2017屆高三物理二輪復(fù)習第一篇專題攻略專題九震動和波動光和光的本性課件

1、專題九　振動和波動　光及光的本性,【主干回顧】,【核心速填】(1)振動和波。①振動的周期性、對稱性:x=Asinωt;②波的產(chǎn)生和傳播:v=___。,(2)光的折射和全反射。①折射定律:光從真空進入介質(zhì)時:____=n;②全反射條件:光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì);入射角等于臨界角C,sinC=___。(3)波的干涉、衍射等現(xiàn)象。,熱點考向1　振動和波動的綜合應(yīng)用【典例1】(2016·全國卷Ⅲ)(多選)由波源S形成

2、的簡諧橫波在均勻介質(zhì)中向左、右傳播。波源振動的頻率為20Hz,波速為16m/s。已知介質(zhì)中P、Q兩質(zhì)點位于波源S的兩側(cè),且P、Q和S的平衡位置在一條直線上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之間的距離分別為15.8m、14.6m。P、Q開始振動后,下列判斷正確的是　(　　),A.P、Q兩質(zhì)點運動的方向始終相同B.P、Q兩質(zhì)點運動的方向始終相反C.當S恰好通過平衡位置時,P、Q兩點也正好通過平衡位置D.當S恰好通過平衡位置向上運動時,P

3、在波峰E.當S恰好通過平衡位置向下運動時,Q在波峰,【解析】選B、D、E。由題意知T=0.05s,v=16m/s,故波長λ=vT=0.8m,找P點關(guān)于S的對稱點P1,由對稱性可知P1和P的振動情況完全一致,P1Q兩點相距Δx= 為半波長的整數(shù)倍,所以P1、Q兩點的振動方向始終相反,P、Q兩點的振動方向也始終相反,A錯誤,B正確;P點距離S點x= 當S恰好通過平衡位置向,上運動時,P

4、在波峰,同理Q點距離S點x1= 當S恰好通過平衡位置向下運動時,Q在波峰,C錯誤,D、E正確。,【題組過關(guān)】1.(多選)一列簡諧橫波沿x軸傳播,在t=1.5s時的波形圖如圖甲所示,a和b是波上的兩個質(zhì)點,圖乙是其中某一個質(zhì)點的振動圖象,則下列說法中正確的是　(　　),A.這列波的傳播速度是1m/sB.t=3.5s時,質(zhì)點b的振動速度最大C.t=0時,質(zhì)點a處于平衡位置D.圖乙描述的可能是質(zhì)點b的振動圖象E.這

5、列波的波長為4m,【解析】選A、B、C。由圖甲可知該簡諧橫波波長為2m,由圖乙知周期為2s,則波速為v= =1m/s,故A正確,E錯誤;從t=1.5s到t=3.5s經(jīng)歷時間t=2s=1T,則知t=3.5s時,質(zhì)點b回到平衡位置,振動速度最大,故B正確;根據(jù)乙的振動圖象可知,質(zhì)點在t=1.5s時位移為正向最大,可知圖乙為質(zhì)點a的振動圖象,則知t=0時,質(zhì)點a處于平衡位置,故C正確,D錯誤。,2.(2015·全國卷Ⅱ

6、)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35cm,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=1s,振幅A=5cm。當波傳到P點時,波源恰好處于波峰位置;此后再經(jīng)過5s,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。(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

7、中通過的路程。,【解析】(1)當波傳到P點時,波源恰好處于波峰位置,說明P與O的距離為 λ即 λ=35cm,λ=28cm,v= m/s=0.28m/sQ與O之間的距離為6個波長,即1.68m,P、Q間的距離L=1.68m-0.35m=1.33m,(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,波源振動6 T,波源在振動過程中通過的路程s=4A× =4×0.05×

8、6 m=1.25m答案:(1)1.33 m　(2)1.25 m,【加固訓(xùn)練】1.(2016·天津高考)在均勻介質(zhì)中坐標原點O處有一波源做簡諧運動,其表達式為y=5sin( t),它在介質(zhì)中形成的簡諧橫波沿x軸正方向傳播,某時刻波剛好傳播到x=12m處,波形圖象如圖所示,則　(　　),A.此后再經(jīng)6s該波傳播到x=24m處B.M點在此后第3s末的振動方向沿y軸正方向C.波源開始振動時的運動方向沿y軸負方向D.

9、此后M點第一次到達y=-3m處所需時間是2s,【解析】選A、B。波的周期T= =4s,波長λ=8m,波速v= =2m/s,則再經(jīng)過6s,波傳播的距離為x=vt=12m,故該波傳到x=24m處,選項A正確;M點在此時振動方向向下,則第3秒末,即經(jīng)過了0.75T,該點的振動方向沿y軸正向,選項B正確;因波傳到x=12m處時,質(zhì)點向y軸正向振動,故波源開始振動時的運動方向沿y軸正方向,選項,C錯誤;題圖中M點振動方向沿

10、y軸負方向,M點第一次到達y=-3m位置所需要的時間小于半個周期,即小于2s,選項D錯誤。,2.(多選)在某一均勻介質(zhì)中由波源O發(fā)出的簡諧橫波在x軸上傳播,某時刻的波形如圖,其波速為5m/s,則下列說法正確的是　(　　),A.此時P、Q兩點運動方向相同B.再經(jīng)過0.5s質(zhì)點N剛好在(-5m,20cm)位置C.能與該波發(fā)生干涉的橫波的頻率一定為3HzD.波的頻率與波源的振動頻率無關(guān),【解析】選A、B。P、Q兩點關(guān)于波源O對稱,此時P

11、、Q兩點運動方向相同,選項A正確;該波波長為2m,周期0.4s,再經(jīng)過0.5s質(zhì)點N剛好在(-5m,20cm)位置,選項B正確;根據(jù)波發(fā)生干涉的條件,能與該波發(fā)生干涉的橫波的頻率一定為2.5Hz,選項C錯誤;波的頻率與波源的振動頻率相同,選項D錯誤。,3.(多選)(2016·濰坊一模)一列簡諧橫波,某時刻的波動圖象如圖甲,從該時刻開始計時,波上A質(zhì)點的振動圖象如圖乙,則以下說法正確的是　(　　),A.這列波沿x軸負向傳播B.

12、這列波的波速是25m/sC.質(zhì)點P將比質(zhì)點Q先回到平衡位置D.經(jīng)過Δt=0.4s,A質(zhì)點通過的路程為4mE.質(zhì)點P的振幅為1cm,【解析】選A、B、D。由乙圖讀出t=0時刻質(zhì)點A的速度方向為沿y軸正方向,由甲圖判斷出波的傳播方向沿x軸負向,故A正確;由甲圖讀出該波的波長為λ=20m,由乙圖知周期為T=0.8s,則波速為v= m/s=25m/s,故B正確;圖示時刻質(zhì)點P沿y軸負方向運動,Q向平衡位置運動,所以質(zhì)

13、點P將比質(zhì)點Q后回到平衡位置,故C錯誤;Δt= 0.4s=0.5T,質(zhì)點做簡諧運動時在一個周期內(nèi)質(zhì)點,A通過的路程是4倍振幅,則經(jīng)過Δt=0.4s,A質(zhì)點通過的路程是s=2A=4m,故D正確;由圖可得質(zhì)點P的振幅是2cm,E錯誤。,熱點考向2　光的折射與全反射　　　　【典例2】(2015·海南高考)一半徑為R的半圓柱形玻璃磚,橫截面如圖所示。已知玻璃的全反射臨界角為γ(γ< )。與玻璃磚的底平面成( -γ)角

14、度、且與玻璃磚橫截面平行的平行光射到玻璃磚的半圓柱面上。經(jīng)柱面折射后,有部分光(包括與柱面相切的入射,光)能直接從玻璃磚底面射出。若忽略經(jīng)半圓柱內(nèi)表面反射后射出的光,求底面透光部分的寬度。,【思維流程】第一步:審題干→提取信息:(1)“玻璃的全反射臨界角為γ” 沿半徑方向射到圓心O的光線在圓心處恰好發(fā)生全反射。(2)“有部分光能直接從玻璃磚底面射出” 部分光線射到底面上入射角小于臨界角。,第二步:突破難點:(

15、1)明確光線從底面射出時會發(fā)生全反射現(xiàn)象,可得出從底面射出的光線的左邊界。(2)根據(jù)與玻璃磚相切的光線確定透射光的右邊界。,【解析】在半圓柱形玻璃磚橫截面內(nèi),考慮沿半徑方向射到圓心O的光線1(如圖),它在圓心處的入射角θ1為θ1=γ?、偾『玫扔谌瓷渑R界角,發(fā)生全反射。,在光線1左側(cè)的光線(例如光線2),經(jīng)柱面折射后,射在玻璃磚底面上的入射角θ2滿足θ2>γ?、谝蚨诘酌嫔习l(fā)生全反射,不能直接折射出。在光線1右側(cè)的光線(

16、例如光線3)經(jīng)柱面折射后,射在玻璃磚底面上的入射角θ3滿足θ3<γ?、垡蚨诘酌嫔喜荒馨l(fā)生全反射,能從玻璃磚底面射出。,射到半圓柱面最右側(cè)的光線4與柱面相切,入射角i為i= ?、苡烧凵涠芍?經(jīng)圓柱面折射后的折射角∠OAB=θ4滿足sini=nsinθ4　⑤式中,n是玻璃的折射率。由全反射角的定義知1=nsinγ?、?聯(lián)立④⑤⑥式得θ4=γ　⑦由幾何關(guān)系知∠AOB=γ,故底面上透光部分的寬度OB為l= 答案

17、:,【遷移訓(xùn)練】,遷移1:改變玻璃磚的形狀如圖所示,寬為a的平行光束從空氣斜射到平行玻璃磚上表面,入射角為60°,光束中包含兩種波長的光,玻璃磚對這兩種光的折射率分別為n1= 光束從玻璃下表面出射時恰好分成不重疊的兩束,求玻璃磚的厚度d為多少?(已知sin37°=0.6, cos37°=0.8,結(jié)果可用根式表示)。,【解析】根據(jù)光的折射定律,則有:n1= n2= 得

18、:θ1=30°,θ2=37°由分析可知,恰好分開時:x=d(tan37°-tan30°)又有:x= 解得:d= 答案:,遷移2:把玻璃磚改為平面鏡如圖所示,一束光線以60°的入射角射到一水平放置的平面鏡上,反射后在上方與平面鏡平行的光屏上留下一光點P,現(xiàn)在將一塊上下兩面平行的透明體平放在平面鏡上,則進入透明體的光線經(jīng)平面鏡反射后再從透明體的上表面射出,打在光屏上

19、的P′點(圖中未標出),與原來P點,相比向左平移了3.46cm,已知透明體對光的折射率為 。求光在透明體里運動的時間。,【解析】設(shè)透明介質(zhì)的厚度為d。作出光路圖如圖所示。根據(jù)折射定律得:n= 將n= ,α=60°,代入解得:β=30°由題意及光路圖得Δs=2dtanα-2dtanβ代入解得:d=1.5cm,光在透明介質(zhì)中的傳播速度為v= 光在透明介質(zhì)中通過的路程為s= 所以光在透明

20、體里運動的時間為t= =2×10-10s答案:2×10-10s,遷移3:把玻璃磚改為水一湖面上有一伸向水面的混凝土觀景臺,如圖所示是截面圖,觀景臺下表面恰好和水面相平,A為觀景臺右側(cè)面在湖底的投影,水深h=4m。在距觀景臺右側(cè)面x=4m處有一可沿豎直方向移動的單色點光源S,現(xiàn)該光源從距水面高3m處向下移動到接近水面的過程中,觀景臺水下被照亮的最遠距離為AC,最近距離為AB,若AB=3m,求:,(

21、1)水的折射率n。(2)光能照亮的最遠距離AC(計算結(jié)果可以保留根號)。,【解析】(1)點光源S在距水面高3m處發(fā)出的光在觀景臺右側(cè)面與水面交接處折射到水里時,被照亮的距離為最近距離AB,則:由于n= 所以,水的折射率n=,(2)點光源S接近水面時,光在觀景臺右側(cè)面與水面交接處入射到水里時,被照亮的距離為最遠距離AC,此時,入射角為90°,折射角為臨界角c則:n= 可得sinc= 由數(shù)學(xué)知識得tanc=,

22、解得:AC=htanc= 答案:(1) 　(2),【規(guī)律總結(jié)】光的折射和全反射題型的分析思路(1)確定要研究的光線,有時需根據(jù)題意,分析、尋找臨界光線、邊界光線為研究對象。(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若光疏→光密:定有反射、折射光線。②若光密→光疏: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、折射定律列出關(guān)系式,結(jié)合幾何關(guān)系,聯(lián)立求解。,【加固訓(xùn)練】1

23、.(2016·全國卷Ⅲ)如圖,玻璃球冠的折射率為 ,其底面鍍銀,底面的半徑是球半徑的 倍;在過球心O且垂直于底面的平面(紙面)內(nèi),有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點,該光線的延長線恰好過底面邊緣上的A點。求該光線從球面射出的方向相對于其初始入射方向的偏角。,【解析】設(shè)球的半徑為R,球冠底面中心為O′,連接OO′,則OO′⊥AB,設(shè)∠OAO′=α,則有cosα= 即α=30

24、°。由題意MA⊥AB,得∠OAM=60°,如圖所示。,設(shè)M點的入射角、折射角分別為i、r,N點的入射角為i1,玻璃的折射率為n,由于△OAM為等邊三角形,則有i=60°根據(jù)折射定律有:sini=nsinr,將n= 代入,可得r=30°過N點作法線NE,由于NE平行于AM,有i1=30°由反射定律知反射角i2=30°,連接N、O,由幾何關(guān)系知∠MNO=60

25、6;,故∠ENO=30°由于∠ENO為反射角,NO為反射光線,這一光線經(jīng)球面再次折射后不改變方向,所以光線從球面射出的方向相對于其初始入射方向的偏角β=180°-∠ENO=150°答案:150°,2.直角三角形的玻璃磚ABC放置于真空中,∠B=30°,CA的延長線上S點有一點光源,發(fā)出的一條光線由D點射入玻璃磚,如圖所示。光線經(jīng)玻璃磚折射后垂直BC邊射出,且此光束經(jīng)過SD所用時

26、間和在玻璃磚內(nèi)的傳播時間相等。已知光在真空中的傳播速度為c,BD= d,∠ASD=15°。求:,(1)玻璃磚的折射率。(2)SD兩點間的距離。,【解析】(1)由幾何關(guān)系可知入射角i=45°,折射角r=30°,n= 可得n=,(2)在玻璃磚中光速v= 光束經(jīng)過SD和玻璃磚內(nèi)的傳播時間相等有 可得SD=d。答案:(1) 　(2)d,3.(2016·?？诙?如圖所示,

27、在平靜的水面下有一點光源S正在以速度v勻速上浮,開始時點光源到水面的距離為H,水對該光源發(fā)出的單色光的折射率為n。請解答下列問題:,(1)在水面上方可以看到一圓形的透光面,求經(jīng)時間t后該圓的半徑(光源未出水面)。(2)若該單色光在真空中的波長為λ0,該光在水中的波長為多少?,【解析】(1)作出全反射光路圖如圖,設(shè)光在水面發(fā)生全反射的臨界角為C,則sinC=由幾何關(guān)系得:tanC=所以得圓形的透光面半徑為:r=,(2)由n=

28、 ,光的頻率為:f= 可得該光在水中的波長為:λ=答案:(1),熱點考向3　光的波動性　　　　　【典例3】(多選)(2015·全國卷Ⅱ)如圖,一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚,在玻璃磚底面上的入射角為θ,經(jīng)折射后射出a、b兩束光線。則(　　),A.在玻璃中,a光的傳播速度小于b光的傳播速度B.在真空中,a光的波長小于b光的波長C.玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率D.若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大

29、,則折射光線a首先消失E.分別用a、b光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗,a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距,【名師點撥】(1)色光的折射率與折射角的關(guān)系:n越大,偏折角越大。(2)發(fā)生全反射的條件:入射角大于等于臨界角。(3)干涉條紋間距公式:Δx= λ。,【解析】選A、B、D。a光的折射角更大,則玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率,在玻璃中a光的傳播速度小于b光的傳播速度,在真空中,a光的波長小于b光的波長,A

30、、B項正確,C項錯誤;玻璃對a光的折射率大于對b光的折射率,a光的臨界角小,改變光束的入射方向使θ角變大,則折射光線a首先消失,D項正確;a光的波長小于b光的波長,a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距,E項錯誤。,【題組過關(guān)】1.(2015·天津高考)中國古人對許多自然現(xiàn)象有深刻認識,唐人張志和在《玄真子·濤之靈》中寫道:“雨色映日而為虹”。從物理學(xué)的角度看,虹是太陽光經(jīng)過雨滴的兩次折射和一次反射形成的

31、。如圖是彩虹成因的簡化示意圖,其中a、b是兩種不同頻率的單色光,則兩光(　　),A.在同種玻璃中傳播,a光的傳播速度一定大于b光B.以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后,b光側(cè)移量大C.分別照射同一光電管,若b光能引起光電效應(yīng),a光也一定能D.以相同的入射角從水中射入空氣,在空氣中只能看到一種光時,一定是a光,【解析】選C。根據(jù)題圖可知,發(fā)生第一次折射時a光的折射角小于b光的折射角,則a光的折射率大于b光的折射率。由v=

32、 可知,a光傳播速度小于b光,故選項A錯誤;以相同的角度斜射到同一玻璃板透過平行的表面后,a光側(cè)移量大,故選項B錯誤;a光的折射率大于b光的折射率,則a光的頻率大于b光的頻率,照射同一光電管,若b光能引起光電效應(yīng),a光也一定能引起光電效應(yīng),故,選項C正確;以相同的入射角從水中射入空氣,a光折射率大,若只能看到一種出射光時,則是b光,故選項D錯誤。,2.(2016·江蘇高考)(1)楊氏干涉實驗證明光的確是一種波,一

33、束單色光投射在兩條相距很近的狹縫上,兩狹縫就成了兩個光源,它們發(fā)出的光波滿足干涉的必要條件,則兩列光的__ _____________相同。如圖所示,在這兩列光波相遇的區(qū)域中,實線表示波峰,虛線表示波谷,如果放置光屏,在________________(選填“A” “B”或“C”)點會出現(xiàn)暗條紋。,(2)在上述楊氏干涉實驗中,若單色光的波長λ=5.89 ×10-7m,雙縫間的距離d=1mm,雙縫到屏的距離l=2m。求第1個

34、亮條紋到第11個亮條紋的中心間距。,【解析】(1)產(chǎn)生光的干涉的前提是頻率相等。波峰與波峰或者波谷與波谷相疊加振動加強,所以A、B點出現(xiàn)明條紋,波峰與波谷疊加振動減弱,所以C點出現(xiàn)暗條紋。,(2)相鄰亮條紋的中心間距Δx= λ,由題意知,亮條紋的數(shù)目n=10,解得L= 代入數(shù)據(jù)解得L=1.178×10-2m。答案:(1)頻率　C　(2)1.178×10-2m,【規(guī)律總結(jié)】各種色光特征比較,在已知折射角

35、判斷波速、波長、頻率的問題中和已知波長或頻率判斷折射或全反射現(xiàn)象的問題中,折射率都是解決問題的橋梁。,【加固訓(xùn)練】1.(多選)關(guān)于下列光學(xué)現(xiàn)象,說法正確的是　(　　)A.水中藍光的傳播速度比紅光快B.光從空氣射入玻璃時可能發(fā)生全反射C.在岸邊觀察前方水中的一條魚,魚的實際深度比看到的要深D.分別用藍光和紅光在同一裝置上做雙縫干涉實驗,用紅光時得到的條紋間距更寬,E.在給玻璃櫥窗里的文物拍照時,在照相機鏡頭前安裝一片偏振濾光片的

36、目的是減弱反射光使文物清晰,【解析】選C、D、E。光在介質(zhì)中的傳播速度v= ,其中n是折射率,由于藍光折射率大于紅光折射率,所以藍光傳播速度比紅光慢,A項錯誤;光從光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)傳播時,可能發(fā)生全反射,所以B項錯誤;視深h和實際深度H關(guān)系為h= ,所以魚的實際深度比看到的要深,C項正確;條紋間距Δy= λ,由于紅光波長大于藍光波長,所以紅光得到的條紋間距更寬,D項正確;在給玻璃,櫥窗里的文物拍照時,在照相機鏡頭前安

37、裝一片偏振濾光片的目的是減弱反射光使文物清晰,這個偏振片起到了阻礙反射光這種偏振光進入鏡頭的作用,選項E正確。,2.如圖所示的雙縫干涉實驗,用綠光照射單縫S時,在光屏P上觀察到干涉條紋,要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣,可以　(　　)A.增大S1與S2的間距B.減小雙縫屏到光屏的距離C.將綠光換為紅光D.將綠光換為紫光,【解析】選C。雙縫干涉的條紋間距公式:Δx= λ,增大S1與S2的間距就是增大d,所以條紋間距變小,A錯誤