高考物理二轮复习 专题七 选考模块 第2讲 振动和波 光学课件

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1、-5-网络构建要点必备-6-网络构建要点必备1.振动和波。(1)振动的周期性、对称性:x=。(2)波的产生和传播:v=。2.光的折射和全反射。(1)折射定律:光从真空进入介质时:n=。(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=。3.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:。(2)明条纹(振动加强区):r=;暗条纹(振动减弱区):r=。(k=0,1,2,3,)(3)光的干涉条纹特点:明暗相间,条纹间距x=。Asint d k -7-1231.(2018全国卷)(1)(多选)一列简谐横波

2、沿x轴正方向传播,在t=0和t=0.20s时的波形分别如图中实线和虚线所示。已知该波的周期T0.20s。下列说法正确的是()A.波速为0.40m/sB.波长为0.08mC.x=0.08m的质点在t=0.70s时位于波谷D.x=0.08m的质点在t=0.12s时位于波谷E.若此波传入另一介质中其波速变为0.80m/s,则它在该介质中的波长为0.32m-8-123(2)如图,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O点),然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC边上。D位于AB边上,过D点做AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察

3、,恰好可以看到小标记的像;过O点做AB边的垂线交直线DF于E;DE=2cm,EF=1cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)-9-123考点定位:机械波、折射定律命题能力点:侧重考查理解能力和分析综合能力物理学科素养点:科学思维解题思路与方法:(2)画出光路图,根据题目条件“恰好可以看到小标记的像”找几何关系。 解析 (1)根据题意,从图中可以看出该波波长等于0.16m,由于周期T0.20s,因此在0.20s时间内波向x轴正方向传播只能是0.5,所以周期为0.40s,波速为v= =0.40m/s,A对、B错;0.7s=1.75T,0.12s=0.3T,t=0时刻位于0.08m处的

4、质点向上振动,0.70s后处于波谷位置,0.12s后介于平衡位置和波峰之间,C对、D错;波传播到另一介质中后周期不变,波长变为=vT=0.32m,E选项正确。-10-123(2)过D点作AB边的法线NN,连接OD,则ODN=为O点发出的光线在D点的入射角;设该光线在D点的折射角为,如图所示。根据折射定律有nsin=sin式中n为三棱镜的折射率。由几何关系可知=60EOF=30在OEF中有EF=OEsinEOF由式和题给条件得OE=2cm根据题给条件可知,OED为等腰三角形,有=30由式得n= -11-1232.(2017全国卷)(1)如图甲,在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0

5、,4)和S2(0,-2)。两波源的振动图线分别如图乙和图丙所示。两列波的波速均为1.00m/s。两列波从波源传播到点A(8,-2)的路程差为m,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互(选填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)处质点的振动相互(选填“加强”或“减弱”)。-12-123-13-123(2)如图,一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体,O点为球心;下半部是半径为R、高为2R的圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入,该光线与OC之间的距离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。-14-123考点定

6、位:机械振动、机械波、折射率命题能力点:侧重考查理解能力和分析综合能力物理学科素养点:科学思维解题思路与方法:(2)画出光路图,根据题目条件“最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行”找几何关系。答案 (1)2减弱加强(2)1.43-15-123-16-123(2)如图,根据光路的对称性和光路可逆性,与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行。这样,从半球面射入的折射光线,将从圆柱体底面中心C点反射。-17-123-18-1233.(2016全国卷)(1)(多选)关于电磁波,下列说法正确的是()A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形

7、成电磁波C.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输E.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失-19-123(2)一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播,波长不小于10cm。O和A是介质中平衡位置分别位于x=0和x=5cm处的两个质点。t=0时开始观测,此时质点O的位移为y=4cm,质点A处于波峰位置;t= s时,质点O第一次回到平衡位置;t=1s时,质点A第一次回到平衡位置。求:()简谐波的周期、波速和波长;()质点O的位移随时间变化的关系式。考点定位:电磁波、机械振动、机

8、械波命题能力点:侧重考查理解能力和分析综合能力物理学科素养点:科学思维解题思路与方法:机械波传播的是振动形式,可以由求得波的波速;质点O的位移随时间变化的关系式y=Acos(t+),把时间和位移代入即可求得。-20-123答案 (1)ABC(2)()4s7.5cm/s30cm解析 (1)电磁波在真空中的传播速度为光速,A选项正确;电磁波是由周期性变化的电场和磁场相互激发产生的,B选项正确;传播速度方向、电场方向、磁场方向三者两两垂直,C选项正确;电磁波可以通过光缆传播,D选项错误;当电磁振荡消失后,电磁波可继续传播,E选项错误。-21-123-22-123-23-123【命题规律研究及预测】

9、近年的高考试题可以看出,光的折射、全反射的计算,机械波的波长、波速和频率(周期)的关系是近年来的高考热点,题型为一个多项选择题(或填空题)和一个计算题。在2019年的备考过程中重视对光的折射定律、波速和频率(周期)的关系的复习,除此之外,多普勒效应、电磁波谱、电磁波等知识点也不能忽视。-24-考点一考点二考点三机械振动与波机械振动与波(H)规律方法-25-考点一考点二考点三【典例1】(2018全国卷)一列简谐横波在时的波形图如图(a)所示,P、Q是介质中的两个质点。图(b)是质点Q的振动图象。求(1)波速及波的传播方向;(2)质点Q的平衡位置的x坐标。思维点拨由图(a)读出波长,由图(b)读出

10、周期和在时的振动方向。答案 (1)0.18m/sx轴负方向(2)(9cm,0)-26-考点一考点二考点三-27-考点一考点二考点三1.(2018全国卷)声波在空气中的传播速度为340m/s,在钢铁中的传播速度为4900m/s。一平直桥由钢铁制成,某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音,分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00s,桥的长度为m,若该声波在空气中的波长为,则它在钢铁中的波长为的倍。-28-考点一考点二考点三2.(多选)(2017全国卷)如图,一列简谐横波沿x轴正方向传播,实线为t=0时的波形图,虚线为t=0.5s时的波形。已知该简谐波的周期大于0.5s。关于该简谐波,下列说法正确

11、的是()A.波长为2mB.波速为6m/sC.频率为1.5HzD.t=1s时,x=1m处的质点处于波峰E.t=2s时,x=2m处的质点经过平衡位置BCE-29-考点一考点二考点三-30-考点一考点二考点三3.(2018北京卷)如图所示,一列简谐横波向右传播,P、Q两质点平衡位置相距0.15m。当P运动到上方最大位移处时,Q刚好运动到下方最大位移处,则这列波的波长可能是()A.0.60mB.0.30mC.0.20mD.0.15mB解析 依题意可画出波形图P、Q两质点平衡位置与波长间的关系为(2n-1) =0.15m(n= 1,2,3,),当n=1时=0.30m。当n=2时=0.1m,n增大时,减小

12、,故A、B、C、D四项中只有B正确。-31-考点一考点二考点三光的折射和全反射光的折射和全反射(H)规律方法求解光的折射和全反射的思路-32-考点一考点二考点三【典例2】 (2018全国卷)如图,ABC是一直角三棱镜的横截面,A=90,B=60一细光束从BC边的D点折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出,EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点,不计多次反射。(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角;(2)为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?思维点拨(1)根据题意画出光路图,根据几何关系找到出射光线与入射光线之间的夹角;(2)要保证在E点发生全反射,则在E点的入射

13、角要大于等于临界角C。-33-考点一考点二考点三解析 (1)光线在BC面上折射,由折射定律有sini1=nsinr1式中,n为棱镜的折射率,i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射,由反射定律有i2=r2式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。光线在AB面上发生折射,由折射定律有nsini3=sinr3式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。由几何关系得i2=r2=60,r1=i3=30F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为=(r1-i1)+(180-i2-r2)+(r3-i3)由式得=60-34-考点一考点二考点三(2)光线在AC

14、面上发生全反射,光线在AB面上不发生全反射,有nsini2nsinCnsini3式中C是全反射临界角,满足nsinC=1由式知,棱镜的折射率n的取值范围应为方法技巧本题考查了几何光学,处理此类题的方法一般是正确画光路图利用几何关系求偏角,还要知道全反射的条件是什么。-35-考点一考点二考点三4.(2018全国卷)如图,ABC为一玻璃三棱镜的横截面,A=30。一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60,则玻璃对红光的折射率为,若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在D点射出时的折射角(选填“小于”“等于”或“大于”)60。-36-考点一考点二考点三5.(2017全国卷)(2017全国

15、卷)如图,一半径为R的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求:(1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值;(2)距光轴的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。-37-考点一考点二考点三解析 (1)如图,从底面上A处射入的光线,在球面上发生折射时的入射角为i,当i等于全反射临界角ic时,对应入射光线到光轴的距离最大,设最大距离为l。-38-考点一考点二考点三-39-考点一考点二考点三6.(2017全国卷)一直桶状容

16、器的高为2l,底面是边长为l的正方形;容器内装满某种透明液体,过容器中心轴DD、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料,其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源,已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直,求该液体的折射率。答案 1.55-40-考点一考点二考点三解析 设从光源发出直接射到D点的光线的入射角为i1,折射角为r1,在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点C,连接C、D,交反光壁于E点,由光源射向E点的光线,反射后沿ED射向D点。光线在D点的入射角为i2,折射角为r2,如图所示。设液体的折射率为n,由折射定律有nsini1=sinr1nsini2=sin

17、r2由题意知r1+r2=90-41-考点一考点二考点三-42-考点一考点二考点三电磁波和光的几种特有现象电磁波和光的几种特有现象(L)规律方法1.机械波和光波都能发生干涉、衍射、多普勒效应等现象,是波特有的现象。偏振现象是横波的特有现象。要观察到稳定的干涉现象和明显的衍射现象需要一定的条件。2.机械波的干涉图样中,实线和实线的交点、虚线和虚线的交点及其连线为振动加强处;实线和虚线的交点及其连线处为振动减弱处。振动加强点有时位移也为零,只是振幅为两列波的振幅之和,显得振动剧烈。3.对光的双缝干涉条纹间距x= 分析(1)l、d相同时,x,可见光中的红光条纹间距最大,紫光最小;(2)间隔均匀,亮度均

18、匀,中央为亮条纹;(3)如用白光做实验,中间为白色,两边为由紫到红的彩色。-43-考点一考点二考点三4.光的干涉现象:薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)。5.光的衍射现象:圆孔衍射、泊松亮斑。-44-考点一考点二考点三【典例3】(2018北京卷)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后()A.干涉条纹消失B.彩色条纹中的红色条纹消失C.中央条纹变成暗条纹D.中央条纹变成红色思维点拨根据光的双缝干涉原理分析。解析 白光通过红色滤光片后,只剩下红光,通过双缝后形成红光的干涉条纹,故A、B、C错误,D正确。方法技巧本题考查了光的干涉现象,只有频率相同、振动相同的两

19、列波才能形成稳定的干涉图像,同时要掌握哪些点是振动加强点,哪些点是振动减弱点。D-45-考点一考点二考点三7.(多选)(2018江苏卷)梳子在梳头后带上电荷,摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波()A.是横波B.不能在真空中传播C.只能沿着梳子摇动的方向传播D.在空气中的传播速度约为3108m/sAD解析 电磁波是横波,所以A正确,C错误;电磁波能在真空中传播,B错误;电磁波的传播速度是光速,D正确。-46-考点一考点二考点三8.(2018江苏卷)两束单色光A、B的波长分别为A、B,且AB,则(选填“A”或“B”)在水中发生全反射时的临界角较大。用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时,可以观察到(

20、选填“A”或“B”)产生的条纹间距较大。答案 AA解析 波长AB,则波的频率fAfB。波长越大,频率越小,则光波在水中发生全反射时临界角越大。在双缝干涉实验中,条纹间距x = ,所以波长越长的光的条纹间距越大。-47-考点一考点二考点三9.(多选)(2017全国卷)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是()A.改用红色激光B.改用蓝色激光C.减小双缝间距D.将屏幕向远离双缝的位置移动E.将光源向远离双缝的位置移动ACD-48-考点一考点二考点三解析 设双缝间的距离为d,屏幕离双缝间的距离为L,两相邻亮条纹的间距为x,照射光的波长为,由可知,要增大两相邻条纹的间距,可以改用红光或减小双缝间距或将屏幕向远离双缝的位置移动,故选项A、C、D正确,选项B错误;将光源向远离双缝的位置移动,屏幕和双缝间的距离保持不变,所以两相邻亮条纹的间距不变,故选项E错误。