專題十四-機械振動與機械波-光學(xué)

1、專題十四　機械振動與機械波　光學(xué),展示考綱·明晰考向,方法歸納·重點點撥,鎖定考點·高效突破,展示考綱·明晰考向,方法歸納·重點點撥,一、波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的關(guān)系1.已知波的傳播方向判斷質(zhì)點的振動方向,2.已知質(zhì)點的振動方向判斷波的傳播方向當(dāng)已知質(zhì)點振動方向判斷波的傳播方向時,仍應(yīng)用上述方法,只不過是上述方法的逆向思維.二、光的折射和全反射問題的解題技巧1.在解決光的折射

2、問題時,應(yīng)根據(jù)題意分析光路,即畫出光路圖,找出入射角和折射角,然后應(yīng)用公式來求解,找出臨界光線往往是解題的關(guān)鍵.2.發(fā)生全反射時,光必須是由光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)且入射角等于或大于臨界角.若不符合全反射的條件,則要由折射定律和反射定律確定光的傳播情況.3.在處理光的折射和全反射類型的題目時,根據(jù)折射定律及全反射的條件準確作出幾何光路圖是基礎(chǔ),利用幾何關(guān)系、折射定律是關(guān)鍵.,鎖定考點·高效突破,考點一,光的波動性問題(含實驗:

3、用雙縫干涉測光的波長),備選例題如圖所示,在雙縫干涉實驗中,S1和S2為雙縫,P是光屏上的一點,已知P點與S1和S2距離之差為2.1×10-6 m,今分別用A,B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗,問P點是亮條紋還是暗條紋?(1)已知A光在折射率為n=1.5的介質(zhì)中波長為4×10-7 m.,,?思路探究? (1)判斷光屏上出現(xiàn)亮、暗條紋的依據(jù)是什么?,,(2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×10-7

4、m,當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時,臨界角為37°.,?思路探究?(2)如何計算A點在空氣中的波長?,,,(3)若用A光照射時,把其中一條縫遮住,試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象.,?思路探究? (2)如何計算A點在空氣中的波長?,規(guī)范解答:(3)光屏上仍出現(xiàn)明、暗相間的條件,但中央條紋最寬最亮,兩邊條紋變窄變暗.,答案:見解析,,通關(guān)演練,1.雙縫干涉(2014江蘇卷改編)某同學(xué)用單色光進行雙縫干涉實驗,在屏上觀察到圖(甲)所示的條

5、紋,僅改變一個實驗條件后,觀察到的條紋如圖(乙)所示.他改變的實驗條件可能是　　　　. A.減小光源到單縫的距離B.減小雙縫之間的距離C.增大雙縫到光屏之間的距離D.換用頻率更高的單色光源E.換用波長更長的單色光源,答案:BCE,2.光的波動性問題(2015綿陽三診改編)下列說法正確的是　　　　. A.水面上的油膜在太陽光照射下呈現(xiàn)彩色,是光的干涉現(xiàn)象B.可利用紫外線消毒是因為它有較強的熱效應(yīng)C.紅

6、光和黃光分別通過同一雙縫干涉裝置,紅光形成的相鄰亮條紋間距小D.觀察者相對于頻率一定的聲源運動時,接收到聲波的頻率與波源頻率相同E.拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時,在照相機鏡頭前加偏振片以減弱反射光的影響,答案:AE,3.雙縫干涉實驗用雙縫干涉測光的波長.實驗裝置如圖(甲)所示,已知單縫與雙縫間的距離L1=100 mm,雙縫與屏的距離L2=700 mm,雙縫間距d=0.25 mm.用測量頭來測量亮紋中心的距離.測量頭由分劃板、目鏡、手

7、輪等構(gòu)成,轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板左右移動,讓分劃板的中心刻線對準亮紋的中心[如圖(乙)所示],記下此時手輪上的讀數(shù),轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線對準另一條亮紋的中心,記下此時手輪上的讀數(shù).,(1)分劃板的中心刻線分別對準第1條和第4條亮紋的中心時,手輪上的讀數(shù)如圖(丙)所示,則對準第1條時讀數(shù)x1=　　mm、對準第4條時讀數(shù)x2=　　mm. (2)寫出計算波長λ的表達式λ=　　　　(用符號表示),λ=　　　　nm(保留三位有效數(shù)

8、字).,解析:(1)如題圖(丙)所示,對準第1條時讀數(shù)x1=2 mm+19.0×0.01 mm=2.190 mm,對準第4條時讀數(shù)x2=7.868 mm.,方法總結(jié) 分析光的干涉現(xiàn)象“三注意”(1)干涉條件:頻率相同、相位差恒定、振動方向在同一直線上.(2)明暗條紋形成條件:Δr=kλ,k=0,1,2,…——亮條紋;Δr=(2k-1)λ/2,k=1,2,…——暗條紋;,考點二,簡諧運動的規(guī)律及應(yīng)用(含實驗:探究

9、單擺的運動、用單擺測定重力加速度),典例 (2014浙江理綜)一位游客在千島湖邊欲乘坐游船,當(dāng)日風(fēng)浪較大,游船上下浮動.可把游船浮動簡化成豎直方向的簡諧運動,振幅為20 cm,周期為3.0 s.當(dāng)船上升到最高點時,甲板剛好與碼頭地面平齊.地面與甲板的高度差不超過10 cm時,游客能舒服地登船.在一個周期內(nèi),游客能舒服登船的時間是　　　　. A.0.5 s B.0.75 sC.1.0 s D.1.5 s,?審題突

10、破?,答案:C,以例說法 解決簡諧運動問題必備的三個重要思考點(1)振動圖像的直觀與公式的準確是解決振動問題時必須明確的兩個環(huán)節(jié).,題組訓(xùn)練,1.振動圖像的應(yīng)用(2014上海卷)質(zhì)點做簡諧運動,其x-t關(guān)系如圖,以x軸正向為速度v的正方向,該質(zhì)點的v-t關(guān)系是　　　　.,答案:B,答案:ACD,3.共振及共振曲線(2015內(nèi)蒙古赤峰市高三第三次統(tǒng)考)如圖所示為兩個單擺做受迫振動中的共振曲線,則下列說法正確的是　　　　.&#

11、160;A.兩個單擺的固有周期之比為TⅠ∶TⅡ=2∶5B.若兩個受迫振動是在地球上同一地點進行,則兩個擺長之比為lⅠ∶lⅡ=25∶4C.圖線Ⅱ若是在地球表面上完成的,則該擺擺長約為1 mD.若兩個受迫振動分別在月球上和地球上進行,且擺長相等,則圖線Ⅰ是月球上的單擺的共振曲線E.兩個單擺在地球上同一地點同時擺動,擺動激發(fā)的聲波波速之比為vⅠ∶vⅡ=2∶5,答案:BCD,考點三,波的傳播規(guī)律及應(yīng)用,,典例 (2015全國新課

12、標理綜Ⅱ)平衡位置位于原點O的波源發(fā)出的簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿水平x軸傳播,P,Q為x軸上的兩個點(均位于x軸正向),P與O的距離為35 cm,此距離介于一倍波長與二倍波長之間.已知波源自t=0時由平衡位置開始向上振動,周期T=1 s,振幅A=5 cm.當(dāng)波傳到P點時,波源恰好處于波峰位置;此后再經(jīng)過5 s,平衡位置在Q處的質(zhì)點第一次處于波峰位置.求:(1)P,Q間的距離;,?思路探究?(1)機械波在介質(zhì)傳播過程中,介質(zhì)中任一質(zhì)點開

13、始起振的方向如何?答案:介質(zhì)中任一質(zhì)點開始起振的方向均與振源開始起振的方向相同,即由平衡位置向上.(2)已知λ<xOP<2λ且波傳到P點時,波源恰好處于波峰位置,試畫出滿足條件的波形圖.,(3)質(zhì)點在一個周期內(nèi),振動經(jīng)過的路程是多少?答案:質(zhì)點在一個周期內(nèi)完成一次全振動,經(jīng)過的路程為4A.,答案: (1)133 cm,(2)從t=0開始到平衡位置在Q處的質(zhì)點第一次處于波峰位置時,波源在振動過程中通過的路程.,答案:(2

14、)125 cm,以例說法 機械波問題的三連環(huán)(1)波的形成是關(guān)鍵①由振源開始振動方向確定各質(zhì)點開始振動的方向.②由Δx=vt確定該質(zhì)點開始振動的時間.③找出某時刻質(zhì)點的振動時間Δt與周期T的關(guān)系,則可確定質(zhì)點的位置及運動情況.(2)兩種圖像緊關(guān)聯(lián)①看坐標分清振動圖像與波的圖像.②找準振動圖像對應(yīng)的質(zhì)點,確定振動方向與周期.③找準波的圖像對應(yīng)的時刻,利用波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的判斷方法,確定波的傳播方向.(3)

15、分析求解、思多變波的傳播往往采用從特殊到一般的思維方法,即找到一個周期內(nèi)滿足條件的特例,在此基礎(chǔ)上,如知時間關(guān)系,則加nT;如知空間關(guān)系,則加nλ.,題組訓(xùn)練,答案:ACD,2.振動圖像與波動圖像的綜合問題(2014全國新課標理綜Ⅰ)圖(a)為一列簡諧橫波在t=2 s時的波形圖,圖(b)為媒質(zhì)中平衡位置在x=1.5 m處的質(zhì)點的振動圖像,P是平衡位置為x=2 m的質(zhì)點.下列說法正確的是　　　　. A.波速為0.

16、5 m/sB.波的傳播方向向右C.0～2 s時間內(nèi),P運動的路程為8 cmD.0～2 s時間內(nèi),P向y軸正方向運動E.當(dāng)t=7 s時,P恰好回到平衡位置,答案:ACE,3.波的多解性問題(2015綿陽三診改編)如圖所示,一簡諧橫波在t=0時的波形是圖中實線,在t1=0.2 s時的波形是圖中虛線,P為介質(zhì)中x=4 m處的質(zhì)點,則　　　　. A.該波一定沿x軸正方向傳播B.該波的傳播速度可能為5 m/sC

17、.從t=0開始,質(zhì)點P經(jīng)過0.2 s沿x軸正方向運動1 mD.t2=0.4 s時,質(zhì)點P的位置y=4 cmE.t2=0.4 s時,質(zhì)點P的位置可能為y=0,答案:BE,考點四,光的折射與全反射(含實驗:測定玻璃的折射率),,?思路探究? (1)能從上表面射出的條件是什么?答案:入射角不大于臨界角.,答案:借助幾何關(guān)系、三角函數(shù)先確定在上表面的入射角,再由全反射規(guī)律確定反射光路.,答案:見規(guī)范解答,以例說法 解決光的折射和全反

18、射題目的思路(1)確定研究的光線,該光線可能是入射光線,還有可能是反射光線或折射光線.(2)找入射點,確認界面,并畫出法線.(3)明確兩介質(zhì)折射率的大小關(guān)系.①若光線由光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì),既有反射光線,又有折射光線.②若光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),如果入射角大于或等于臨界角,一定發(fā)生全反射.(4)根據(jù)反射定律、折射定律作出光路圖,結(jié)合幾何關(guān)系,具體求解.,題組訓(xùn)練,1.光的色散現(xiàn)象(2015重慶理綜)虹和霓是太陽光在水珠

19、內(nèi)分別經(jīng)過一次和兩次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球來說明.兩束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上會形成MN和PQ兩條彩色光帶,光路如圖所示.M,N,P,Q點的顏色分別為　　　. A.紫、紅、紅、紫B.紅、紫、紅、紫C.紅、紫、紫、紅D.紫、紅、紫、紅,解析:(1)由題圖可知,射到M點的光線進入玻璃球時的折射角小于射到N點的光線進入玻璃球時的折射角,所以玻璃對射到M點的光的折射率大于玻璃對射到N點的光

20、的折射率,故M點的顏色為紫色,N點的顏色為紅色;同理可得P點的顏色為紅色,Q點的顏色為紫色,所以A項正確.答案:A,2.光傳播路徑的確定方法(2015貴陽市適應(yīng)性監(jiān)測)如圖所示,真空中有截面積相同的兩種不同透明介質(zhì)組成了一個等邊三棱鏡,其中直角三棱鏡ABD的折射率n1=1.5.一束單色光照射AB面的O點,其入射角的正弦值sin i=0.75,該光恰好在另一直角三棱鏡ACD的AC邊發(fā)生全反射.已知該單色光在真空中的傳播速度為c=3&#