专题十一--振动和波、光学课件

专题十一振动和波、光学（选修专题十一振动和波、光学（选修3-43-4）抓抓基基础础探探技技法法研研考考向向提提能能力力抓基础探技法研考向提能力返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回备考方向要明了备考方向要明了主要问题主要问题机械振动和机械波；机械振动和机械波；光的传播、光的波动性光的传播、光的波动性主要考点主要考点简谐运动的特点；简谐运动的特点；机械波的形成和传播规律；机械波的形成和传播规律；振动振动图像和波动图像；图像和波动图像；光的折射和全反射；光的折射和全反射；光的干涉、衍光的干涉、衍射、偏振现象射、偏振现象主要方法主要方法简谐运动的周期性；简谐运动的周期性；波的传播方向和质点振动方向的波的传播方向和质点振动方向的判断方法；判断方法；波的周期性和多解性波的周期性和多解性备考方向要明了主要问题机械振动和机械波；光的传播、光返回返回主要策主要策略略复习时既要重视对基本概念和规律的理解，又要复习时既要重视对基本概念和规律的理解，又要重视知识点间的相互联系。注意把机械波的规律重视知识点间的相互联系。注意把机械波的规律与光学知识相结合理解，相对论知识只需知道其与光学知识相结合理解，相对论知识只需知道其基本概念，不必深究基本概念，不必深究主要策略复习时既要重视对基本概念和规律的理解，又要重视知识点返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回一、简谐运动的重要特征一、简谐运动的重要特征1简谐运动的对称性简谐运动的对称性(1)振动质点在关于平衡位置对称的两点，振动质点在关于平衡位置对称的两点，x、F、a、v、Ek、Ep的大小均相等，其中回复力的大小均相等，其中回复力F、加速度、加速度a与位移与位移x的方向的方向相反，而相反，而v与位移与位移x的方向可能相同，也可能相反。的方向可能相同，也可能相反。一、简谐运动的重要特征返回返回(2)振动质点来回通过相同的两点间的时间振动质点来回通过相同的两点间的时间 相等，则相等，则tBCtCB，质点经过关于平衡位，质点经过关于平衡位 置对称的等长的两线段时间相等，即置对称的等长的两线段时间相等，即Tbc 图图111 tBC，如图，如图111所示。所示。专题十一-振动和波、光学课件返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回二、机械波二、机械波1波长、波速和频率波长、波速和频率(1)波长波长：反映了波动在空间上的周期性，即沿波的传播方向：反映了波动在空间上的周期性，即沿波的传播方向 相隔相隔n的两质点振动情况的两质点振动情况(位移、速度、加速度位移、速度、加速度)完全相同。完全相同。(2)波速：在同一种均匀介质中同一类机械波波速是一恒量，波速：在同一种均匀介质中同一类机械波波速是一恒量，它只与介质有关，与波的频率无关。但电磁波的波速既与它只与介质有关，与波的频率无关。但电磁波的波速既与 介质有关，还与频率有关。介质有关，还与频率有关。(3)频率：波的频率，即波源振动的频率，只与波源有关，与频率：波的频率，即波源振动的频率，只与波源有关，与介质无关。介质无关。(4)关系式：关系式：vf。二、机械波返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回三、振动图像与波动图像的比较三、振动图像与波动图像的比较振动图像振动图像波动图像波动图像研究对象研究对象某振动质点某振动质点所有质点所有质点研究内容研究内容某质点位移随时间的变某质点位移随时间的变化规律化规律某时刻所有质点的空某时刻所有质点的空间分布规律间分布规律图象图象物理意义物理意义某质点在各时刻的位移某质点在各时刻的位移 某时刻各质点的位移某时刻各质点的位移三、振动图像与波动图像的比较振动图像波动图像研究对象某振动质返回返回振动图像振动图像波动图像波动图像图像变图像变化化随时间推移，图像延随时间推移，图像延续，但已有形状不变续，但已有形状不变随时间推移，图像沿传播方向随时间推移，图像沿传播方向平移平移一完整一完整曲线曲线表示一个周期表示一个周期表示一个波长表示一个波长图像信图像信息息(1)振动周期振动周期(2)振幅振幅(3)各时刻质点的位移各时刻质点的位移(4)各时刻质点速度及各时刻质点速度及加速度的方向加速度的方向(1)波长、振幅波长、振幅(2)任意质点在此时刻的位移任意质点在此时刻的位移(3)任意质点在此时刻加速度方任意质点在此时刻加速度方向向(4)传播方向、振动方向的互判传播方向、振动方向的互判振动图像波动图像图像变化随时间推移，图像延续，但已有形状不变返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回(2)薄膜干涉。薄膜干涉。形成：由透明薄膜前后表面反射的光叠加而成。形成：由透明薄膜前后表面反射的光叠加而成。(薄膜薄膜一般指肥皂膜或空气膜等一般指肥皂膜或空气膜等)条纹特点：彼此平行的亮暗相间条纹。若白光入射，条纹特点：彼此平行的亮暗相间条纹。若白光入射，得到平行的彩色条纹。得到平行的彩色条纹。应用：增透膜，其厚度至少为光在薄膜中波长的四分应用：增透膜，其厚度至少为光在薄膜中波长的四分之一；检查工件表面的平整度。之一；检查工件表面的平整度。(2)薄膜干涉。返回返回5光的衍射光的衍射6光的偏振光的偏振光的偏振证明了光是一种横波。光的偏振证明了光是一种横波。衍射名称衍射名称现象现象特点特点单缝衍射单缝衍射屏上出现明暗相屏上出现明暗相间的条纹间的条纹狭缝越窄，衍射现象越明狭缝越窄，衍射现象越明显，图样越暗显，图样越暗圆孔衍射圆孔衍射屏上出现明暗相屏上出现明暗相间的圆环间的圆环圆环远远超过孔的直线照圆环远远超过孔的直线照明范围明范围圆板衍射圆板衍射圆板阴影中心有圆板阴影中心有一亮斑一亮斑泊松亮斑泊松亮斑5光的衍射衍射名称现象特点单缝衍射屏上出现明暗相间的条返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回内容内容图像图像上下上下坡法坡法图像上沿波的传播方向，图像上沿波的传播方向，“上坡上坡”时质点向下振动，时质点向下振动，“下坡下坡”时质点向上振动时质点向上振动同侧同侧法法波形上某点表示传播方向和波形上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧振动方向的箭头在图线同侧微平微平移法移法将波形图沿传播方向进行微将波形图沿传播方向进行微小平移，再由小平移，再由x轴上某一位置轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定的两波形曲线上的点来判定内容图像上下坡法图像上沿波的传播方向，“上坡”时质点向下返回返回1如图如图112所示为一列在均匀介质中所示为一列在均匀介质中传播的简谐横波在某时刻的波形图，传播的简谐横波在某时刻的波形图，波速为波速为2 m/s，此时，此时P点振动方向沿点振动方向沿y轴负方向，则轴负方向，则 ()图图112A该波传播的方向沿该波传播的方向沿x轴正方向轴正方向BP点的振幅比点的振幅比Q点的小点的小C经过经过t4 s，质点，质点P将向右移动将向右移动8 mD经过经过t4 s，质点，质点Q通过的路程是通过的路程是0.4 m1如图112所示为一列在均匀介质中返回返回答案：答案：AD解析：解析：由由P点振动方向沿点振动方向沿y轴负方向可判断该波传播的方轴负方向可判断该波传播的方向沿向沿x轴正方向，选项轴正方向，选项A正确；均匀介质中传播的简谐横正确；均匀介质中传播的简谐横波各质点振幅相同，因此选项波各质点振幅相同，因此选项B错误；各质点只在自己的错误；各质点只在自己的平衡位置附近振动，并没有随波移动，而且平衡位置附近振动，并没有随波移动，而且t4 s2T，路程，路程s8A0.4 m，选项，选项C错，错，D对。对。答案：AD解析：由P点振动方向沿y轴负方向可判断该波传播的返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回 波动问题的一个显著特点是多解性，波的多解问题一直波动问题的一个显著特点是多解性，波的多解问题一直是高考的热点。造成波的多解的主要因素有：是高考的热点。造成波的多解的主要因素有：1波的空间周期性波的空间周期性xnx0(n0,1,2，)的质点振动情况相同。的质点振动情况相同。2波的时间周期性波的时间周期性tkTt0(k0,1,2，)时的波的图像与时的波的图像与t0时刻的图像相同。时刻的图像相同。波动问题的一个显著特点是多解性，波的多解问题一返回返回3波传播方向的双向性波传播方向的双向性波既可以沿波既可以沿x轴正方向传播，也可以沿轴正方向传播，也可以沿x轴负方向传播。轴负方向传播。4波的对称性波的对称性波源的振动，要带动它左、右相邻质点的振动，波要向左、波源的振动，要带动它左、右相邻质点的振动，波要向左、右两方向传播，对称性是指波在介质中向左、右同时传播右两方向传播，对称性是指波在介质中向左、右同时传播时，关于波源对称的左右两质点振动情况完全相同。时，关于波源对称的左右两质点振动情况完全相同。3波传播方向的双向性返回返回2如图如图113所示，实线为某介质中所示，实线为某介质中t0时刻时刻的一列简谐横波的波形，虚线为的一列简谐横波的波形，虚线为t时的波时的波形，形，OB间距离间距离1.5。则如何确定这列波。则如何确定这列波的波速和波的传播方向？的波速和波的传播方向？图图1132如图113所示，实线为某介质中t0时刻返回返回答案：答案：见解析见解析答案：见解析返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回命题视角命题视角1 如图如图114所示，图甲为一列沿所示，图甲为一列沿x轴传播的简谐波在轴传播的简谐波在t0.1 s时刻的波形。图乙表示该波传播的介质中时刻的波形。图乙表示该波传播的介质中x2 m处的质点处的质点a从从t0时起的振动图像。则时起的振动图像。则()图图114命题视角1返回返回A波沿波沿x轴正方向传播轴正方向传播B波传播的速度为波传播的速度为20 m/sCt0.25 s时，时，x4 m处的质点处的质点b的加速度沿的加速度沿y轴负方向轴负方向Dt0.25 s时，质点时，质点a的加速度沿的加速度沿y轴负方向轴负方向A波沿x轴正方向传播返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回命题视角命题视角2 一列简谐横波以一列简谐横波以10 m/s的速度沿的速度沿x轴正方向传播，轴正方向传播，t0时刻这列波的波形时刻这列波的波形如图如图115所示。则所示。则a质点的振动图像为质点的振动图像为图图116中的中的 ()图图115图图116命题视角2图116返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回冲关锦囊冲关锦囊分析波动图像与振动图像问题的思路分析波动图像与振动图像问题的思路(1)分清振动图像与波动图像。横坐标为分清振动图像与波动图像。横坐标为x则为波动图像，横坐则为波动图像，横坐标为标为t则为振动图像。则为振动图像。(2)看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。(3)根据振动图像确定某一质点在波形图中某一时刻的振动方根据振动图像确定某一质点在波形图中某一时刻的振动方向，再由波形图判断波的传播方向。向，再由波形图判断波的传播方向。冲关锦囊返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回命题视角命题视角1一列横波沿一列横波沿x轴传播，传播方向未知。轴传播，传播方向未知。t时刻时刻与与t0.4 s时刻波形相同，两时刻在时刻波形相同，两时刻在x轴上轴上3 m3 m的区间内的波形如图的区间内的波形如图117所示。所示。由图像可以判定由图像可以判定 ()图图117该波最大速度为该波最大速度为10 m/s在在t0.2 s时，时，x3 m的质点位的质点位移为零移为零质点振动周期的最大值为质点振动周期的最大值为0.4 s若波沿若波沿x轴正轴正方向传播，各质点刚开始振动时的方向向上。上述说法中正方向传播，各质点刚开始振动时的方向向上。上述说法中正确的是确的是 ()A BC D命题视角1返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回命题视角命题视角2 一列简谐横波在一列简谐横波在t0时刻的波形如图时刻的波形如图118中的实线所中的实线所示，示，t0.02 s时刻的波形如图中虚线所示。若该波的周期时刻的波形如图中虚线所示。若该波的周期T大于大于0.02 s，则该波的传播速度可能是，则该波的传播速度可能是 ()图图118A2 m/s B3 m/sC4 m/s D5 m/s命题视角2返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回冲关锦囊冲关锦囊波的多解问题的求解策略波的多解问题的求解策略 解决波的多解问题的一般思路是采用从特殊到一般的思维解决波的多解问题的一般思路是采用从特殊到一般的思维方法，仔细分析是哪种情况引起的多解，一般来说有下列几种方法，仔细分析是哪种情况引起的多解，一般来说有下列几种情况：情况：(1)如果是由于时间的周期性，则应写出时间与周期的关系式；如果是由于时间的周期性，则应写出时间与周期的关系式；(2)如果是由于波形的周期性，则写出距离与波长的关系式；如果是由于波形的周期性，则写出距离与波长的关系式；(3)如果是由于双向性，则应分两种情况进行讨论。如果是由于双向性，则应分两种情况进行讨论。对于有限制条件的问题，要在解出通式以后再限制解，这样可对于有限制条件的问题，要在解出通式以后再限制解，这样可避免漏解。避免漏解。冲关锦囊返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回命题视角命题视角1 (2011新课标全国卷新课标全国卷)一半圆柱形透明一半圆柱形透明物体横截面如图物体横截面如图119所示，底面所示，底面AOB镀镀银银(圆中粗线圆中粗线)，O表示半圆截面的圆心。表示半圆截面的圆心。一束光线在横截面内从一束光线在横截面内从M点入射，经过点入射，经过 图图119AB面反射后从面反射后从N点射出。已知光线在点射出。已知光线在M点的入射角为点的入射角为30，MOA60，NOB30。求。求(1)光线在光线在M点的折射角；点的折射角；(2)透明物体的折射率。透明物体的折射率。命题视角1返回返回规范解题规范解题(1)如图如图1110，透明物体内部的光路为折线，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面点相对于底面EF对称，对称，Q、P和和N三点共线。设三点共线。设在在M点处，光的入射角为点处，光的入射角为i，折射角为，折射角为r，OMQ，PNF。根据题意有。根据题意有30由几何关系得，由几何关系得，PNOPQOr，于是，于是r60且且r 图图1110由由式得式得r15规范解题(1)如图1110，透明物体内部的光路为折线返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回专题十一-振动和波、光学课件返回返回自主尝试自主尝试由反射定律和折射定律，准确作出由反射定律和折射定律，准确作出光路图，当在玻璃界面的入射角小于光路图，当在玻璃界面的入射角小于45时便有光时便有光线射入空气了。线射入空气了。自主尝试由反射定律和折射定律，准确作出光路图，当在玻璃返回返回答案答案(1)45光路图见自主尝试光路图见自主尝试(2)2.1108 m/s答案(1)45光路图见自主尝试(2)2.110返回返回冲关锦囊冲关锦囊光的折射和全反射问题的解题技巧光的折射和全反射问题的解题技巧(1)在解决光的折射问题时，应根据题意分析光路，即画出在解决光的折射问题时，应根据题意分析光路，即画出光路图，找出入射角和折射角，然后应用公式来求解，光路图，找出入射角和折射角，然后应用公式来求解，找出临界光线往往是解题的关键。找出临界光线往往是解题的关键。(2)发生全反射时，光必须是由光密介质进入光疏介质且入发生全反射时，光必须是由光密介质进入光疏介质且入射角等于或大于临界角。若不符合全反射的条件，则要射角等于或大于临界角。若不符合全反射的条件，则要由折射定律和反射定律确定光的传播情况。由折射定律和反射定律确定光的传播情况。(3)在处理光的折射和全反射类型的题目时，根据折射定律在处理光的折射和全反射类型的题目时，根据折射定律及全反射的条件准确作出几何光路图是基础，利用几何及全反射的条件准确作出几何光路图是基础，利用几何关系、折射定律是关键。关系、折射定律是关键。冲关锦囊返回返回点击下图进入点击下图进入点击下图进入