2017届高考物理二轮专题突破专题十部分2机械振动与机械波光导学案.docx

专题十 选考部分第2讲：机械振动与机械波 光一、题型、技巧归纳高考题型一 机械振动【例1】 (2015山东理综38(1)如图1所示，轻弹簧上端固定，下端连接一小物块，物块沿竖直方向做简谐运动.以竖直向上为正方向，物块简谐运动的表达式为y0.1sin (2.5t) m.t0时刻，一小球从距物块h高处自由落下；t0.6s时，小球恰好与物块处于同一高度.取重力加速度的大小g10m/s2.以下判断正确的是_.(双选，填正确答案标号)图1A.h1.7mB.简谐运动的周期是0.8sC.0.6s内物块运动的路程是0.2mD.t0.4s时，物块与小球运动方向相反高考预测1简谐运动的振动图线可用下述方法画出：如图2甲所示，在弹簧振子的小球上安装一支绘图笔P，让一条纸带在与小球振动方向垂直的方向上匀速运动，笔P在纸带上画出的就是小球的振动图象.取振子水平向右的方向为振子离开平衡位置的位移正方向，纸带运动的距离代表时间，得到的振动图线如图乙所示.则下列说法中正确的是()图2A.弹簧振子的周期为4sB.弹簧振子的振幅为10cmC.t17s时振子相对平衡位置的位移是10cmD.若纸带运动的速度为2cm/s，振动图线上1、3两点间的距离是4cmE.2.5s时振子正在向x轴正方向运动高考预测2某同学用单摆测当地的重力加速度.他测出了摆线长度L和摆动周期T，如图3(a)所示.通过改变摆线长度L，测出对应的摆动周期T，获得多组T与L，再以T2为纵轴、L为横轴画出函数关系图象如图(b)所示.由图象可知，摆球的半径r_m，当地重力加速度g_m/s2；由此种方法得到的重力加速度值与实际的重力加速度值相比会_(选填“偏大”“偏小”或“一样”).图3规律总结1.简谐运动的对称性：振动质点在关于平衡位置对称的两点，x、F、a、v、Ek、Ep的大小均相等，其中回复力F、加速度a与位移x的方向相反，而v与x的方向可能相同，也可能相反.振动质点来回通过相同的两点间的时间相等，即tBCtCB.振动质点通过关于平衡位置对称的等长的两线段的时间相等，即tBCtBC.如图4所示.图42.简谐运动的周期性：做简谐运动的物体，其位移、回复力、加速度、速度都随时间按“正弦”或“余弦”规律变化，它们的周期均相同.其位移随时间变化的表达式为：xAsin (t)或xAcos (t).高考题型二 机械波【例2】 (2016全国丙卷34(1)由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播.波源振动的频率为20Hz，波速为16m/s.已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧，且P、Q和S的平衡位置在一条直线上，P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8m、14.6m.P、Q开始振动后，下列判断正确的是_.A.P、Q两质点运动的方向始终相同B.P、Q两质点运动的方向始终相反C.当S恰好通过平衡位置时，P、Q两点也正好通过平衡位置D.当S恰好通过平衡位置向上运动时，P在波峰E.当S恰好通过平衡位置向下运动时，Q在波峰高考预测3如图5所示为一列简谐横波某时刻的波形图，介质中有P、Q、M三个质点，此时的纵坐标分别为yP2cm，yQ2cm，下列说法正确的是_.图5A.P、Q两质点的速度方向总是相同B.Q、M两质点的加速度总是相同C.P、M两质点的速度总是大小相等、方向相反D.在任何相等时间内，P、M两质点通过的路程总相等E.P、M两质点对平衡位置的位移总是大小相等、方向相反高考预测4图6(a)为一列简谐横波在t0.1s时刻的波形图，P是平衡位置为x1m处的质点，Q是平衡位置为x4m处的质点，图(b)为质点Q的振动图象，则下列说法正确的是()图6A.该波的周期是0.1sB.该波的传播速度为40m/sC.该波沿x轴的负方向传播D.t0.1s时，质点Q的速度方向向下E.从t0.1s到t0.25s，质点P通过的路程为30cm高考预测5(2016全国甲卷34(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x0和x5cm处的两个质点.t0时开始观测，此时质点O的位移为y4cm，质点A处于波峰位置；ts时，质点O第一次回到平衡位置，t1s时，质点A第一次回到平衡位置.求：(1)简谐波的周期、波速和波长；(2)质点O的位移随时间变化的关系式.规律总结1.波动图象描述的是在同一时刻，沿波的传播方向上的各个质点偏离平衡位置的位移.在时间上具有周期性、空间上具有重复性和双向性的特点.2.深刻理解波动中的质点振动.质点振动的周期(频率)波源的周期(频率)波的传播周期(频率).3.要画好、用好振动图象，并正确地与实际情景相对应.要正确画出波形图，准确写出波形平移距离、质点振动时间与波长、周期的单一解或多解表达式.4.分析简谐运动中各物理量的变化情况时，一定要以位移为桥梁，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.另外，各矢量均在其值为零时改变方向.5.“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则为波动图象，横坐标为t则为振动图象.(2)看清横、纵坐标的单位，尤其要注意单位前的数量级.(3)找准波动图象对应的时刻.(4)找准振动图象对应的质点.高考题型三 光的折射和全反射【例3】 (2016全国丙卷34(2)如图7所示，玻璃球冠的折射率为，其底面镀银，底面的半径是球半径的倍；在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点，求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角.图7高考预测6如图8所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为30，E、F分别为边AB、BC的中点，则下列说法正确的是_.图8A.该棱镜的折射率为B.光在F点发生全反射C.光从空气进入棱镜，波长变短D.光从空气进入棱镜，波速变小E.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行高考预测7如图9所示，平静湖面岸边的垂钓者，眼晴恰好位于岸边P点正上方0.9的高度处，浮标Q离P点1.2m远，鱼饵灯M在浮标正前方1.8m处的水下，垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住，已知水的折射率n，求：图9(1)鱼饵灯离水面的深度；(2)若鱼饵灯缓慢竖直上浮，当它离水面多深时，鱼饵灯发出的光恰好无法从水面PQ间射出.规律总结1.折射率：光从真空射入某种介质，入射角的正弦与折射角的正弦之比叫做介质的折射率，公式为n.实验和研究证明，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即n.2.临界角：折射角等于90时的入射角，称为临界角.当光从折射率为n的某种介质射向真空(空气)时发生全反射的临界角为C，则sinC.3.全反射的条件：(1)光从光密介质射向光疏介质.(2)入射角大于或等于临界角.4.光的几何计算题往往是光路现象与光的反射、折射、全反射(临界点)及几何图形关系的综合问题.解决此类问题应注意以下四个方面：(1)依据题目条件，正确分析可能的全反射及临界角.(2)通过分析、计算确定光传播过程中可能的折射、反射，把握光的“多过程”现象.(3)准确作出光路图.(4)充分考虑三角形、圆的特点，运用几何图形中的角关系、三角函数、相似形、全等形等，仔细分析光传播过程中产生的几何关系.高考题型四 电磁波和光的几种特有现象【例4】下列说法中正确的是_.A.不管光源与观察者是否存在相对运动，观察者观察到的光速是不变的B.水面上的油膜呈现彩色是光的衍射现象C.双缝干涉实验中，若只减小屏到挡板间距离l，两相邻亮条纹间距离x将减小D.声源向静止的观察者运动，观察者接收到的频率小于声源的频率E.液晶显示器应用了光的偏振原理高考预测8下列说法正确的是_.A.赫兹预言了电磁波的存在并用实验加以证实B.在高速运动的火箭上的人认为火箭的长度并没有改变C.与平面镜相比，全反射棱镜的反射率高，几乎可达100%D.单摆在驱动力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关E.在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时，可以用衍射法检查平面的平整程度高考预测9下列说法中正确的是_.A.做简谐运动的质点，其振动能量与振幅无关B.泊松亮斑是光的衍射现象，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象C.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关D.在“用单摆测定重力加速度”的实验中，为使实验结果较为准确，应选用10cm长的细线和小铁球E.当频率一定的声源向着静止的接收器加速运动时，接收器收到的声波频率增大规律总结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.光的双缝干涉条纹间距x：(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.4.光的干涉现象：薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)；光的衍射现象：圆孔衍射、泊松亮斑.参考答案【例1】 答案AB解析t0.6s时，物块的位移为y0.1sin(2.50.6)m0.1m，则对小球h|y|gt2，解得h1.7m，选项A正确；简谐运动的周期是Ts0.8s，选项B正确；0.6s内物块运动的路程是3A0.3m，选项C错误；t0.4s，此时物块在平衡位置向下振动，则此时物块与小球运动方向相同，选项D错误.高考预测1答案ABD解析周期是振子完成一次全振动的时间，由图知，弹簧振子的周期为T4s，故A正确；振幅是振子离开平衡位置的最大距离，由图知，弹簧振子的振幅为10cm，故B正确；振子的周期为4s，由周期性知，t17s时振子相对平衡位置的位移与t1s时振子相对平衡位置的位移相同，为0，故C错误；若纸带运动的速度为2cm/s，振动图线上1、3两点间的距离是svt2 cm/s2s4cm.故D正确；由图乙可知2.5s时振子正在向x轴负方向运动，故E错误.高考预测2答案1.01022一样解析由横轴截距得，球的半径应为1.0102m；图象斜率k4，而gL故gm/s22 m/s2根据以上推导，斜率不变，重力加速度不变，故对g没有影响，一样.【例2】 答案BDE解析根据题意可得Ts0.05s，v16m/s，故波长为vT0.8m，找P点关于S点的对称点P，根据对称性可知P和P的振动情况完全相同，P、Q两点相距x()，为半波长的整数倍，P、Q两点振动方向始终相反，即P、Q两点振动方向始终相反，A错误，B正确；P点距离S点x19，当S恰好通过平衡位置向上振动时，P点在波峰，同理Q点相距S点x18，当S恰好通过平衡位置向下振动时，Q点在波峰，D、E正确，C错误.高考预测3答案CDE解析P、M两点相差半个周期，所以P、M两点的速度和距平衡位置的位移的大小总是相等、方向相反，C、D、E正确.高考预测4答案BCD解析由振动图象可知，该波的周期是0.2s，选项A错误；该波的传播速度为vm/s40 m/s，选项B正确；由振动图线可知，t0.1s时刻，质点Q的振动方向向下，可知该波沿x轴的负方向传播，选项C、D正确；从t0.1s到t0.25s，经历的时间为0.15s0.75T，质点P不是从平衡位置(或者波峰、波谷)开始振动，故通过的路程小于3A30cm，选项E错误；故选B、C、D.高考预测5答案(1)4s7.5cm/s30cm(2)y0.08cos(t) m或y0.08sin(t) m解析(1)设振动周期为T.由于质点A在0到1s内由最大位移处第一次回到平衡位置，经历的是个周期，由此可知T4s由于质点O与A的距离x5cm小于半个波长，且波沿x轴正向传播，O在ts时回到平衡位置，而A在t1s时回到平衡位置，时间相差ts，可得波的速度v7.5cm/s由vT得，简谐波的波长30cm(2)设质点O的位移随时间变化的关系为yAcos(0)将式及题给条件代入上式得解得0，A8cm质点O的位移随时间变化的关系式为y0.08cos(t) m或y0.08sin(t) m【例3】 答案150解析设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点，光线的光路图如图所示.设光线在M点的入射角为i、折射角为r，在N点的入射角为i，反射角为i，玻璃折射率为n.由于OAM为等边三角形，i60由折射定律有sininsinr代入题给条件n得r30作底面在N点的法线NE，由于NEAM，有i30根据反射定律，有i30连接ON，由几何关系知MANMON，故有MNO60由式得ENO30于是ENO为反射角，ON为反射光线.这一反射光线经球面再次折射后不改变方向.所以，经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角为180ENO150高考预测6答案ACD解析在E点作出法线可知入射角为60，折射角为30，由n可得折射率为，故A正确；由光路的可逆性可知，在BC边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，B错；由公式v可知，光从空气进入棱镜，波速变小，波长变短，故C、D正确；三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到E点的光束平行，故E错误.高考预测7答案(1)2.4m(2)1.59m解析(1)设入射角、折射角分别为i、r，设鱼饵灯离水面的深度为h2则：sinisinr根据光的折射定律可知：n联立解得：h22.4m(2)当鱼饵灯离水面深度为h3时，水面PQ间恰好无光射出，此时鱼饵灯与浮标的连线和竖直方向夹角恰好为临界角C，则：sinCsinC联立解得：h3m1.59m【例4】 答案ACE解析根据相对论原理可知，不管光源与观察者是否存在相对运动，观察者观察