2017高考物理二轮复习 第1部分 专题突破篇 专题1-15_4

1 专题十四 振动和波动 光及光的波动性 考点 1| 振动与波动的综合应用 难度：中档题 题型：选择题、填空题和计算题 五年 4 考 (2015江苏高考 T12(B)(1)(2)(1)一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船 靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比( ) 【导学号：25702066】 A波速变大 B波速不变 C频率变高 D频率不变 (2)用 2106 Hz 的超声波检查胆结石，该超声波在结石和胆汁中的波速分别为 2 250 m/s 和 1 500 m/s，则该超声波在结石中的波长是胆汁中的 _倍用超声波检查胆结 石是因为超声波的波长较短，遇到结石时_(选填“容易”或“不容易”)发生衍 射 【解析】 (1)渔船与鱼群发生相对运动，被鱼群反射回来的超声波的速度大小不变； 由多普勒效应知，反射回来的超声波的频率变高，故选项 B、C 正确 (2)由 v f 知，超声波在结石中的波长 1 ，在胆汁中的波长 2 ，则波长 v1f v2f 之比： 1.5. 1 2 v1v2 超声波遇到结石时，其波长远小于结石的线度，则超声波遇到结石时不容易发生衍射 2 现象 【答案】 (1)BC (2)1.5 不容易 (2016全国乙卷 T34(1)某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以 1.8 m/s 的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近该同学发现从第 1 个波峰到第 10 个波峰 通过身下的时间间隔为 15 s下列说法正确的是_ A水面波是一种机械波 B该水面波的频率为 6 Hz C该水面波的波长为 3 m D水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去 E水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁移 【解题关键】 解答本题时应从以下两点进行分析： (1)理解振动和波动的关系 (2)掌握波长、波速和频率的关系 ACE 水面波是一种机械波，说法 A 正确根据题意得周期 T s s，频率 159 53 f 0.6 Hz，说法 B 错误波长 m3 m，说法 C 正确波传播过程中，传播 1T vf 1.80.6 的是振动形式，能量可以传递出去，但质点并不随波迁移，说法 D 错误，说法 E 正确 (2012江苏高考 T12(B)(3)地震时，震源会同时产生两种波，一种是传播速度 约为 3.5 km/s 的 S 波，另一种是传播速度约为 7.0 km/s 的 P 波一次地震发生时，某地 震监测点记录到首次到达的 P 波比首次到达的 S 波早 3 min.假定地震波沿直线传播，震源 的振动周期为 1.2 s，求震源与监测点之间的距离 x 和 S 波的波长 . 【解析】 设 P 波的传播时间为 t，则 x vPt， x vS(t t) 解得 x t，代入数据得 x1 260 km. vPvSvP vS 由 vST，解得 4.2 km. 【答案】 1 260 km 4.2 km 1高考考查特点 本考点是高考的重点，考向主要有：(1)简谐运动的特征；(2)机械波的传播规律 2解题常见误区及提醒 (1)误认为波的传播速度与质点振动速度相同； (2)误认为波的位移与质点振动位移相同； (3)实际上每个质点都以它的平衡位置为中心振动，并不随波迁移 3 考向 1 机械振动 1(2016泰州模拟)如图 1 所示，一弹簧振子在 M、 N 间沿光滑水平杆做简谐运动， 坐标原点 O 为平衡位置，向右为正方向， MN4 cm.从小球在图中 N 点时开始计时，到第一 次经过 O 点的时间为 0.1 s，则小球振动的周期为_s，振动方程的表达式为 x_cm. 图 1 【解析】 如图，从正向最大位移处开始计时，振动方程的表达式为： x Acos t ； 其中振幅 A2 cm； 据题可得： T40.1 s0.4 s，则 5 rad/s 2T 则振动方程的表达式为： x2cos 5 t cm. 【答案】 0.4 2cos 5 t cm 考向 2 机械波 2(2016南京最后一卷)一列简谐横波沿 x 轴正方向传播，周期为 2 s， t0 时刻的 波形如图 2 所示该列波的波速是_m/s；质点 a 平衡位置的坐标 xa2.5 m再 经_s 它第一次经过平衡位置向 y 轴正方向运动 图 2 【解析】 由图读出波长 4 m，则波速 v 2 m/s T 根据波的传播方向判断可知，图中 x2 m 处质点的运动方向沿 y 轴向上，当此质点的 状态传到 a 点时，质点 a 第一次经过平衡位置向 y 轴正方向运动则质点 a 第一次经过平 衡位置向 y 轴正方向运动的时间 t s0.25 s. xv 2.5 22 【答案】 2 0.25 s 考向 3 波的干涉和衍射 3(2016扬州四模)如图 3 所示，在某一均匀介质中， A、 B 是振动情况完全相同的 两个波源，其简谐运动表达式均为 x0.3sin (200 t)m，两波源形成的简谐横波分别沿 AP、 BP 方向传播，波速都是 500 m/s.某时刻在 P 点两列波的波峰相遇，则简谐横波的波长 4 为_m，介质中 P 点的振幅为_m. 图 3 【解析】 由简谐运动表达式为 xA0.3sin (200 t) m 知，角速度 200 rad/s，则周期为： T s0.01 s，由 v 得，波长为： vT5000.01 2 2200 T m5 m；某时刻在 P 点两列波的波峰相遇，说明 P 点是振动加强点，故振幅为 2A0.6 m. 【答案】 5 0.6 “1 分，1 看”巧解两种图象问题 1 分：分清振动图象与波动图象，此问题最简单，只要看清横坐标即可，横坐标为 x 则为波动图象，横坐标为 t 则为振动图象 1 看：看清横、纵坐标的单位，尤其要注意单位前的数量级 考点 2| 光的折射、全反射、光的波动性和相对论 难度：中高档题 题型：选择题、填空题和计算题 五年 5 考 (2015江苏高考 T12(B)(3)人造树脂是常用的眼镜镜片材料如图 4 所示，光 线射在一人造树脂立方体上，经折射后，射在桌面上的 P 点已知光线的入射角为 30， OA5 cm， AB20 cm， BP12 cm，求该人造树脂材料的折射率 n. 图 4 【解题关键】 利用几何知识求出折射角的正弦值，再利用折射定律 n ，可求 sin isin r 折射率 【解析】 设折射角为 ，由折射定律知： n sin 30sin 由几何关系知：sin BP OAOP 且 OP BP OA 2 AB2 5 代入数据得 n 1.5. 44914 【答案】 1.5 (2013江苏高考 T12(B)(3)图 5 为单反照相机取景器的示意图， ABCDE 为五棱 镜的一个截面， AB BC.光线垂直 AB 射入，分别在 CD 和 EA 上发生反射，且两次反射的入 射角相等，最后光线垂直 BC 射出若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是 多少？(计算结果可用三角函数表示) 【导学号：25702067】 图 5 【解题关键】 解此题的关键有以下三点： (1)根据题目叙述作出光路图 (2)根据光线垂直 AB 射入，垂直 BC 射出，两次反射的入射角相等，求出两次反射的入 射角 (3)根据全反射的条件，求解五棱镜折射率满足的条件 【解析】 光线在棱镜中的光路图如图所示，根据反射定律和题设条件，得 4 90 所以入射角 22.5 根据全反射规律，sin A 1n 故 sin 22.5 1n 所以 n ，即折射率的最小值为 . 1sin 22.5 1sin 22.5 【答案】 1sin 22.5 (2016江苏高考 T12(B)(1)一艘太空飞船静止时的长度为 30 m，它以 0.6c(c 为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是_ A飞船上的观测者测得该飞船的长度小于 30 m B地球上的观测者测得该飞船的长度小于 30 m C飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于 c D地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于 c 6 (2)杨氏干涉实验证明光的确是一种波一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两 狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，即两列光的_相 同如图 6 所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置 光屏，在_(选填“ A”“B”或“ C”)点会出现暗条纹 图 6 (3)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长 5.8910 7 m，双缝间的距离 d1 mm，双缝到屏的距离 l2 m求第 1 个亮条纹到第 11 个亮条纹的中心间距 【解析】 (1)飞船上的观测者相对飞船静止，测得飞船的长度为飞船静止时的长度 l030 m，选项 A 错误；地球上的观测者与飞船有相对运动，测得飞船的长度 l l0 l0，故应小于 30 m，选项 B 正确；狭义相对论的一个基本假设是光速不变原 1 (0.6cc )2 理，即飞船上和地球上的观测者测得的光信号速度都等于 c，选项 C、D 错误 (2)当一束光投射到两条相距很近的狭缝上，狭缝成了两个光源，两列光的频率、相位、 振动方向相同 A、 B 两点是振动加强点，出现亮条纹， C 点是波峰与波谷的叠加，为振动 减弱点，出现暗条纹 (3)相邻亮条纹的中心间距 x ld 由题意知，亮条纹的数目 n10 解得 L ，代入数据得 L1.17810 2 m. nld 【答案】 (1)B (2)频率 C (3)1.17810 2 m 1高考考查特点 (1)光在不同介质中传播时对折射定律与反射定律应用的考查； (2)光在不同介质中传播时有关全反射的考查； (3)光在介质中传播时临界光线的考查； (4)光的干涉和衍射的条件及结论的考查； (5)狭义相对论的基本假设和结论的考查 2解题常见误区及提醒 (1)审清题意，规范、准确地画出光路图是解决几何光学问题的前提和关键 (2)从光路图上找准入射角、折射角、临界角是正确解决问题的切入点 7 (3)必要时可应用光路可逆进行辅助 考向 1 光的折射率的计算 4(2016连云港模拟)两束平行的细激光束，垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻 璃上，如图 7 所示已知其中一条光线沿直线穿过玻璃，它的入射点是 O；另一条光线的 入射点为 A，穿过玻璃后两条光线交于 P 点已知玻璃截面的圆半径为 R， OA ， OP R.求： R2 3 图 7 (1)过 A 点的光线在圆柱面上的折射角； (2)玻璃的折射率 【解析】 (1)作图示光路图， O 点为圆心，一条光线沿直线进入玻璃，在半圆面上的 入射点为 B，入射角设为 1，折射角设为 2. 则 sin 1 ，得 130 OAOB 12 因 OP R，由几何关系知 BP R，则折射角 260.3 (2)由折射定律得玻璃的折射率为 n . sin 2sin 1 sin 60sin 30 3 【答案】 (1)60 (2) 3 考向 2 光的折射、全反射综合应用 5(2016常州模拟)如图 8 所示为玻璃材料制成的一棱镜的截面图，一细光束从圆弧 AB 的中点 E 点沿半径射入棱镜后，恰好在圆心 O 点发生全反射，经 CD 面反射，再从圆弧 的 F 点射出，已知， OA a， OD a.求： 24 图 8 (1)出射光线与法线夹角的正弦值； (2)光在棱镜中传播的时间 【解析】 (1)作出光路图如图 8 根据几何关系可知，临界角为 C45 根据全反射定律得， n . 1sin C 2 OG OD a2 12 sin OGOF 12 根据折射定律得， n sin sin 解得：sin . 22 (2)光在棱镜中的传播速度 v cn c2 由几何知识得，光线传播的长度为 l a a a a a 12 32 32 32 光在棱镜中传播的时间 t . lv 32 6 a2c 【答案】 (1) (2) 22 32 6 a2c 考向 3 光的波动性和相对论 6(2016无锡模拟)下列说法正确的是_ 【导学号：25702068】 A在双缝干涉的实验中，保持入射光的频率不变，增大双缝屏上双缝间的距离，干涉 条纹的条纹间距也增大 B日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上滤光片可以使景像更清晰是利 用了光的偏振