2023届二轮复习通用版 专题8 振动与波 光学 课件
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1.(2022·全国乙,34)[物理——选修3-4](1)介质中平衡位置在同一水平面上的两个点波源S1和S2,二者做简谐运动的振幅相等,周期均为0.8 s.当S1过平衡位置向上运动时,S2也过平衡位置向上运动.若波速为5 m/s,则由S1和S2发出的简谐横波的波长均为_____m.P为波源平衡位置所在水平面上的一点,与S1、S2平衡位置的距离均为10 m,则两波在P点引起的振动总是相互________(选填“加强”或“削弱”)的;当S1恰好在平衡位置向上运动时,平衡位置在P处的质点________(选填“向上”或“向下”)运动.
【答案】 (2)1.5
【解析】 (1)因周期T=0.8 s,波速为v=5 m/s,则波长为λ=vT=4 m;因两波源到P点的距离之差为零,且两波源振动方向相同,则P点的振动是加强的;因P与S1平衡位置的距离为10 m,即2.5λ,则当S1恰好在平衡位置向上运动时,平衡位置在P点的质点向下运动.
(2)如图所示,边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面,M为AB边的中点.在截面所在平面内,一光线自M点射入棱镜,入射角为60°,经折射后在BC边的N点恰好发生全反射,反射光线从CD边的P点射出棱镜.求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离.
3.(2021·全国甲卷) (1)如图,单色光从折射率n=1.5、厚度d=10.0 cm的玻璃板上表面射入.已知真空中的光速为3×108m/s,则该单色光在玻璃板内传播的速度为_________m/s;对于所有可能的入射角,该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是__________s≤t<____________ s (不考虑反射).
(2)均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上,坐标分别为0和xB=16 cm.某简谐横波沿x轴正方向传播,波速为v=20 cm/s,波长大于20 cm,振幅为y=1 cm,且传播时无衰减.t=0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同,运动方向相反,此后每隔Δt=0.6 s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同.已知在t1时刻(t1>0),质点A位于波峰.求①从t1时刻开始,质点B最少要经过多长时间位于波峰;②t1时刻质点B偏离平衡位置的位移.【答案】(2)①0.8 s ②-0.5 cm
4.(2020·全国Ⅰ卷)(1)(5选3)在下列现象中,可以用多普勒效应解释的有( )A.雷雨天看到闪电后,稍过一会儿才能听到雷声B.超声波被血管中的血流反射后,探测器接收到的超声波频率发生变化C.观察者听到远去的列车发出的汽笛声,音调会变低D.同一声源发出的声波,在空气和水中传播的速度不同E.天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化
【解析】 (1)之所以不能同时观察到是因为声音的传播速度比光的传播速度慢,所以A错误;超声波与血液中的血小板等细胞发生反射时,由于血小板的运动会使得反射声波的频率发生变化,B正确;列车和人的相对位置变化了,所以听得的声音频率发生了变化,所以C正确;同一声源发出的波,在空气和水中的传播速度不同是因为声速和介质有关,不是多普勒效应,D错误;双星在周期性运动时,会使得到地球的距离发生周期性变化,故接收到的光频率会发生变化,E正确.故选BCE.
5.(2020·全国Ⅱ卷)(1)用一个摆长为80.0 cm的单摆做实验,要求摆动的最大角度小于5°,则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过_______cm(保留1位小数).(提示:单摆被拉开小角度的情况下,所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程.)某同学想设计一个新单摆,要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等.新单摆的摆长应该取为________cm.
(2)直角棱镜的折射率n=1.5,其横截面如图所示,图中∠C=90°,∠A=30°.截面内一细束与BC边平行的光线,从棱镜AB边上的D点射入,经折射后射到BC边上.①光线在BC边上是否会发生全反射?说明理由;②不考虑多次反射,求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值.
②设光线在AC边上的F点射出棱镜,光线的入射角为i′,折射角为r′,由几何关系、反射定律及折射定律,有i=30°③i′=90°-θ④sin i=nsin r⑤nsin i′=sin r′⑥
〔备考策略〕命题特点:1.以选择题、填空题形式的命题涉及面比较广,常考查机械振动、机械波的综合问题,光的折射、全反射现象,近年对光的干涉考查的热度有所增加,也常对其他概念、现象进行拼盘式的命题考查.2.以计算题形式的命题以考查波的传播、光的折射和全反射现象为主.常用到的思想方法有:图象法、微平移法、特殊点法、作图法.
一、机械振动与机械波1.知识体系
二、光的折射、光的波动性、电磁波与相对论1.知识体系
一、机械振动与机械波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.波的传播问题中四个问题(1)沿波的传播方向上各质点的起振方向与波源的起振方向一致.(2)传播中各质点随波振动,但并不随波迁移.(3)沿波的传播方向上每个周期传播一个波长的距离.(4)在波的传播过程中,同一时刻如果一个质点处于波峰,而另一质点处于波谷,则这两个质点一定是反相点.
二、光的折射和全反射1.依据题目条件,正确分析可能的全反射及临界角.2.通过分析、计算确定光传播过程中可能的折射、反射,把握光的“多过程”现象.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.
考点一 机械振动和机械波
1.(5选3)(2021·四川成都二模)一同学在探究单摆的运动规律时,测得单摆50次全振动所用的时间为120 s.已知当地的重力加速度大小g=9.80 m/s2,π2≈9.8.则( )A.该单摆做简谐运动时,在速度增大的过程中回复力一定减小B.该单摆做简谐运动的周期为1.2 sC.该单摆的摆长约为1.44 mD.若把该单摆放在月球上,则其摆动周期变大
3.(5选3)(2022·四川成都二模)如图所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波t=1 s时刻波形图,该时刻M点开始振动,再过1.5 s,N点开始振动.
相隔半波长奇数倍的两个质点,相位相差为π,质点M、N相隔1.5λ,故相位相差π,C正确;t=1 s时x=1.0 m处质点处于波峰,t=0.5 s=0.5T,此时x=1.0 m处质点应处于波谷,D错误;t=2.5 s=2.5T,N点开始振动,质点M、N相隔1.5λ,振动情况完全相反,故质点M、N与各自平衡位置的距离相等,E正确,故选ACE.
4.(5选3)(2021·广西桂林6月模拟)如图所示,图中两小孩各握住轻绳一端M、N连续振动,形成甲、乙两列横波分别沿x轴相向传播,两波的波速为2 m/s,振幅相同.t=0时刻的波形图如图所示,
则下列说法正确的是( )A.甲、乙两列波的频率之比为2∶3B.遇到5 m的障碍物,甲波的衍射现象更明显C.两列波将同时传到x=7 m处D.在两列波相遇过程中,x=7 m处始终为振动减弱点E.再经过3 s,平衡位置在x=3 m处的质点振动方向向下
考向3 振动图象与波的图象问题
5.(5选3)(2021·宁夏银川模拟)图甲为一列简谐横波在t=0时的波形图,P是平衡位置在x=0.5 m处的质点,Q是平衡位置在x=2.0 m处的质点;图乙为质点Q的振动图象.
下列说法正确的是( )A.这列波沿x轴正方向传播B.这列波的传播速度为20 m/sC.从t=0到t=0.15 s,这列波传播的距离为3 mD.从t=0.10 s到t=0.15 s,P通过的路程为10 cmE.t=0.15 s时,P的加速度方向与y轴正方向相同
6.(5选3)(2022·安徽5月最后一卷)一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0和t=0.5 s时刻的波形分别如图中实线和虚线所示.在t=0到t=0.5 s这段时间内,在x=8 m处的质点P共有两次到达波峰,下列说法正确的是( )
(1)求简谐波的传播方向和速度;(2)写出质点P的振动方程.
〔方法技巧〕1.判断波的传播方向和质点振动方向的方法(1)特殊点法.(2)微平移法(波形移动法).
3.利用波传播的周期性、双向性解题(1)波的图象的周期性:相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同,从而使题目的解答出现多解的可能.(2)波传播方向的双向性:在题目未给出波的传播方向时,要考虑到波可沿x轴正向或负向传播的两种可能性.
考点二 光的折射和全反射
考向1 折射定律的应用
【解析】 光线进入玻璃砖后两次发生全反射,其光路与对应的角度,如图
由于光在AD面和CD面都恰好没有光线射出,即恰好发生全反射,则α=β=C(C是临界角)
2.(2021·山东济南二模)目前新建住宅为取得良好的保温效果,窗户广泛采用双层玻璃,如图所示,某双层玻璃由厚度均为d=0.5 cm的单层玻璃组成,两玻璃板平行且中间有干燥的空气,玻璃的折射率为n=,一束光线以入射角α=45°射向玻璃,从另一侧射出,求:
(1)出射光线相对于入射光线的侧移量Δx=___________;(2)透过窗户玻璃仰视窗外的飞鸟时,看到鸟的高度比实际高度______.(只需回答“高”“低”或“相同”,不需要论证过程)
由光路图中的几何关系,得Δx=2d(tan 45°-tan 30°)sin 45°解得Δx=0.30 cm.(2)由光路可逆原理,可得射入房内的光线的反向延长线高于实际的光线.
3.(2021·广东高三模拟)某灯光秀设计师采用了如图所示半径为R的半圆形玻璃砖,一束由两种色光组成的光从A点平行底面照射到玻璃砖表面,O为圆心.光束①恰好射到弧面与底面相交的B点,折射率为;光束②射到C点,光线AC与底面的夹角β=37°,已知光在真空中的传播速度为c,sin 37°=0.6,sin 23°=0.4,求:(1)光线AB与底面的夹角α的值;(2)光束②的折射率;(3)光束②从A点射到C点的过程中在玻璃砖内传播的时间.
考向2 光的折射和全反射
(1)请画出光路示意图,标出两个亮斑的大致位置,说明亮斑的颜色;(2)求两个亮斑间的距离.
(1)通过分析判定:位于彩虹最下方的色光b是红光还是紫光;(2)紫光在球形雨滴内传播的时间是多少?
【解析】(1)过入射点A做如图的法线,可以判定最下方的色光b,从空气进入雨滴中,入射角相同时,折射角最大;根据折射规律,色光b在介质中折射率最小,频率最小,是红光.
考向3 光(波)的特有现象
7.(2022·广西4月联考)在双缝干涉实验中,光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10-7 m,如果用频率为6.0×1014Hz的黄光照射双缝,该黄光的波长是__________m;P点出现________
(填“亮条纹”或“暗条纹”);若保持双缝之间的距离以及双缝到屏的距离保持不变,将黄光换成波长为750 nm的红光,则光屏上条纹的宽度________ (填“变大”“变小”或“不变”).
〔方法技巧〕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.①若光疏→光密:一定有反射光线和折射光线.②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.
考点三 光(波)的特有现象、电磁波
1.(2022·天津一模)汽车的自适应巡航功能能够帮助驾驶员减轻疲劳,毫米波雷达是其中一个重要部件.毫米波的波长比短波波长短,比红外线波长长,则( )A.这三种电磁波,红外线最容易发生明显的衍射绕过粉尘B.这三种电磁波在真空中传播,短波的传播速度最小C.毫米波比红外线更容易发生明显衍射绕过粉尘D.这三种电磁波,短波频率最高
【解析】 这三种电磁波中,短波的波长最长,最容易发生明显的衍射,而毫米波比红外线更容易发生明显衍射绕过粉尘,故A错误,C正确;这三种电磁波在真空中传播时速度相同,都为光速,故B错误;由公式c=λf可知,波长越小,频率越高,则红外线波的频率最高,故D错误.
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