易错点16 选修3-4 —备战2022年高考物理一轮复习易错题

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易错点16 选修3-4
易错题【01】对机械振动、机械波、振动图像理解有误
一、机械振动
1．简谐运动的对称性
(1)振动质点经过关于平衡位置对称的两点时，位移x、回复力F、速度v、加速度a、动能Ek、势能Ep的大小都相等，其中回复力F、加速度a与位移x方向相反，速度与位移x的方向可能相同，也可能相反．
(2)振动质点通过关于平衡位置对称的两段等长线段的时间相等．
2．简谐运动的周期性
(1)周期性：简谐运动的位移x、速度v、加速度a、回复力F、动能Ek和势能Ep都随时间作周期性变化，x、v、a、F的变化周期为T，Ek和Ep的变化周期为.
(2)质点在任意时刻开始计时的一个周期内通过的路程s＝4A(A为振幅)，半个周期内通过的路程s＝2A.但从不同时刻开始计时的四分之一周期内，路程不一定等于振幅A.
二、机械波
1．波长、波速与频率(周期)的关系 v＝λf＝
波的频率(周期)等于振源的频率(周期)，与介质无关，波从一种介质进入另一种介质，频率(周期)是不变的；波在介质中的传播速度v由介质的性质决定；波长等于波在一个周期内向外传播的距离，其大小取决于波的频率及介质的性质(波速v)．
波速也可用公式v＝计算，其中Δx为Δt时间内波沿传播方向传播的距离．
2．振动图象与波的图象的比较
振动图象反映了一个质点的位移x(位置坐标)随时间t变化的关系，波动图象反映了一系列质点在某一时刻相对其平衡位置的位移随质点的平衡位置变化的关系；由振动图象可确定周期T、振幅A、各时刻的位移及速度方向，由波动图象可确定波长λ、振幅A、波峰和波谷的位置、各个质点的位置及速度方向(结合传播方向)．
注意：(1)简谐运动与其在介质中的传播形成的简谐波的振幅、频率均相同．
(2)简谐振动和简谐波的图象均为正弦(或余弦)曲线．
(3)振动和波动的图象中质点振动方向判断方法不同．
3．波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域互相隔开，这种现象叫波的干涉．
路程差Δx＝λ(n＝0,1,2…)的点为振动减弱点；路程差Δx＝nλ(n＝0,1,2…)的点为振动加强点．
4．波的衍射：波绕过障碍物继续传播的现象．发生明显衍射的条件是，波长大于障碍物、小孔的尺寸或差不多．
三、振动图象与波动图象问题
1．由振动图象判定质点在某时刻的振动方向
振动图象中质点在某时刻的振动方向可根据下一个时刻(远小于)质点的位移(位置坐标)确定，也可根据图象中该时刻对应的曲线斜率的正负确定．
2．波动图象中质点的振动方向与波的传播方向
(1)“上下坡法”：将波形想象成一段坡路，沿着波传播的方向看，位于“上坡”处的各质点振动方向向下，位于“下坡”处的各质点振动方向向上．
(2)微平移法：波的传播过程其实是波形沿传播方向的平移，作出微小时间Δt后的波形，可确定各质点经Δt后到达的位置，由此可确定各质点的振动方向．
3．振动图象与波动图象结合
解答振动图象和波动图象结合的问题，应注意两种图象意义的理解，波动图象是某时刻一系列质点的振动情况的反映，振动图象是某一质点在不同时刻的振动情况的反映；其次要从一种图象中找到某一质点的振动信息，由此结合题设条件及相应的振动或波动规律推导另一种图象的相关情况．
易错题【02】对光学现象理解有误
一、几何光学的常见现象
项目
内容
折射
定律
(1)三线共面　(2)分居两侧
(3)入射角正弦与折射角正弦之比为常数＝n
折射率
定义式:光从真空进入介质时n＝
折射率 [来源:学科网ZXXK]
决定式:n＝ [来源:学科网]
物理意义:描述透明介质对光线的偏折作用,n越大,折射光线偏离入射方向的夹角越大
全反射
发生条件:(1)从光密介质进入光疏介质
(2)入射角大于或等于临界角,即θ1≥C
临界角：sin C＝
光的
色散
产生原因：(1)太阳光是复色光；
(2)不同的色光折射率不同
规律:光的频率越大,折射率越大
红光→紫光:折射率逐渐增大,在介质中的速度逐渐减小;
(3)临界角逐渐减小;波长逐渐减小
常见光
学元件
的特点
平行玻璃板:(1)出射光线与入射光线平行; (2)出射光线发生侧移
棱镜:(1)光线向底边偏折;(2)能发生色散
全反射棱镜:(1)垂直于直角边射入,出射光线方向改变90°;(2)垂直于斜边射入,出射光线方向改变180°
二、光的干涉、衍射和偏振现象
项目
内容
光的
干涉
双缝
干涉
产生条件:两光源频率相等,相位差恒定
出现明暗条纹的条件:路程差Δs＝nλ,明条纹;Δs＝(n＋)λ,暗条纹
相邻条纹间距:Δx＝λ

光的
干涉
薄膜
干涉
产生原因：同一束光分别经薄膜的前后表面反射的光叠加而成
规律:经薄膜上厚度相等的位置反射的光叠加后在同一干涉条纹上,相邻条纹间距与波长成正比,与斜面倾角成反比
应用:(1)光干涉法检查平面的平整度
(2)在光学镜头上涂增透膜d＝ λ

光的
衍射
明显衍射条件
障碍物或孔的尺寸跟光的波长差不多或者比光的波长小
衍射
现象
单缝衍射:中间条纹亮、宽;两侧条纹暗、窄;波长越长,条纹越宽,间距越大
圆孔衍射:明暗相间的圆形条纹
圆板衍射:圆形阴影的外侧是明暗相间的圆形条纹,中间是亮斑 (泊松亮斑)

光的
偏振
偏振片有特定的透振方向,
自然光通过后成为偏振光,
两偏振光片平行时透过的光最强,
垂直时最弱
【特别提醒】
(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性,光的偏振现象说明光是横波.
(2)光的干涉条纹和光的衍射条纹的最大区别是研究条纹间距是否均匀,中央条纹和两侧条纹的亮度是否相同.
三、光电效应及光的波粒二象性
项目
内容
光电
效应
概念
金属在光(包括不可见光)的照射下发射电子的现象
规律
(1)每种金属都有一个极限频率,ν≥ν0时才会发生光电效应
(2)光电子的最大初动能与光强无关,随ν的增大而增大
(3)光电效应的产生几乎是瞬时的
(4)饱和光电流与光强成正比

光电
效应
解释
光子说:(1)光在传播时是一份一份的,每份叫一个光子;(2)光子能量E＝hν, h＝6.63×10－34 J·s
逸出功:电子脱离金属时克服原子核引力做功的最小值W＝hν
光强:P＝nhν
光电效应方程:Ek＝hν－W

物质波
每个实物粒子对应一种波,叫物质波
物质波的波长λ＝
波粒二
象性
概率波:只能预测粒子在某区域出现的概率,概率符合波动规律


01 对机械振动、机械波、振动图像理解有误
1、如图所示，一质点在x轴上以O为平衡位置做简谐运动，其振幅为8 cm，周期为4 s，t＝0时物体在x＝4 cm处，向x轴负方向运动，则(　　)

A．质点在t＝1.0 s时所处的位置为x＝＋4 cm
B．质点在t＝1.0 s时所处的位置为x＝－4 cm
C．由起始位置运动到x＝－4 cm处所需的最短时间为 s
D．由起始位置运动到x＝－4 cm处所需的最短时间为 s
【答案】BC
【解析】由题意可知，质点振动的角速度ω＝＝ rad/s，因t＝0时，x＝4 cm，所以质点的振动方程为x＝8sincm，当t＝1 s时，x＝8sin cm＝－4 cm，B正确．当x＝－4 cm时，sin＝－，t的最小值为 s，C正确．

1．如图所示，a、b、c、…、k为连续的弹性介质中间隔相等的若干质点，e点为波源，t ＝ 0时刻从平衡位置开始向上做简谐运动，振幅为3 cm，周期为0.2 s．在波的传播方向上，后一质点比前一质点迟0.05 s开始振动．t ＝ 0.25 s时，x轴上距e点2.0 m的某质点第一次到达最高点，则(　　)

A．该机械波在弹性介质中的传播速度为8 m/s
B．该机械波的波长为2 m
C．图中相邻质点间距离为0.5 m
D．当a点经过的路程为9 cm时，h点经过的路程为12 cm
E．当b点在平衡位置向下振动时，c点位于平衡位置的上方
【答案】BCD
【解析】波刚传到x＝2 m处的质点时，质点开始向上做简谐运动，再经周期(0.05 s)到达最高点，所以波传到e点的时间恰好为一个周期(0.2 s)，波长λ＝2.0 m，B正确．波速v＝＝10 m/s，A错误．相邻质点间的距离Δx＝v·Δt＝0.5 m，C正确．各相邻质点的振动依次落后周期，所以质点a的振动要比质点h落后周期，路程少3 cm，D正确．同理，b点在平衡位置向下振动时，c点已到达负的最大位移处，E错误．
2．如图所示，图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为介质中x＝2 m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象．质点Q的平衡位置位于x＝3.5 m，下列说法正确的是(　　)

A．在0.3 s时间内，质点P向右移动了3 m
B．这列波的传播速度是20 m/s
C．这列波沿x轴正方向传播
D．t＝0.1 s时，质点P的加速度大于质点Q的加速度
E．t＝0.45 s时，x＝3.5 m处的质点Q到达波谷位置[来源:学科网ZXXK]
解析　根据波的传播特点可知，A错误．由乙图可知，t＝0时刻质点的速度向上，结合图甲在该时刻的波形可知，波沿x轴正方向传播，C正确．波速v＝＝ m/s＝10 m/s，B错误．当t＝0.1 s＝T时，质点P应处于最大位移处，加速度最大，而质点Q应在平衡位置的下方，且位移不是最大，故其加速度应小于质点P的加速度，D正确．t＝0.45 s时，波形平移的距离Δx＝vt＝4.5 m＝λ＋0.5 m，即t＝0时刻，x＝3 m处的质点振动形式传播到Q点，Q点处于波谷位置，E正确
答案CDE
02 对光学现象理解有误
1、如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光，则光束a可能是

A．红光 B．黄光 C．绿光 D．紫光
【答案】D


1．直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图所示．a、b光相比(　　)
A．玻璃对a光的折射率较大
B．玻璃对a光的临界角较小
C．b光在玻璃中的传播速度较小
D．b光在玻璃中的传播时间较短
【答案】C
【解析】从题图中看出，b光线进入玻璃后偏折程度较大，因此玻璃对b光折射率大，A错误．根据sin C＝知，折射率大的临界角小，B错误．根据v＝知，折射率大的传播速度小，C正确．由几何关系知，b在玻璃中运动路程长，结合b的传播速度小，可知b在玻璃中的传播时间较长，D错误．
2．如图所示是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则(　　)

A．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大
B．从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大
C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大
D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
【解析】　由干涉条纹间距Δx＝·L可知，λaνb同种均匀介质，对频率大的波折射率更大即na>nb，光在介质中的传播速度v＝，故va