动性 3.电磁波的特点: ①横波;②传播不需要介质;③具有波的共性;④真空中的速 度 c =3 × 10 8 m/s。 例3     (2018江苏单科,12B,12分)(1)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 (2)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。 (3)一列简谐横波沿 x 轴正方向传播,在 x =0和 x =0.6 m处的两个质点 A 、 B 的振 动图像如图所示。已知该波的波长大于0.6 m,求其波速和波长。   答案 　(1)AD　(2) A      A 　(3)2 m/s　0.8 m 解析 　(1)电磁波为横波,电磁波的传播不需要介质,可以向周围各个方向传 播,真空中传播速度最大, c =3.0 × 10 8 m/s,在空气中的传播速度与真空中的传播 速度近似相等,故A、D正确,B、C错误。 (2)光的波长越大,对应同一介质的折射率越小,由临界角公式sin C =   可知, A 光的临界角较大。进行杨氏双缝干涉实验时,相邻两条亮纹或暗纹间的距离 Δ x =   λ ,同一装置中, L 和 d 为定值,则 λ 越大,Δ x 越大,所以 A 光的条纹间距较大。 (3)由题中图像可知,周期 T =0.4 s 　　由于波长大于0.6 m,由图像可知,波从 A 到 B 的传播时间Δ t =0.3 s 　　波速 v =   ,代入数据得 v =2 m/s 波长 λ = vT ,代入数据得 λ =0.8 m 四、相对论、质能方程 1.相对论 (1)理解并记住狭义相对论的两个基本假设 ①狭义相对性原理:在不同的惯性系中,一切物理规律都是相同的。 ②光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。 (2)理解并记住时间的相对性 ①同时的相对性——运动参考系中同时发生的两个事件,静止参考系中的人 认为不同时,“后面”的事件先发生;静止参考系中同时发生的两个事件,运 动参考系中的人认为不同时,“前面”的事件先发生。 ②动钟变慢:从地面上观察高速列车上的时间进程变慢了;同理,高速列车中 的观察者测定地面上的时间进程也变慢了。 (3)动尺变短:车上的观察者用车上的尺测定车上木棒的长度为 l 0 ,地面观察者 用地面上的尺测定车上木棒的长度为 l ,可以推出: l < l 0 。长度缩短效应只发生 在相对运动的方向上,与此垂直的方向上无长度缩短效应。 2.爱因斯坦质能方程 E = mc 2 表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系,一定的质量总是和 一定的能量相对应。Δ E =Δ mc 2 表明物体吸收和放出能量时,必伴随着质量的 增加或减少。 例4     (2019江苏南通、徐州七市二调)(1)超声波是一种频率高于20 000赫兹 的声波,波长很短,只有几厘米,甚至千分之几毫米,它的方向性好,穿透能力强, 易于获得较集中的声能,在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。关于 超声波,下列说法中正确的有 　　　     。 A.由于高频率超声波波长很短,衍射本领很差,在均匀介质中能够沿直线传播 B.空气中超声波的传播速度远大于普通声波的传播速度 C.当超声波在介质中传播时,介质参与振动的频率等于超声波频率 D.用超声波测血液流速,超声波迎着血液流动方向发射,血液流速越快,仪器 接收到的反射回波的频率越低 (2)如图所示,宇航飞行器以接近光速的速度经过地球。宇航舱内点光源 S 与 前壁 M 和后壁 N 距离都是 L 。某时刻光源 S 发出一个闪光,宇航舱内仪器观测 到 M 、 N 同时接收到光信号,则地面观测站观测到闪光 　　　     (填“是”或 “不是”)同时到达 M 、 N ;地面观测站观测到宇航舱前后壁间距离 　　　     (填“>”“=”或“<”)2 L 。   (3)测量两面平行玻璃砖折射率的装置如图所示,带圆孔的遮光板 N 和光屏 M 平行放置, O 点为圆孔的圆心, OO '连线垂直于光屏 M ,在 OO '连线的延长线上放 置一个点光源 S , S 到光屏 M 的距离 H =20 cm,此时测得光屏 M 上圆形光斑半径 r 1 =20 cm。将厚度 d =10 cm、足够长的玻璃砖贴着 N 板放置,此时测得光屏 M 上 圆形光斑半径为 r 2 =15 cm。 ①求玻璃砖的折射率 n 。 ②若将玻璃砖沿 OO '连线向光屏 M 平移一小段距离,说明折射后落在光屏 M 上 圆形光斑的大小有无变化。   答案　 (1)AC　(2)不是　<　(3)①   　②见解析 解析 　(1)高频率超声波的波长短,其衍射本领弱,在均匀介质中能沿直线传 播,A正确;声波的传播速度由介质决定,与声波的频率无关,B错误;波传播的 是振动的形式和能量,介质中各点做的都是受迫振动,其振动频率由波源的频 率决定,C正确;根据多普勒效应,当超声波迎着血液流动方向发射,血液流速 越快,仪器接收到的反射回波的频率越高,D错误。 (2)宇航舱内的观察者以宇航舱为参考系,光源离宇航舱前壁与后壁的距离相 等,光的速度不变,故 M 、 N 同时接收到光信号,而地面观测者以地面为参考系, 虽然光速相等,但是从光源到达 M 、 N 通过的路程不等,所以观测站观测到闪 光不是同时到达 M 、 N ;根据狭义相对论可知,宇航舱以接近光速的速度经过 地球时,地面观测到宇航舱前后壁间距离小于2 L 。 (3)①设射入玻璃砖光线入射角的最大值为 θ 1 ,对应的折射角为 θ 2 ,则 sin θ 1 =   ,因 d =   ,根据几何关系有 sin θ 2 =   由折射定律有 n =   代入数据解得 n =   ②前、后两次光通过玻璃砖的侧位移相同,则光斑大小无变化。