2019版高考物理二轮复习 专题七 选考模块 第2讲 机械振动和机械波 光 电磁波课件.ppt

第2讲机械振动和机械波光电磁波 网络构建 1 机械振动和机械波 2 光电磁波 1 分析简谐运动的技巧 1 物理量变化分析 以位移为桥梁 位移增大时 振动质点的回复力 加速度 势能均增大 速度 动能均减小 反之 则产生相反的变化 2 矢量方向分析 矢量均在其值为零时改变方向 2 波的传播方向与质点的振动方向判断方法 1 上下坡 法 沿波的传播方向 上坡 时质点向下振动 下坡 时质点向上振动 2 同侧 法 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧 3 微平移 法 将波形沿传播方向进行微小的平移 再通过因波形平移引起质点的运动方向来确定 规律方法 3 几何光学临界问题的分析画出正确的光路图 从图中找出各种几何关系 利用好光路图中的临界光线 准确地判断出恰好发生全反射的临界条件 4 数学知识 1 平行线 三角形 圆等有关几何定理 2 三角函数知识 3 相似三角形的性质 4 勾股定理 5 正弦 余弦定理 5 数理转化几何光学的求解通常要画出临界光线与边界光线 用相关的几何知识与数学方法进行求解 典例1 2018 全国卷 34 1 5分 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 振动 或波动 与光的折射 全反射的组合 2 10分 如图1 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 图1 求出射光相对于D点的入射光的偏角 为实现上述光路 棱镜折射率的取值应在什么范围 2 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 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 典例2 2018 全国卷 34 1 5分 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2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 填正确答案标号 选对1个得2分 选对2个得4分 选对3个得5分 每选错1个扣3分 最低得分为0分 图2 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 2 10分 如图3 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 图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 1 1 5分 波源S在t 0时刻从平衡位置开始向上振动 形成向左 右两侧传播的简谐横波 S a b c和a b c 是沿波传播方向上的间距为1m的6个质点 t 0时刻各质点均处于平衡位置 如图4所示 已知波的传播速度为8m s 当t 0 125s时波源S第一次达最高点 则 填正确答案标号 选对1个得2分 选对2个得4分 选对3个得5分 每选错1个扣3分 最低得分为0分 图4 A 任意时刻质点c与质点c 振动状态完全相同B t 0 28s时质点a的速度正在减小C t 2 375s时质点b 处于波谷D 波传到c点时 质点c开始向上振动E 若波源S向距它40m的接收器匀速靠近 接收器接收到的频率将大于2Hz 图5 2 延长ab 过P作ab的垂线交于c 连接PS1与液面交点为O 设折射角为i1 入射角为i2 2 1 5分 在做 用单摆测定重力加速度 的实验中 下列说法正确的是 填正确答案标号 选对1个得2分 选对2个得4分 选对3个得5分 每选错1个扣3分 最低得分为0分 图6 A 用摆线长作为摆长 测出的重力加速度值会偏小B 在同质量的铝球和铜球中选择 应选择铝球作为摆球C 取单摆摆角小于5 进行实验 是为了减小实验的偶然误差D 摆球运动经过平衡位置时开始计时 用机械秒表测得经过40个周期的时间如图6所示 则此单摆周期为1 81sE 测量单摆振动40个周期的时间除以40算出的周期与直接测量振动1个周期的时间相比 是为了减小实验的偶然误差 图7 2 光线在介质中的光路图如图所示 3 1 5分 如图8所示 一列简谐横波沿x轴正方向传播 t 0时的波形如图所示 此时波刚好传到x 5m处的P点 t 1 2s时x 6m处Q点第一次有沿y轴正方向的最大速度 则以下说法正确的是 填正确答案标号 选对1个得2分 选对2个得4分 选对3个得5分 每选错1个扣3分 最低得分为0分 图8 图9 红光从哪些面射出 射出的光线在光屏上能接收到吗 如果能接收到 红光射到屏上的位置距A点的距离是多少 如果光屏能接收到红光 求红光从射入该材料砖到光屏接收到红光的时间 2 如图所示 光射向半圆形玻璃砖的圆心O时在半圆内不改变传播方向 射到AC边时入射角是30 说明全反射的临界角大于30 由此可知红光在AC面发生反射和折射 由几何关系可知反射光线垂直BA边射出 与光屏无交点 光的折射和全反射题型的分析思路 1 确定要研究的光线 有时需根据题意 分析 寻找临界光线 边界光线为研究对象 2 找入射点 确认界面 并画出法线 3 明确两介质折射率的大小关系 若光疏 光密 定有反射 折射光线 若光密 光疏 如果入射角大于或等于临界角 一定发生全反射 4 根据反射定律 折射定律列出关系式 结合几何关系 联立求解 充分考虑三角形 圆的特点 运用几何图形中的边角关系 三角函数 相似形 全等形等 仔细分析光传播过程中产生的几何关系 典例 2018 全国卷 34 1 5分 如图10 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 填 小于 等于 或 大于 60 光学基本知识与波动 或振动 的组合 图10 图11 波速及波的传播方向 质点Q的平衡位置的x坐标 1 1 5分 如图12所示 一束复色光射到三棱镜上 从三棱镜另一面射出两单色光A B 两种色光中折射率较小的是 如果增大入射角 则先发生全反射的是 如果A B两种光使用同一装置做双缝干涉实验 条纹间距较大的是 图12 2 10分 一列简谐波沿x轴正方向传播 该波在t 1 0s时的图象如图13甲所示 介质中质点P的振动图象如图乙所示 求 图13 该列简谐波的波速v 在0 10s时间内质点M的路程s和位移 2 1 5分 图示14为 用双缝干涉测光的波长 的实验装置 从左到右依次放置 光源 红色滤光片 遮光筒 光屏 下列说法正确的是 填正确答案标号 选对1个得2分 选对2个得4分 选对3个得5分 每选错1个扣3分 最低得分为0分 图14 2 10分 在图15甲中 轻弹簧上端固定 下端系一质量为m 0 2kg的小球 现让小球在竖直方向上做简谐运动 小球从最高点释放时开始计时 小球相对平衡位置的位移y随时间t按正弦规律变化 如图乙所示 取g 10m s2 图15 写出小球相对平衡位置的位移y的表达式 求0 9 2s内小球的总路程s 并指出t 9 2s时小球的位置 2 由题图乙可知 周期T 0 8s振幅A 0 1m 3 1 5分 如图16所示 等边三角形AOB为透明柱状介质的横截面 一束单色光PQ平行于角平分线OM射向OA 在界面OA发生折射 折射光线平行于OB且恰好射到M点 不考虑反射光线 则 填正确答案标号 选对1个得2分 选对2个得4分 选对3个得5分 每选错1个扣3分 最低得分为0分 图16 2 10分 如图17所示 虚线是一列简谐横波在t 0时刻的波形 实线是这列波在t 1s时刻的波形 图17 若波沿x轴正方向传播 则从t 1s时刻开始 x 3m处的质点第一次回到平衡位置需要的时间最长为多少 若波速大小为75m s 则波的传播方向如何 2 由图象可知 波长 8m当波沿x轴正方向传播时 波在 t 1s内传播距离为 当波沿x轴负方向传播时 波在 t 1s内传播距离为s 8n 3 m 其中n 0 1 2 若波速大小为75m s 则1s内波传播的距离s vt 75 1m 75m因为s 75m 9 8 3 m 所以波沿x轴负方向传播 答案 1 ABD 2 0 2s x轴负方向 1 巧解波动图象与振动图象综合问题的基本方法采用 一分 一看 二找 的方法 2 波的多解问题的分析思路 典例 1 5分 关于电磁波 下列说法正确的是 填正确答案标号 选对1个得2分 选对2个得4分 选对3个得5分 每选错1个扣3分 最低得分为0分 A 电磁波有偏振现象B 电磁波是一种纵波 是麦克斯韦发现的C 电磁波由空气进入水中时 波速变小 波长变短D 采用闭合电路 才能使振荡电路有效地向空间辐射电磁波E 在场强E 200sin106t N C 的电场周围一定产生磁场 并能向远处传播形成电磁波 电磁波 相对论与光学或机械波的组合 2 10分 某同学用激光笔做测定某透明体的折射率实验 透明体的截面如图18所示的直角三角形 B 60 BC 6cm 他先将激光笔发出的光线PQ始终对准AC边上的Q点 让PQ与QA的夹角从90 缓慢减小 同时在AB边的左侧观察 当PQ与QA的夹角为 时 刚好看不到出射光线 此时光线从BC边中点N射出 射出的光线刚好与BC垂直 已知光在真空中的传播速度c 3 0 108m s 求 透明体的折射率n和cos 的值 光在透明体中的传播时间t 图18 解析 1 电磁波是麦克斯韦预言的 赫兹用实验证实了电磁波的存在 电磁波是横波 横波有偏振现象 选项A正确 B错误 电磁波由空气进入水中时 频率f不变 波速v变小 由v f得 波长 变短 选项C正确 采用开放电路 才能使振荡电路有效地向空间辐射电磁波 选项D错误 场强E 200sin106t N C 即该电场是周期性变化的电场 周围一定会产生同频率的周期性变化的磁场 并能向远处传播形成电磁波 选项E正确 由几何关系知 B 60 1 5分 下列说法正确的是 填正确答案标号 选对1个得2分 选对2个得4分 选对3个得5分 每选错1个扣3分 最低得分为0分 A 在真空中传播的电磁波 当它的频率增加时 它的传播速度不变 波长变短B 手机 电视 光纤通信都是通过电磁波来传递信息的C 医院中用于检查病情的 B超 是利用了电磁波的反射原理D 车站 机场安全检查时 透视 行李箱的安检装置是利用红外线实现成像的E 电磁波中电场能量最大时 磁场能量为零 磁场能量最大时 电场能量为零 2 从坐标原点产生的简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播 t 0时刻的波形图如图19所示 此时波刚好传播到M点 x 1m处的质点P的位移为10cm 再经 t 0 1s 质点P第一次回到平衡位置 图19 求波源的振动周期 从t 0时刻起经多长时间位于x 81m处的质点N 图中未画出 第一次到达波峰位置 并求出在此过程中质点P运动的路程 解析 1 在真空中传播的电磁波 传播速度等于光速 当它的频率增加时 波长变短 选项A正确 手机 电视 光纤通信都是通过电磁波来传递信息的 选项B正确 医院中用于检查病情的 B超 是利用了超声波的反射原理 选项C错误 车站 机场安全检查时 透视 行李箱的安检装置是利用X射线实现成像的 选项D错误 振荡电场和磁场向外传播 形成电磁波 所以电磁波中电场能量最大时 磁场能量为零 磁场能量最大时 电场能量为零 选项E正确 在此过程中质点P运动的路程为s 6 5 4A 6 5 4 0 2m 5 2m 答案 1 ABE 2 1 2s 7 8s5 2m