2018屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 板塊一 專題突破復(fù)習(xí) 專題八 振動和波 光學(xué)學(xué)案

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1、 專題八 振動和波 光學(xué) [知識建構(gòu)] [高考調(diào)研] 1.考查方向：高考對本部分的考查熱點：①波的圖象．②波長、波速和頻率及其相互關(guān)系．③光的折射及全反射．④光的干涉、衍射及雙縫干涉實驗．⑤簡諧運動的規(guī)律及振動圖象．⑥電磁波的有關(guān)性質(zhì)． 2.常用的思想方法：①波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判方法．②波動問題出現(xiàn)多解的處理方法．③光的全反射問題的處理方法． [答案]　(1)自由振動、受迫振動和共振的關(guān)系比較 (2)波動圖象和振動圖象異同點對比 (3)全反射的條件：①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；②入射角大于或等于臨界角． (4)光的干涉和衍射的比較

2、 考向一　振動與波動的綜合應(yīng)用 [歸納提煉] 求解波動圖象與振動圖象綜合類問題可采用“一分、一看、二找”的方法 1．分清振動圖象與波動圖象．此問題最簡單，只要看清橫坐標(biāo)即可，橫坐標(biāo)為x則為波動圖象，橫坐標(biāo)為t則為振動圖象． 2．看清橫、縱坐標(biāo)的單位．尤其要注意單位前的數(shù)量級． 3．找準(zhǔn)波動圖象對應(yīng)的時刻． 4．找準(zhǔn)振動圖象對應(yīng)的質(zhì)點． 　(多選)(2017·全國卷Ⅲ)如圖，一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，實線為t＝0時的波形圖，虛線為t＝0.5 s時的波形圖．已知該簡諧波的周期大于0.5 s．關(guān)于該簡諧波，下列說法正確的是________． A．波長為2 m B．

3、波速為6 m/s C．頻率為1.5 Hz D．t＝1 s時，x＝1 m處的質(zhì)點處于波峰 E．t＝2 s時，x＝2 m處的質(zhì)點經(jīng)過平衡位置 解法一：用波向x正方向勻速運動求解． [思路點撥]　抓住簡諧橫波在同一均勻介質(zhì)中勻速運動、波形整體向前推進(jìn)的特點求解。從圖1可知，虛線是左邊實線向x正方向推進(jìn)所致，從而求出波速和x＝1 m、x＝2 m處質(zhì)點在不同時刻的位置． [解析]　由圖得波長為λ＝4 m，A選項不正確。 因該簡諧波的周期T>0.5 s，說明波的運動不到一波長．由圖1可知，波的位移為 Δx＝＝3 m 所以波速v＝＝ m/s＝6 m/s，選項B正確． 由v＝得 T＝ s

4、 所以，頻率f＝＝1.5 Hz，選項C正確． 由Δx＝vt，t＝1 s時，Δx＝6 m，C處的②號波谷來到了x＝1 m的B處，所以x＝1 m處的質(zhì)點處于波谷，選項D不正確． 同理，t＝2 s時，Δx1＝vt＝12 m，距離x＝2 m左邊12 m的波形(圖中沒有畫出)，來到了x＝2 m位置，所以x＝2 m處的質(zhì)點正經(jīng)過平衡位置往y軸正方向運動，選項E正確． 解法二：用波運動而質(zhì)點只是在平衡位置振動求解． [思路點撥]　抓住特殊質(zhì)點振動與波形的對應(yīng)關(guān)系特點求解．在波的傳播過程中，質(zhì)點并沒有隨波逐流．波向x正方向傳播所需時間剛好是，時間內(nèi)處于波峰的質(zhì)點來到平衡位置向y軸負(fù)方向運動.時間

5、波峰處質(zhì)點經(jīng)歷了從波峰到平衡位置，再從平衡位置到波谷，又從波谷到平衡位置向上．從而確定各質(zhì)點在各時刻的位置． [解析]　由圖2得波長為λ＝4 m，選項A不正確． 因該簡諧波的周期T>0.5 s，說明波的運動還不到一個波長．由圖可知，波的位移Δx＝.所以相應(yīng)的時間t＝0.5 s＝，則T＝ s，頻率f＝＝1.5 Hz，選項C正確． 所以波速v＝＝ m/s＝6 m/s，選項B正確． t＝0 s時，x＝1 m處的質(zhì)點正處于波峰，將要往y軸負(fù)方向運動．經(jīng)來到平衡位置往y軸負(fù)方向運動；經(jīng)到波谷；時來到平衡位置沿y軸正方向運動．所以選項D錯誤． x＝2 m處的質(zhì)點在t＝0 s時，正經(jīng)過平衡位置

6、往y軸正方向運動． t＝2 s，由n＝可得 n＝＝＝3 即再經(jīng)過3個整周期，質(zhì)點仍在原位置．故選項E正確． [答案]　BCE [熟練強(qiáng)化] 1．(多選)(2017·河北正定模擬)如圖所示，有一列減幅傳播的簡諧橫波，x＝0與x＝75 m處的A、B兩個質(zhì)點的振動圖象分別如圖中實線與虛線所示．則這列波的(　　) A．A點處波長是10 cm，B點處波長是5 cm B．周期一定都是2×10－2 s C．t＝0.0125 s時刻，兩質(zhì)點的振動速度方向相反 D．傳播速度一定是600 m/s E．A質(zhì)點的振幅是B質(zhì)點的振幅的2倍 [解析]　由A、B兩質(zhì)點的振動圖象可知兩質(zhì)點的周期均

7、為2×10－2 s，所以B項正確；再由振動圖象知t＝0時，質(zhì)點A在平衡位置且向上振動，B處在波峰，則有75 m＝λ＋nλ(n＝0、1、2、3…)，解得λ＝ m(n＝0、1、2、3…)，所以A項錯；在t＝0.0125 s＝T時，質(zhì)點A向下振動，B向上振動，所以C項正確；波的傳播速度v＝＝ m/s(n＝0、1、2、3…)，有多種可能，D項錯；由圖可知質(zhì)點A的振幅為10 cm，質(zhì)點B的振幅為5 cm，所以E項正確． [答案]　BCE 2．(多選)(2017·河南六市一聯(lián))某橫波在介質(zhì)中沿x軸傳播，圖甲為t＝0.75 s時的波形圖，圖乙為P點(x＝1.5 m處的質(zhì)點)的振動圖象，那么下列說法正確的

8、是(　　) A．該波向左傳播，波速為2 m/s B．質(zhì)點L與質(zhì)點N的運動方向總相反 C．t＝1.0 s時，質(zhì)點P處于平衡位置，并正在往y軸正方向運動 D．在0.5 s時間內(nèi)，質(zhì)點P向右運動了1 m E．若該波波長增大，則更容易發(fā)生明顯的衍射 [解析]　由乙圖可知T＝2 s，且P質(zhì)點在0.75 s時向y軸負(fù)方向運動，結(jié)合甲圖可知該波向左傳播，由圖甲知λ＝4 m，則波速v＝＝2 m/s，A項正確．由圖甲可知，質(zhì)點L和質(zhì)點N的平衡位置相距λ，則質(zhì)點L與質(zhì)點N的運動方向總相反，B項正確．由圖乙可知t＝1.0 s時，質(zhì)點P處于平衡位置，并正在往y軸負(fù)方向運動，C項錯誤．波動過程中各質(zhì)點只

9、在各自的平衡位置附近振動，并不隨波遷移，D項錯誤．由發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，E項正確． [答案]　ABE 判斷波的傳播方向和質(zhì)點振動方向的方法 考向二　光的折射和全反射 [歸納提煉] 1．求解光的折射問題時應(yīng)掌握以下幾點 (1)光的折射現(xiàn)象遵守折射定律；光從真空射入某種介質(zhì)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做介質(zhì)的折射率.＝n，實驗證明：n＝. (2)光線照射到棱鏡的一個側(cè)面上時，經(jīng)兩個側(cè)面折射后，出射光線向棱鏡的底邊偏折．白光通過三棱鏡后，出射光束變?yōu)榧t、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七色光的光束，這種現(xiàn)象叫光的色散． (3)在解決光的折射問題時，應(yīng)根據(jù)題意作出光路

10、圖，找出入射角和折射角，并注意光路是可逆的．靈活運用幾何知識和三角函數(shù)的知識解決幾何光學(xué)問題，然后應(yīng)用公式來求解． 2．分析光的全反射、臨界角問題的一般思路 (1)畫出恰好發(fā)生全反射的光路． (2)利用幾何知識分析邊、角關(guān)系，找出臨界角． (3)以剛好發(fā)生全反射的光線為比較對象來判斷光線是否發(fā)生全反射，從而畫出其他光線的光路圖． 　(2017·全國卷Ⅰ) 如圖，一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體，O點為球心；下半部是半徑為R、高為2R的圓柱體，圓柱體底面鍍有反射膜．有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入，該光線與OC之間的距離為0.6R.已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平

11、行(不考慮多次反射)．求該玻璃的折射率． [思路路線]　 [解析]　如圖，根據(jù)光路的對稱性和光路可逆性，與入射光線相對于OC軸對稱的出射光線一定與入射光線平行．這樣，從半球面射入的折射光線，將從圓柱體底面中心C點反射． 設(shè)光線在半球面的入射角為i，折射角為r.由折射定律有 sini＝nsinr① 由正弦定理有 ＝② 由幾何關(guān)系，入射點的法線與OC的夾角為i.由題設(shè)條件和幾何關(guān)系有 sini＝③ 式中L是入射光線與OC的距離．由②③式和題給數(shù)據(jù)得 sinr＝④ 由①③④式和題給數(shù)據(jù)得 n＝≈1.43 [答案]　1.43 光的折射和全反射問題的解題技巧

12、 (1)在解決光的折射問題時，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)分析全反射問題時，先確定光是否由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)、入射角是否大于臨界角，若不符合全反射的條件，則再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(zhǔn)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． [熟練強(qiáng)化] 遷移一　折射定律的應(yīng)用 1．一直桶狀容器的高為2l，底面是邊長為l的正方形；容器內(nèi)裝滿某種透明液體，過容器中心軸DD′、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖所示．容器右側(cè)內(nèi)

13、壁涂有反光材料，其他內(nèi)壁涂有吸光材料．在剖面的左下角處有一點光源，已知由液體上表面的D點射出的兩束光線相互垂直，求該液體的折射率． [解析]　設(shè)從光源發(fā)出直接射到D點的光線的入射角為i1，折射角為r1.在剖面內(nèi)作光源相對于反光壁的鏡像對稱點C，連接C、D，交反 光壁于E點，由光源射向E點的光線，反射后沿ED射向D點．光線在D點的入射角為i2，折射角為r2，如圖所示．設(shè)液體的折射率為n，由折射定律有 nsini1＝sinr1① nsini2＝sinr2② 由題意知r1＋r2＝90°③ 聯(lián)立①②③式得n2＝④ 由幾何關(guān)系可知sini1＝＝⑤ sini2＝＝⑥ 聯(lián)立④⑤⑥式

14、得n＝1.55⑦ [答案]　1.55 遷移二　三棱鏡的折射與全反射的考查 2．如右圖所示，一玻璃棱鏡的截面為直角三角形ABD，∠A＝30°，斜邊AB＝L，現(xiàn)有一條光線從距離B點處的O點垂直BD邊射入，已知玻璃對該光線的折射率n＝，求光線在AD邊的射出點到A點的距離． [解析]　光路如圖所示，光線射到AB界面時的入射角i＝60° 全反射臨界角C滿足sinC＝＝，可得C＝45°

15、＝ 則AF＝＝ [答案]　 遷移三　半圓形玻璃磚的折射與全反射的考查 3．(2017·全國卷Ⅲ)如圖，一半徑為R的玻璃半球，O點是半球的球心，虛線OO′表示光軸(過球心O與半球底面垂直的直線)．已知玻璃的折射率為1.5.現(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線)．求 (1)從球面射出的光線對應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值； (2)距光軸的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點到O點的距離． [解析]　(1)如圖，從底面上A處射入的光線，在球面上發(fā)生折射時的入射角為i，當(dāng)i等于全反射臨界角ic時，對應(yīng)入射光線到光軸的距離最大，設(shè)最大

16、距離為l. i＝ic① 設(shè)n是玻璃的折射率，由全反射臨界角的定義有nsinic＝1② 由幾何關(guān)系有 sini＝③ 聯(lián)立①②③式并利用題給條件，得 l＝R④ (2)設(shè)與光軸相距的光線在球面B點發(fā)生折射時的入射角和折射角分別為i1和r1，由折射定律有 nsini1＝sinr1⑤ 設(shè)折射光線與光軸的交點為C，在△OBC中，由正弦定理有 ＝⑥ 由幾何關(guān)系有 ∠C＝r1－i1⑦ sini1＝⑧ 聯(lián)立⑤⑥⑦⑧式及題給條件得 OC＝R≈2.74R⑨ [答案]　(1)R　(2)2.74R 考向三　光的波動性 [歸納提煉] 1．干涉與衍射的比較 光的干涉與衍射現(xiàn)象是光

17、的波動性的表現(xiàn)，也是光具有波動性的證據(jù)．兩者的區(qū)別是：光的干涉現(xiàn)象只有在符合一定條件下才發(fā)生；而光的衍射現(xiàn)象卻總是存在的，只有明顯與不明顯之分． 光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象在屏上出現(xiàn)的都是明暗相間的條紋，但雙縫干涉時條紋間隔均勻，從中央到兩側(cè)的明紋亮度不變化；而單縫衍射的條紋間隔不均勻，中央明紋又寬又亮，從中央向兩側(cè)，條紋寬度減小，明紋亮度顯著減弱． 2．光的偏振 橫波的振動矢量垂直于波的傳播方向振動時，偏于某個特定方向的現(xiàn)象叫偏振．縱波只能沿著波的傳播方向振動，所以不可能有偏振，光的偏振現(xiàn)象證明光是橫波．光的偏振現(xiàn)象在科技、生活中的應(yīng)用有：照相機(jī)鏡頭上的偏振片、立體電影等． [熟練強(qiáng)化]

18、 角度一　光的衍射 1．(2017·常州重點中學(xué)第二次聯(lián)合)抽制細(xì)絲時可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如下圖所示，激光束越過細(xì)絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板上的一條同樣寬度的窄縫規(guī)律相同，則下列描述正確的是(　　) ①這是利用光的干涉現(xiàn)象?、谶@是利用光的衍射現(xiàn)象?、廴绻辽蠗l紋變寬，表明抽制的絲變粗了?、苋绻辽蠗l紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)了 A．①③ B．②④ C．①④ D．②③ [解析]　上述現(xiàn)象符合光的衍射產(chǎn)生的條件，故②正確；由衍射產(chǎn)生的條件，可知絲越細(xì)，即障礙物尺寸越小，衍射現(xiàn)象越明顯，故④也正確． [答案]　B 角度二　光的干涉 2．(多選)把一個曲率半徑很大的凸透鏡的彎

19、曲表面壓在另一個玻璃平面上，讓單色光從上方射入，俯視可以觀察到明暗相間的同心圓環(huán)，如圖所示．這個現(xiàn)象是牛頓首先發(fā)現(xiàn)的，這些同心圓叫做牛頓環(huán)．為了使同一級圓環(huán)的半徑變大(例如從中心數(shù)起的第二條圓環(huán))，則應(yīng)(　　) A．將凸透鏡的曲率半徑變大 B．將凸透鏡的曲率半徑變小 C．改用波長更長的單色光照射 D．改用波長更短的單色光照射 [解析]　牛頓環(huán)的形成是利用空氣薄膜干涉原理，為了使同一級圓環(huán)半徑變大，可以使空氣薄膜更薄，或改用波長更長的單色光照射，故選A、C. [答案]　AC 角度三　光的偏振 3．(2017·皖南八校第二次聯(lián)考)光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波．下列現(xiàn)象中不能反映光的

20、偏振特性的是(　　) A．一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個偏振片，透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化 B．一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當(dāng)反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90°時，反射光是偏振光 C．日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景物的像更清晰 D．通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋 [解析]　由光的偏振現(xiàn)象的知識，可知A、B、C均反映了光的偏振特性，只有D選項反映了光的衍射現(xiàn)象，故選D. [答案]　D 干涉和衍射的比較 高考題型預(yù)測——波的多解問題 [考點歸納] 造成波動問題多解的主要因素 1．周期性

21、 (1)時間周期性：時間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確； (2)空間周期性：波傳播距離Δx與波長λ的關(guān)系不明確． 2．雙向性 (1)傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定； (2)振動方向雙向性：質(zhì)點振動方向不確定． 3．對稱性 波源的振動，要帶動它左、右相鄰質(zhì)元的振動，波向左、右兩方向傳播．對稱性是指波在介質(zhì)中向左、右同時傳播時，關(guān)于波源對稱的左、右兩質(zhì)點振動情況完全相同． 4．波形的隱含性形成多解在波動問題中，往往只給出完整波形的一部分，或給出幾個特殊點，而其余信息，均處于隱含狀態(tài)．這樣，波形就有多種情況，形成波動問題的多解性． [典題示例] (2017·河北六校聯(lián)考)簡諧橫波

22、在均勻介質(zhì)中沿直線傳播，P、Q是傳播方向上相距10 m的兩質(zhì)點．波先傳到P，當(dāng)波傳到Q開始計時，P、Q兩質(zhì)點的振動圖象如圖所示．則(　　) A．質(zhì)點Q開始振動的方向沿y軸正方向 B．該波從P傳到Q的時間可能為7 s C．該波的傳播速度可能為2 m/s D．該波的波長可能為6 m [審題指導(dǎo)] 第一步　讀題干—提信息 題干 信息 1)P、Q是傳播方向上相距10 m的兩質(zhì)點 需確立距離與λ的關(guān)系 2)可能 此題為多解問題 3)振動圖象 判斷兩點某時振動方向. 第二步　審程序—順?biāo)悸? [解析]　由圖可知，t＝0時質(zhì)點Q處于平衡位置，t＝時運動至波峰，故其起振方

23、向沿y軸正方向，A正確；仍由圖可知，T＝6 s，質(zhì)點Q比質(zhì)點P到達(dá)同一振動狀態(tài)晚了Δt＝nT＋T＝(6n＋4) s(n＝0,1,2，…)，此即為該波從P傳到Q所需的時間，當(dāng)Δt＝7 s時n＝，故B錯誤；由v＝＝ m/s知，當(dāng)v＝2 m/s時n＝，故C錯誤；再由λ＝vT＝ m知，當(dāng)n＝1時λ＝6 m，故D正確． [答案]　AD 解決波的多解問題的方法 一般采用從特殊到一般再從一般到特殊的思維方法，即首先找出一個周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系Δt或Δx，若此關(guān)系為時間，則t＝nT＋Δt(n＝0,1,2，…)；若此關(guān)系為距離，則x＝nλ＋Δx(n＝0,1,2，…)．然后結(jié)合題意或附加限制條件從多種可

24、能情況中選出完全符合要求的一種或幾種答案． [預(yù)測題組] (多選)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，t時刻波形圖如下圖中的實線所示，此時波剛好傳到P點，t＋0.6 s時刻的波形如圖中的虛線所示，a、b、c、P、Q是介質(zhì)中的質(zhì)點，則下列說法正確的是(　　) A．這列波的波速可能為50 m/s B．質(zhì)點a在這段時間內(nèi)通過的路程一定小于30 cm C．質(zhì)點c在這段時間內(nèi)通過的路程可能為60 cm D．若周期T＝0.8 s，則在t＋0.5 s時刻，質(zhì)點b、P的位移相同 E．若周期T＝0.8 s，從t＋0.4 s時刻開始計時，則質(zhì)點c的振動方程為x＝0.1sinπt(m) [解析]　由波

25、形圖可知波長λ＝40 m，且0.6 s＝nT＋T(n＝0,1,2，…)，解得周期T＝ s(n＝0,1,2，…). 當(dāng)n＝0時，T＝0.8 s，波速v＝＝50 m/s，選項A正確；由傳播方向沿x軸正方向可知質(zhì)點a在t時刻向上運動，當(dāng)n＝0時，T＝0.8 s，則質(zhì)點a在這段時間內(nèi)通過的路程小于30 cm，當(dāng)n＝1時，T＝ s，質(zhì)點a在這段時間內(nèi)通過的路程大于30 cm，選項B錯誤；若n＝1，則T＝ s，波傳播到c點所用時間為T,0.6 s＝，質(zhì)點c振動的時間為T－T＝T，故在這段時間內(nèi)質(zhì)點c通過的路程則為6A＝60 cm，選項C正確；若T＝0.8 s，t＋0.5 s時刻，質(zhì)點b、P的位移均為負(fù)值，大小相等，選項D正確；若T＝0.8 s，從t＋0.4 s時刻開始計時，則質(zhì)點c的振動方程為y＝0.1cosπt(m)，選項E錯誤． [答案]　ACD 20