2019版高考物理二轮复习 专题七 选考模块 第2讲 振动和波 光学课件.ppt

第2讲振动和波光学 网络构建 要点必备 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 sinC 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 r 暗条纹 振动减弱区 r k 0 1 2 3 3 光的干涉条纹特点 明暗相间 条纹间距 x Asin t d k 1 2 3 1 2018全国 卷 1 多选 一列简谐横波沿x轴正方向传播 在t 0和t 0 20s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 20s 下列说法正确的是 A 波速为0 40m sB 波长为0 08mC x 0 08m的质点在t 0 70s时位于波谷D x 0 08m的质点在t 0 12s时位于波谷E 若此波传入另一介质中其波速变为0 80m s 则它在该介质中的波长为0 32m 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 2cm EF 1cm 求三棱镜的折射率 不考虑光线在三棱镜中的反射 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 16m 由于周期T 0 20s 因此在0 20s时间内波向x轴正方向传播只能是0 5 所以周期为0 40s 波速为v 0 40m s A对 B错 0 7s 1 75T 0 12s 0 3T t 0时刻位于0 08m处的质点向上振动 0 70s后处于波谷位置 0 12s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 v T 0 32m E选项正确 1 2 3 2 过D点作AB边的法线NN 连接OD 则 ODN 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 如图所示 根据折射定律有nsin sin 式中n为三棱镜的折射率 由几何关系可知 60 EOF 30 在 OEF中有EF OEsin EOF 由 式和题给条件得OE 2cm 根据题给条件可知 OED为等腰三角形 有 30 由 式得n 1 2 3 2 2017全国 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S1 0 4 和S2 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 00m 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 1 2 3 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2R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 6R 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 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 1 2 3 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 1 2 3 1 2 3 3 2016全国 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 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10cm O和A是介质中平衡位置分别位于x 0和x 5cm处的两个质点 t 0时开始观测 此时质点O的位移为y 4cm 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 1s时 质点A第一次回到平衡位置 求 简谐波的周期 波速和波长 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 Acos t 把时间和位移代入即可求得 1 2 3 答案 1 ABC 2 4s7 5cm s30cm 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 1 2 3 1 2 3 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 考点一 考点二 考点三 机械振动与波 H 规律方法 考点一 考点二 考点三 典例1 2018全国 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 18m sx轴负方向 2 9cm 0 考点一 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 1 2018全国 卷 声波在空气中的传播速度为340m s 在钢铁中的传播速度为4900m 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 00s 桥的长度为m 若该声波在空气中的波长为 则它在钢铁中的波长为 的倍 考点一 考点二 考点三 2 多选 2017全国 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 5s时的波形 已知该简谐波的周期大于0 5s 关于该简谐波 下列说法正确的是 A 波长为2mB 波速为6m sC 频率为1 5HzD t 1s时 x 1m处的质点处于波峰E t 2s时 x 2m处的质点经过平衡位置 BCE 考点一 考点二 考点三 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 15m 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 60mB 0 30mC 0 20mD 0 15m 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 2n 1 0 15m n 1 2 3 当n 1时 0 30m 当n 2时 0 1m n增大时 减小 故A B C D四项中只有B正确 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 考点一 考点二 考点三 典例2 2018全国 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 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sini1 nsinr1 式中 n为棱镜的折射率 i1和r1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i2 r2 式中i2和r2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nsini3 sinr3 式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角 由几何关系得i2 r2 60 r1 i3 30 F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为 r1 i1 180 i2 r2 r3 i3 由 式得 60 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nsini2 nsinC nsini3 式中C是全反射临界角 满足nsinC 1 由 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 考点一 考点二 考点三 4 2018全国 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 考点一 考点二 考点三 5 2017全国 卷 2017全国 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 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ic时 对应入射光线到光轴的距离最大 设最大距离为l 考点一 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 6 2017全国 卷 一直桶状容器的高为2l 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 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i1 折射角为r1 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i2 折射角为r2 如图所示 设液体的折射率为n 由折射定律有nsini1 sinr1 nsini2 sinr2 由题意知r1 r2 90 考点一 考点二 考点三 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 x 分析 1 l d相同时 x 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 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 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 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 108m 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 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 A B 且 A 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AA解析波长 A B 则波的频率fA fB 波长越大 频率越小 则光波在水中发生全反射时临界角越大 在双缝干涉实验中 条纹间距 x 所以波长越长的光的条纹间距越大 考点一 考点二 考点三 9 多选 2017全国 卷 在双缝干涉实验中 用绿色激光照射在双缝上 在缝后的屏幕上显示出干涉图样 若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距 可选用的方法是 A 改用红色激光B 改用蓝色激光C 减小双缝间距D 将屏幕向远离双缝的位置移动E 将光源向远离双缝的位置移动 ACD 考点一 考点二 考点三 解析设双缝间的距离为d 屏幕离双缝间的距离为L 两相邻亮条纹的间距为 x 照射光的波长为 由可知 要增大两相邻条纹的间距 可以改用红光或减小双缝间距或将屏幕向远离双缝的位置移动 故选项A C D正确 选项B错误 将光源向远离双缝的位置移动 屏幕和双缝间的距离保持不变 所以两相邻亮条纹的间距不变 故选项E错误