【步步高】2016版高考物理全國(guó)通用專(zhuān)題八選考部分第2講-機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波-光

1、專(zhuān)題八 選考部分（3-3、3-4、3-5）,,高考題型1　機(jī)械振動(dòng),高考題型2　機(jī)械波,高考題型3　光的折射和全反射,高考題型4　光的幾種特有現(xiàn)象,欄目索引,,第2講　機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波　光,,高考題型1　機(jī)械振動(dòng),解題方略,1．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性：振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在關(guān)于平衡位置對(duì)稱(chēng)的兩點(diǎn)，x、F、a、v、Ek、Ep的大小均相等，其中回復(fù)力F、加速度a與位移x的方向相反，而v與x的方向可能相同，也可能相反．振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)來(lái)回通過(guò)相同的兩點(diǎn)間的時(shí)間

2、相等，即tBC＝tCB.振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)通過(guò)關(guān)于平衡位置對(duì)稱(chēng)的等長(zhǎng)的兩線(xiàn)段的時(shí)間相等，即tBC＝tB′C′.如圖1所示．,圖1,2．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期性：做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，其位移、回復(fù)力、加速度、速度都隨時(shí)間按“正弦”或“余弦”規(guī)律變化，它們的周期均相同．其位移隨時(shí)間變化的表達(dá)式為：x＝Asin (ωt＋φ)或x＝Acos (ωt＋φ)．,例1　如圖2所示為同一地點(diǎn)的兩單擺甲、乙的振動(dòng)圖象，下列說(shuō)法中正確的是(　　)A．甲、乙兩單擺的擺長(zhǎng)相等B

3、．甲擺的振幅比乙擺大C．甲擺的機(jī)械能比乙擺大D．在t＝0.5 s時(shí)有正向最大加速度的是乙擺E．由圖象可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?圖2,甲擺的振幅為10 cm，乙擺的振幅為7 cm，則甲擺的振幅比乙擺大，故B正確；盡管甲擺的振幅比乙擺大，兩擺的擺長(zhǎng)相等，但由于兩擺的質(zhì)量未知，無(wú)法比較機(jī)械能的大小，故C錯(cuò)誤；在t＝0.5 s時(shí)，甲擺經(jīng)過(guò)平衡位置，振動(dòng)的加速度為零，而乙擺的位移為負(fù)的最大，則乙擺具有正向最大加速度，故D正確；,答案　A

4、BD,預(yù)測(cè)1　一列簡(jiǎn)諧橫波在x軸上傳播，波源處于x＝0處，在x＝3 m處的質(zhì)點(diǎn)P和x＝6 m處的質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖線(xiàn)分別如圖3甲、乙所示．下列說(shuō)法正確的是(　　),圖3,A．波長(zhǎng)可能是4 mB．波的周期一定是12 sC．波的振幅一定是8 cmD．波的傳播速度一定是1 m/sE．波由P傳播到Q歷時(shí)可能是9 s,答案　ABE,預(yù)測(cè)2　如圖4甲所示是用沙擺演示振動(dòng)圖象的實(shí)驗(yàn)裝置，沙擺可視為擺長(zhǎng)L＝1.0 m的單擺，沙擺的運(yùn)動(dòng)可看做簡(jiǎn)諧

5、運(yùn)動(dòng)．實(shí)驗(yàn)中，細(xì)沙從擺動(dòng)著的漏斗底部均勻漏出，用手沿與擺動(dòng)方向垂直的方向勻速拉動(dòng)紙板，漏在紙板上的細(xì)沙形成了圖乙所示的粗細(xì)變化的一條曲線(xiàn)．曲線(xiàn)之所以粗細(xì)不均勻，主要是因?yàn)樯硵[擺動(dòng)過(guò)程中__________(選填“位移”、“速度”或“加速度”)大小在變化．若圖乙中AB間距離x＝4.0 m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝10 m/s2，則紙板勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小為_(kāi)_______ m/s(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)．,圖4,答案　速度　1.0,,高考題型2

6、　機(jī)械波,解題方略,1．波動(dòng)圖象描述的是在同一時(shí)刻，沿波的傳播方向上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移．在時(shí)間上具有周期性、空間上具有重復(fù)性和雙向性的特點(diǎn)．2．深刻理解波動(dòng)中的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)．質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期(頻率)＝波源的周期(頻率)＝波的傳播周期(頻率)．,3．要畫(huà)好、用好振動(dòng)圖象，并正確地與實(shí)際情景相對(duì)應(yīng)．要正確畫(huà)出波形圖，準(zhǔn)確寫(xiě)出波形平移距離、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間與波長(zhǎng)、周期的單一解或多解表達(dá)式．4．分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各物理量的變化情況時(shí)，一定要以位

7、移為橋梁，位移增大時(shí)，振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的回復(fù)力、加速度、勢(shì)能均增大，速度、動(dòng)能均減??；反之，則產(chǎn)生相反的變化．另外，各矢量均在其值為零時(shí)改變方向．,5．“一分、一看、二找”巧解波動(dòng)圖象與振動(dòng)圖象的綜合問(wèn)題(1)分清振動(dòng)圖象與波動(dòng)圖象．只要看清橫坐標(biāo)即可，橫坐標(biāo)為x則為波動(dòng)圖象，橫坐標(biāo)為t則為振動(dòng)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(jí)．(3)找準(zhǔn)波動(dòng)圖象對(duì)應(yīng)的時(shí)刻．(4)找準(zhǔn)振動(dòng)圖象對(duì)應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)．,例2　(2015

8、83;新課標(biāo)全國(guó)Ⅰ·34)甲、乙兩列簡(jiǎn)諧橫波在同一介質(zhì)中分別沿x軸正向和負(fù)向傳播，波速均為v＝25 cm/s.兩列波在t＝0時(shí)的波形曲線(xiàn)如圖5所示．求：,圖5,(1)t＝0時(shí)，介質(zhì)中偏離平衡位置位移為16 cm的所有質(zhì)點(diǎn)的x坐標(biāo)；,解析　兩列波的振幅均為8 cm，故偏離平衡位置位移為16 cm的質(zhì)點(diǎn)應(yīng)為兩列波的波峰相遇處的質(zhì)點(diǎn)．根據(jù)波形圖可知，甲、乙的波長(zhǎng)分別為λ乙＝60 cm，λ甲＝50 cm則甲、乙兩列波的波峰坐標(biāo)分

9、別為x甲＝(50＋k1×50 cm)　(k1＝0，±1，±2，±3，…)x乙＝(50＋k2×60 cm)　(k2＝0，±1，±2，±3，…),綜上分析，所有波峰和波峰相遇的質(zhì)點(diǎn)x坐標(biāo)應(yīng)為x＝(50＋300n) cm　(n＝0，±1，±2，±3，…)答案　x＝(50＋300n) cm　(n＝0，±1，±

10、2，±3，…),(2)從t＝0開(kāi)始，介質(zhì)中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為－16 cm的質(zhì)點(diǎn)的時(shí)間．,解析　偏離平衡位置位移為－16 cm對(duì)應(yīng)為兩列波的波谷相遇．t＝0時(shí)，波谷之差,整理可得Δx＝10(6n1－5n2)＋5波谷之間最小的距離為Δx′＝5 cm,兩列波相向傳播，相對(duì)速度為2v＝50 cm/s所以出現(xiàn)偏離平衡位置位移為－16 cm的最短時(shí)間答案　0.1 s,預(yù)測(cè)3　一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形如圖6所示，質(zhì)點(diǎn)P

11、此時(shí)刻沿－y軸方向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)0.1 s第一次到達(dá)平衡位置，波速為5 m/s，則下列說(shuō)法正確的是(　　)A．該波沿x軸負(fù)方向傳播B．Q點(diǎn)的振幅比P點(diǎn)的振幅大C．P點(diǎn)的橫坐標(biāo)為x＝2.5 mD．Q點(diǎn)(橫坐標(biāo)為x＝7.5 m的點(diǎn))的振動(dòng)方程為y＝5cos t(cm)E．x＝3.5 m處的質(zhì)點(diǎn)與P點(diǎn)振動(dòng)的位移始終相反,圖6,解析　由質(zhì)點(diǎn)P可判斷出波的傳播方向，A正確；0.1 s內(nèi)機(jī)械波傳播的距離為x＝vt＝0.5 m，考

12、慮到機(jī)械波向左傳播，故xP＝(3－0.5) m＝2.5 m，C正確；,答案　ACD,預(yù)測(cè)4　如圖7甲所示為一列沿水平方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波在時(shí)刻t的波形圖，如圖乙所示為質(zhì)點(diǎn)b從時(shí)刻t開(kāi)始計(jì)時(shí)的v－t圖象．若設(shè)振動(dòng)正方向?yàn)檠兀珁軸方向，則下列說(shuō)法中正確的是(　　),圖7,A．該簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播B．該簡(jiǎn)諧橫波波速為0.4 m/sC．若該波發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，則該波所遇到的障礙物或孔的尺寸一定比4 m大得多D．在時(shí)刻t，質(zhì)點(diǎn)a的加速

13、度比質(zhì)點(diǎn)b的大E．再經(jīng)過(guò)2 s，質(zhì)點(diǎn)a隨波遷移0.8 m解析　t時(shí)刻，從圖乙可知質(zhì)點(diǎn)b速度為－y方向，甲圖中采用波形平移的方法可知波形沿x軸正方向傳播，故A正確；,據(jù)發(fā)生明顯衍射的條件可知，該波所遇到的障礙物或孔的尺寸一定比4 m小得多，故C錯(cuò)誤；,質(zhì)點(diǎn)a只在其平衡位置附近振動(dòng)，并不會(huì)隨波遷移，故E錯(cuò)誤．,答案　ABD,,,高考題型3　光的折射和全反射,解題方略,,3．全反射的條件：(1)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)．(2)入射角大

14、于或等于臨界角．,4．光的幾何計(jì)算題往往是光路現(xiàn)象與光的反射、折射、全反射(臨界點(diǎn))及幾何圖形關(guān)系的綜合問(wèn)題．解決此類(lèi)問(wèn)題應(yīng)注意以下四個(gè)方面：(1)依據(jù)題目條件，正確分析可能的全反射及臨界角．(2)通過(guò)分析、計(jì)算確定光傳播過(guò)程中可能的折射、反射，把握光的“多過(guò)程”現(xiàn)象．(3)準(zhǔn)確作出光路圖．(4)充分考慮三角形、圓的特點(diǎn)，運(yùn)用幾何圖形中的角關(guān)系、三角函數(shù)、相似形、全等形等，仔細(xì)分析光傳播過(guò)程中產(chǎn)生的幾何關(guān)系．,例3　如圖8所示梯

15、形玻璃磚ABCD，∠A＝45°，∠B＝105°，AB邊長(zhǎng)為L(zhǎng).一束平行于A(yíng)B邊的光線(xiàn)由AD邊入射，經(jīng)折射后在A(yíng)B邊中點(diǎn)發(fā)生全反射，直接射到BC邊，且與BC邊成45°角射出玻璃磚．求：,圖8,(1)玻璃磚的折射率；解析　光路如圖所示,由幾何關(guān)系α＋β＝45°105°＋β＋90°－α＝180°，得α＝30°,(2)光線(xiàn)在玻璃磚內(nèi)傳播的時(shí)間．解析　設(shè)光在玻璃

16、磚中傳播兩段光線(xiàn)長(zhǎng)度分別為x1和x2,預(yù)測(cè)5　(2015·新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ·34) 如圖9，一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(xiàn)．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(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng)C．玻璃磚對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率D．若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大，則折射光線(xiàn)a首先消失E．分別用a、b光在

17、同一個(gè)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置上做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距,圖9,解析　由題圖可知，a光的折射角大于b光的折射角，根據(jù)折射定律可以判斷出玻璃磚對(duì)a光的折射率大于對(duì)b光的折射率，故C錯(cuò)誤；,若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大，因?yàn)閍光的折射率大，則折射光線(xiàn)a首先消失，故D正確；a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng)，分別用a、b光在同一個(gè)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置上做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距，故E錯(cuò)誤．答案　ABD,預(yù)測(cè)6

18、　一湖面上有一伸向水面的混凝土觀(guān)景臺(tái)，如圖10所示是一截面圖，觀(guān)景臺(tái)下表面恰好和水面相平，A為觀(guān)景臺(tái)右側(cè)面在湖底的投影，水深h＝4 m．在距觀(guān)景臺(tái)右側(cè)面x＝4 m處有一可沿豎直方向上下移動(dòng)的單色點(diǎn)光源S，點(diǎn)光源S可從距水面高3 m處下移到接近水面，在移動(dòng)過(guò)程中，觀(guān)景臺(tái)水下被照亮的最遠(yuǎn)距離為AC，最近距離為AB，若AB＝3 m，求：,圖10,(1)水的折射率n；,解析　如圖，當(dāng)點(diǎn)光源離水面最遠(yuǎn)時(shí)，恰從觀(guān)景臺(tái)邊緣經(jīng)過(guò)的光線(xiàn)照射到水底

19、最近處B.,(2)光能照亮的最遠(yuǎn)距離AC(計(jì)算結(jié)果可以保留根號(hào))．,解析　由光源S貼著水面發(fā)出平行水面的光線(xiàn)經(jīng)觀(guān)景臺(tái)右邊緣處折射后，照亮水底的距離最遠(yuǎn)．,高考題型4　光的幾種特有現(xiàn)象,,1．機(jī)械波和光波都能發(fā)生干涉、衍射、多普勒效應(yīng)等現(xiàn)象，是波特有的現(xiàn)象．偏振現(xiàn)象是橫波的特有現(xiàn)象．要觀(guān)察到穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象和明顯的衍射現(xiàn)象需要一定的條件．2．機(jī)械波的干涉圖樣中，實(shí)線(xiàn)和實(shí)線(xiàn)的交點(diǎn)、虛線(xiàn)和虛線(xiàn)的交點(diǎn)及其連線(xiàn)為振動(dòng)加強(qiáng)處；實(shí)線(xiàn)和虛線(xiàn)的交點(diǎn)及其連

20、線(xiàn)處為振動(dòng)減弱處．振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)有時(shí)位移也為零，只是振幅為兩列波的振幅之和，顯得振動(dòng)劇烈．,解題方略,(1)l、d相同時(shí)，Δx∝λ，可見(jiàn)光中的紅光條紋間距最大，紫光最??；(2)間隔均勻，亮度均勻，中央為亮條紋；(3)如用白光做實(shí)驗(yàn)，中間為白色，兩邊為由紫到紅的彩色．4．光的干涉現(xiàn)象：薄膜干涉(油膜、空氣膜、增透膜、牛頓環(huán))；光的衍射現(xiàn)象：圓孔衍射、泊松亮斑．,例4　以下說(shuō)法中正確的是(　　)A．圖11甲是一束復(fù)色光進(jìn)入水珠后

21、傳播的示意圖，其中a束光在水珠中傳播的速度一定大于b束光在水珠中傳播的速度B．圖乙是一束單色光進(jìn)入平行玻璃磚后傳播的示意圖，當(dāng)入射角i逐漸增大到某一值后不再會(huì)有光線(xiàn)從bb′面射出,圖11,C．圖丙是雙縫干涉示意圖，若只減小屏到擋板間距離l，兩相鄰亮條紋間距離Δx將減小D．圖丁是用干涉法檢測(cè)工件表面平整程度時(shí)得到的干涉圖樣，彎曲的干涉條紋說(shuō)明被檢測(cè)的平面在此處是凸起的E．圖戊中的M、N是偏振片，P是光屏，當(dāng)M固定不動(dòng)、緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)N時(shí)，

22、光屏P上的光亮度將一明一暗交替變化，此現(xiàn)象表明光波是橫波,當(dāng)入射角i逐漸增大，折射角逐漸增大，由于折射角小于入射角，不論入射角如何增大，玻璃磚中的光線(xiàn)不會(huì)消失，故肯定有光線(xiàn)從bb′面射出，故B錯(cuò)誤；,由于不知道被測(cè)工件表面的放置方式，故不能判斷此處是凸起的，故D錯(cuò)誤；只有橫波才能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象，所以光的偏振現(xiàn)象表明光是一種橫波，故E正確．答案　ACE,預(yù)測(cè)7　下列有關(guān)光現(xiàn)象的說(shuō)法中正確的是(　　)A．雨后天空出現(xiàn)彩虹是光的干涉現(xiàn)象

23、B．刮胡須的刀片的影子邊緣模糊不清是光的衍射現(xiàn)象C．水的視深比實(shí)際深度淺些是光的全反射現(xiàn)象D．在太陽(yáng)光照射下，水面上油膜出現(xiàn)彩色花紋是光的干涉現(xiàn)象E．光導(dǎo)纖維絲內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率大解析　雨后天空出現(xiàn)彩虹，是由于光的折射形成光的色散現(xiàn)象，故A錯(cuò)誤；,光能繞過(guò)障礙物體繼續(xù)傳播而產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，使得障礙物的輪廓模糊，所以刮胡須的刀片的影子邊緣模糊不清是光的衍射現(xiàn)象，故B正確；光線(xiàn)由水中斜射到空氣中時(shí)，在水面上發(fā)生折射，

24、折射角大于入射角，折射光線(xiàn)進(jìn)入人眼，人眼逆著折射光線(xiàn)的方向看去，就會(huì)覺(jué)得池底變淺了，所以水的視深比實(shí)際深度淺些是光的折射現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤；,光在油膜的上下兩個(gè)表面分別發(fā)生反射，兩列反射光在油膜的上表面發(fā)生薄膜干涉，不同色光干涉條紋的間距不同，從而形成彩色花紋，所以這是光的干涉現(xiàn)象，故D正確；光導(dǎo)纖維是利用光的全反射現(xiàn)象制成的，根據(jù)全反射的條件可知：光導(dǎo)纖維絲內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率大，故E正確．答案　BDE,預(yù)測(cè)8　下列關(guān)于

25、光的說(shuō)法中正確的是(　　)A．雨后彩虹是由于太陽(yáng)光入射到水滴中發(fā)生全反射形成的B．“和諧號(hào)”動(dòng)車(chē)組高速行駛時(shí)，地面上測(cè)得其車(chē)廂長(zhǎng)度將明顯變短C．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用紅光代替黃光作為入射光可增大干涉條紋的間距D．白光通過(guò)雙縫后產(chǎn)生的干涉條紋是彩色的，其原因是不同色光的波長(zhǎng)不同E．光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)發(fā)生折射是因?yàn)楣庠诓煌橘|(zhì)中的傳播速度不同,解析　雨后彩虹是由于太陽(yáng)光入射到水滴中發(fā)生的折射形成的，故A錯(cuò)誤；根據(jù)多普勒效應(yīng)