（新课标）2020版高考物理二轮复习 专题七 振动和波动 光课件

专题七振动和波动光[做真题·明考向][研考向·提能力][建体系·记要点]目录ONTENTSC4[限时练·通高考][网络构建][要点熟记]1．振动(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．(3)振动的方程：x＝Asinωt.(4)单摆周期公式为：T＝2πLg，单摆的周期与摆球的质量无关．(5)受迫振动的频率等于驱动力的频率，当驱动力的频率与系统的固有频率接近时，会发生共振现象．2．波的形成与传播(1)波在传播中的两点注意①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；②波速的计算：v＝λf＝λT，v＝ΔxΔt(其中Δx为Δt时间内波沿传播方向传播的距离)．(2)波的传播问题中的四个易错点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介质中各质点随波振动，但并不随波迁移．③沿波的传播方向上波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．(3)波的传播方向与质点的振动方向的判断方法：“上下坡”法、“同侧”法、“微平移”法.3．光的折射和全反射(1)折射定律：光从真空进入介质时n＝sinisinr＝cv.(2)全反射条件：光从光密介质射入光疏介质；入射角等于或大于临界角C，sinC＝1n.(3)在同一介质中，不同频率的光对应的折射率不同，频率越高，对应的折射率越大．4．波的干涉、衍射等现象(1)干涉、衍射是波特有的现象．干涉条件：频率相同、相位差恒定，振动方向相同；明显衍射条件：缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小．(2)两个振动情况相同的波源发生干涉时的振动加强区：Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)；振动减弱区：Δr＝(n＋12)λ(n＝0,1,2，…)．(3)光的干涉条纹特点：明暗相间，条纹间距Δx＝ldλ.[真题再做]1．(2019·高考全国卷Ⅰ，T34)(1)一简谐横波沿x轴正方向传播，在t＝T2时刻，该波的波形图如图(a)所示，P、Q是介质中的两个质点．图(b)表示介质中某质点的振动图象．下列说法正确的是________．A．质点Q的振动图象与图(b)相同B．在t＝0时刻，质点P的速率比质点Q的大C．在t＝0时刻，质点P的加速度的大小比质点Q的大D．平衡位置在坐标原点的质点的振动图象如图(b)所示E．在t＝0时刻，质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大(2)如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3m．距水面4m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin53°＝0.8)．已知水的折射率为43.(ⅰ)求桅杆到P点的水平距离；(ⅱ)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离．解析：(1)t＝T2时刻，质点Q在平衡位置向上振动，振动图象与图(b)不符，故A错误．t＝0时刻的波形图如图所示[图(a)的波形图左移半个波长即可得到]，质点P在最低点，Q在平衡位置，质点Q的速率比P的大，质点P的加速度大小比质点Q的大，故B错误，C正确．t＝T2时刻，坐标原点的质点经过平衡位置向下振动，对应的振动图象与图(b)吻合，故D正确．t＝0时刻，质点P与其平衡位置的距离为振幅，质点Q在平衡位置，与其平衡位置的距离为0，故E正确．(2)(ⅰ)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2；桅杆顶端距水平面的高度为h1，P点处水深为h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为θ.由几何关系有x1h1＝tan53°①x2h2＝tanθ②由折射定律有sin53°＝nsinθ③设桅杆到P点的水平距离为x，则x＝x1＋x2④联立①②③④式并代入题给数据得x＝7m⑤(ⅱ)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时，从水面出射光线的方向与竖直方向夹角为i′，由折射定律有sini′＝nsin45°⑥设船向左行驶的距离为x′，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1′，到P点的水平距离为x2′，则x1′＋x2′＝x′＋x⑦x1′h1＝tani′⑧x2′h2＝tan45°⑨联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得x′＝(62－3)m≈5.5m⑩答案：(1)CDE(2)(ⅰ)7m(ⅱ)5.5m2．(2019·高考全国卷Ⅱ，T34)(1)如图，长为l的细绳下方悬挂一小球a，绳的另一端固定在天花板上O点处，在O点正下方34l的O′处有一固定细铁钉．将小球向右拉开，使细绳与竖直方向成一小角度(约为2°)后由静止释放，并从释放时开始计时．当小球a摆至最低位置时，细绳会受到铁钉的阻挡．设小球相对于其平衡位置的水平位移为x，向右为正．下列图象中，能描述小球在开始一个周期内的x­t关系的是________．(2)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长．实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹．回答下列问题：(ⅰ)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可______；A．将单缝向双缝靠近B．将屏向靠近双缝的方向移动C．将屏向远离双缝的方向移动D．使用间距更小的双缝(ⅱ)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________；(ⅲ)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm.则所测单色光的波长为______nm(结果保留3位有效数字)．解析：(1)由单摆的周期公式T＝2πLg可知，小球在钉子右侧时，振动周期为在左侧时振动周期的2倍，所以B、D项错误．由机械能守恒定律可知，小球在左右最大位移处距离最低点的高度相同，但由于摆长不同，所以小球在左、右两侧摆动时相对平衡位置的最大水平位移不同，当小球在右侧摆动时，最大水平位移较大，故A项正确，C项错误．(2)(ⅰ)相邻明(暗)干涉条纹的宽度Δx＝ldλ，要增加观察到的条纹个数，即减小Δx，需增大d或减小l，因此选项B正确．(ⅱ)第1条到第n条暗条纹间的距离为Δx，则相邻暗条纹间的距离Δx′＝Δxn－1，又Δx′＝ldλ，解得λ＝d·Δxn－1l.(ⅲ)由λ＝d·Δxn－1l，代入数据解得λ＝630nm.答案：(1)A(2)(ⅰ)B(ⅱ)d·Δxn－1l(ⅲ)6303．(2019·高考全国卷Ⅲ，T34)(1)水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上．振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源．两波源发出的波在水面上相遇，在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样．关于两列波重叠区域内水面上振动的质点，下列说法正确的是________．A．不同质点的振幅都相同B．不同质点振动的频率都相同C．不同质点振动的相位都相同D．不同质点振动的周期都与振动片的周期相同E．同一质点处，两列波的相位差不随时间变化(2)如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝30°.一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出．(ⅰ)求棱镜的折射率；(ⅱ)保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC边上恰好有光线射出．求此时AB边上入射角的正弦．解析：(1)两列波相遇叠加产生干涉，一些质点的振动加强，一些质点的振动减弱，即振幅不同；各质点的振动频率、周期都与振动片相同；不同质点的振动相位不同(不是同时到达正的最大位移)；两列波到达某点时相位差恒定．故选项B、D、E正确．(2)(ⅰ)光路图及相关量如图所示．光束在AB边上折射，由折射定律得sinisinα＝n①式中n是棱镜的折射率．由几何关系可知α＋β＝60°②由几何关系和反射定律得β＝β′＝∠B③联立①②③式，并代入i＝60°得n＝3④(ⅱ)设改变后的入射角为i′，折射角为α′，由折射定律得sini′sinα′＝n⑤依题意，光束在BC边上的入射角为全反射的临界角θc，且sinθc＝1n⑥由几何关系得θc＝α′＋30°⑦由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦为sini′＝3－22⑧答案：(1)BDE(2)(ⅰ)3(ⅱ)3－22[考情分析]■命题特点与趋势——怎么考1．分析近几年的高考试题，本讲命题热点主要有以下特点：(1)在考查机械波的形成和传播时，往往以考查振动图象和波动图象为主，主要涉及的知识为波速、波长和频率(周期)的关系．(2)光学部分以考查光的折射定律和全反射、光的干涉、衍射等知识为主．2．2020年高考命题形式变化不大，仍为一选择题(或填空题)加一计算题，选择题(或填空题)侧重考查机械波的传播特点、光学现象分析、电磁波的特点或实验分析计算，计算题主要考查光的折射、全反射的综合应用，也可能会考查振动和波的综合应用．■解题要领——怎么做本部分内容应加强对基本概念和规律的理解，抓住波的传播特点和图象分析、光的折射定律和全反射这两条主线，兼顾振动图象和光的特性(干涉、衍射、偏振)、光的本性，强化典型问题的训练，力求掌握解决本部分内容的基本方法．考向一机械振动、机械波1．简谐运动具有对称性和周期性位移x、回复力F、加速度a、速度v都随时间按“正弦”或“余弦”规律变化，它们的周期均相同；振动质点来回通过相同的两点间所用时间相等；振动质点关于平衡位置对称的两点，x、F、a、v、动能Ek、势能Ep的大小均相等，其中F、a与x方向相反，v与x的方向可能相同也可能相反．2．波的传播方向与质点振动方向的互判方法方法解读图象演示“上下坡”法沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动“同侧”法波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧方法解读图象演示“微平移”法将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向3.波动问题出现多解的主要原因(1)波传播的周期性：在波的传播方向上相距波长整数倍的质点振动情况相同，因此质点的位移、加速度、振动方向和波的形状出现了周期性的变化．(2)波传播具有双向性：当波沿x轴方向传播时，波既可以沿x轴正方向传播，也可以沿x轴负方向传播，导致多解．[典例1](多选)(2019·安徽淮南高三调研)图(a)为一列简谐横波在t＝0.20s时刻的波形图，P是平衡位置在x＝1.0m处的质点，Q是平衡位置在x＝4.0m处的质点；图(b)为质点Q的振动图象．下列说法正确的是()A．在t＝0.10s时，质点Q向y轴负方向运动B．在t＝0.25s时，质点P的加速度方向与y轴正方向相同C．从t＝0.10s到t＝0.25s，该波沿x轴负方向传播了6mD．从t＝0.10s到t＝0.25s，质点P通过的路程为30cm[解析]图(b)为质点Q的振动图象，则知在t＝0.10s时，质点Q正从平衡位置向波谷运动，所以点Q向y轴负方向运动，故A正确；在t＝0.20s时，质点Q沿y轴正方向运动，根据“上下坡法”，可知该波沿x轴正方向传播，此时P点正向下运动．由图(b)读出周期T＝0.2s，从t＝0.20s到t＝0.25s经过的时间为Δt＝0.05s＝14T，则在t＝0.25s时，质点P位于x轴下方，加速度方向与y轴正方向相同，故B正确；由甲图知波长λ＝8m，则波速为v＝λT＝80.2m/s＝40m/s，从t＝0.10s到＝0.25s经过的时间为Δt′＝0.15s，该波沿x轴正方向传播的距离为Δx＝vΔt′＝40×0.15m＝6m，故C错误；从t＝0.10s到＝0.25s经过的时间为Δt′＝0.15s＝34T，由于t＝0.10s时刻质点P不在平衡位置或波峰、波谷处，所以质点P通过的路程不是3A＝30cm，故D错误．[答案]AB方法技巧“一分、一看、二找”巧解波动图象与振动图象的综合问题———————————————————————(1)分清振动图象与波动图象．只要看清横坐标即可，横坐标为x则为波动图