【优化方案】高考物理二轮复习 专题十三 振动与波动 光导学导练（含解析）.doc

振动与波动光2015高考导航热点视角备考对策本讲考查的重点和热点：波的图象；波长、波速和频率及其相互关系；波的传播特性；光的折射及全反射；光的干涉、衍射及双缝干涉实验；简谐运动的规律及振动图象；电磁波的有关性质命题形式基本上都是小题的拼盘.在复习本部分内容时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.一、简谐运动1动力学特征回复力及加速度与位移大小成正比，方向总是与位移的方向相反，始终指向平衡位置其表达式为：fkx，ax，回复力的来源是物体所受到的合力2能量特征：振动的能量与振幅有关，随振幅的增大而增大振动系统的动能和势能相互转化，总机械能守恒3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”的规律变化，它们的周期t均相同其位移随时间变化的表达式为：xasin(t0)或xacos(t0)(注意动能和势能的变化周期为t/2)4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5两个模型弹簧振子与单摆当单摆摆动的角度光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由g点射出，如图，由反射定律和几何关系得ogocr射到g点的光有一部分被反射，沿原路返回到达c点射出答案(1)r(2)光线从g点射出时，ogocr，射到g点的光有一部分被反射，沿原路返回到达c点射出方法技巧光的折射和全反射问题的解题技巧(1)在解决光的折射问题时，应先根据题意分析光路，即画出光路图，找出入射角和折射角，然后应用公式来求解，找出临界光线往往是解题的关键.(2)分析全反射问题时，先确定光是否由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于临界角，若不符合全反射的条件，则再由折射定律和反射定律确定光的传播情况.(3)在处理光的折射和全反射类型的题目时，根据折射定律及全反射的条件准确作出几何光路图是基础，正确利用几何关系、折射定律是关键.)热点三对光的波动性的考查命题规律：该知识点为近几年高考选考的热点，题型为选择题，命题角度有以下几点：(1)单纯考查光的干涉、衍射和偏振现象及对光现象的解释(2)结合光的折射考查不同色光的干涉、衍射情况(3)考查光的干涉、衍射在实际中的应用1.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()a用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象b用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象c在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象d光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象e在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄解析用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象，a错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射形成的色散现象，b错误；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，c正确；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，d正确；由x知e正确答案cde2.(2014中山二模)如图所示，两束单色光a、b从水下射向a点后，光线经折射合成一束光c，则下列说法中正确的是()a用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距b用a、b光分别做单缝衍射实验时，它们的衍射条纹宽度都是均匀的c在水中a光的速度比b光的速度小da光在水中的临界角大于b光在水中的临界角ea光的频率小于b光的频率解析由题图可判断a光的折射率小，频率小，波长长，因此同一装置的干涉条纹间距大，故a、e正确衍射条纹都是不均匀的，故b错由v知，a光在水中的传播速度大，故c错由sin c知，a光临界角大，故d正确答案ade3.(2014成都摸底)如图所示为条纹总宽度相同的4种明暗相间的条纹，其中有两种是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样，还有两种是黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(灰黑色部分表示亮纹)则图中从左向右排列，亮条纹的颜色依次是()a红黄蓝紫b红紫蓝黄c蓝紫红黄 d蓝黄红紫解析由双缝干涉条纹间距公式可知，左侧第一个是红光通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样，第三个是蓝光通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样；由单缝衍射可知，左侧第二个是紫光通过同一个单缝形成的衍射图样，左侧第四个是黄光通过同一个单缝形成的衍射图样，所以选项b正确答案b光学实验命题规律：光学实验包括测折射率和双缝干涉实验，对折射定律结合几何知识计算折射率以及与双缝干涉实验相关问题的考查，预计将成为2015年高考的命题点 解析(1)由x知：增大双缝间距d，x将变小；绿光换为红光，即增大，x将变大(2)螺旋测微器的读数时应该：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度图乙读数为13.870 mm，图甲读数为 2.320 mm，所以相邻条纹间距x mm2.310 mm由条纹间距公式x得：代入数值得：6.6107 m6.6102 nm.答案(1)变小变大(2)13.8702.3106.6102最新预测1如图所示，有一圆柱形容器，底面半径为r，在容器底面的中心o处有一点光源s，点光源s发出的光经时间t可以传到容器的边缘p.若容器内倒满某液体，点光源s发出的光经时间2t可以传到容器的边缘p且恰好发生全反射(光在空气中的传播速度可近似等于光在真空中的传播速度)求：(1)液体的折射率n；(2)容器的高度h.解析：(1)设o、p之间的距离为d，光在空气中的传播速度为c，光在该液体中的传播速度为v，则dct，d2vt液体的折射率n所以n2.(2)如图所示，光线在p处恰好发生全反射时，入射角设为c，则sin c所以c30得hr.答案：(1)2(2)r最新预测2某同学设计了一个测定激光波长的实验装置，如图甲所示，激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装双缝、另一端装有感光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮点，图乙中的黑点代表亮点的中心位置(1)通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长据资料介绍：若双缝的缝间距离为a，双缝到感光片的距离为l，感光片相邻两光点间的距离为b，则光的波长.该同学测得l1.000 0 m，双缝间距a0.220 mm，用带十分度游标的卡尺测感光片上的点间距离时，尺与点的中心位置如图乙所示图乙中第1个光点到第4个光点的距离是_mm.实验中激光的波长_m(保留两位有效数字)(2)如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两光点间的距离将_解析：(1)由乙图可知第1个光点到第4个光点间的距离b8.6 mm，b2.9 mmb2.9103 m6.4107 m.(2)如果实验时将红激光换成蓝激光，变小了，由b可得，屏上相邻两光点的间距将变小答案：(1)8.66.4107(2)变小1对如图所示的图片、示意图或实验装置图，下列判断准确无误的是()a甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”b乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度c丙图是双缝干涉原理图，若p到s1、s2的路程差是半波长的偶数倍，则是亮纹d丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹e戊图是波的振动图象，其振幅为8 cm，振动周期为4 s解析：选bce.甲图是小孔衍射的图样，但不是“泊松亮斑”，故a错丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，但其干涉条纹应为水平的，故d错2(2014高考福建卷)在均匀介质中，一列沿x轴正向传播的横波，其波源o在第一个周期内的振动图象如右图所示，则该波在第一个周期末的波形图是()解析：选d.由波的形成规律可知，一个周期内x0处，质点刚好完成一次全振动，结合振动图象知，质点在平衡位置向下运动；x(为该波波长)处，质点振动了个周期，质点位于正向最大位移处；x处的质点，振动了个周期，质点位于负向最大位移处选项d正确3(2014高考北京卷)一简谐机械横波沿x轴正方向传播，波长为，周期为t.t0时刻的波形如图甲所示，a、b是波上的两个质点图乙是波上某一质点的振动图象下列说法正确的是()at0时质点a的速度比质点b的大bt0时质点a的加速度比质点b的小c图乙可以表示质点a的振动d图乙可以表示质点b的振动解析：选d.图甲为波的图象，图乙为振动图象t0时刻，a质点在波峰位置，速度为零，加速度最大；b质点在平衡位置，加速度为零，速度最大，故选项a、b错；在波的图象中，根据同侧法由传播方向可以判断出质点的振动方向，所以t0时刻，b点在平衡位置且向下振动，故选项c错d对4一列简谐横波沿直线由a向b传播，a、b相距0.45 m，如图是a处质点的振动图象当a处质点运动到波峰位置时，b处质点刚好到达平衡位置且向y轴正方向运动，这列波的波速可能是()a4.5 m/sb3.0 m/sc1.5 m/sd0.9 m/s e0.5 m/s解析：选ade.横波是由a向b传播的，而且在a到达波峰的时刻，b处于平衡位置向上运动，则：a、b相距ln，所以(n0,1,2，)根据v m/s(n0,1,2，)当n0时v4.5 m/s，当n1时v0.9 m/s，当n2时v0.5 m/s等，正确答案为ade.5(2014高考重庆卷)打磨某剖面如图所示的宝石时，必须将op、oq边与轴线的夹角切磨在12，光线一定在op边发生全反射b若2，光线会从oq边射出c若1，光线会从op边射出d若2，光线不能在op边上发生全反射；若0)现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n0)，称为负折射率材料位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r依然满足n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出若该材料对此电磁波的折射率n1，正确反映电磁波穿过该材料的传播途径的示意图是()解析：选b.由题意知，折射线和入射线位于法线的同一侧，n1，由折射定律可知，入射角等于折射角，所以选项b正确7(1)一列简谐横波沿直线传播，某时刻该列波上正好经过平衡位置的两质点相距6 m，且这两质点之间的波峰只有一个，则该简谐波可能的波长为_a4 mb6 mc8 md10 m e12 m(2)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，玻璃材料的折射率为，求op的长度解析：(1)根据题意，两质点之间的波峰只有一个，可能情况有：6 m，12 m6 m6 m，4 m，故选项abe正确(2)画出如图所示光路图自a点入射的光线在b点发生折射：n且sin ioa/ob得r60可知opbpob30故op2rcos 30r.答案：(1)abe(2)r8.(1)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示他改变的实验条件可能是_a减小光源到单缝的距离b减小双缝之间的距离c增大双缝到光屏之间的距离d换用频率更高的单色光源e换用频率更低的单色光源(2)太空教师王亚平在“天宫一号” 中授课时做了一个“水球”实验现在我们借用王亚平的“水球”来研究另一个光学问题：设“水球”的半径为r，折射率为n，ab是“水球”的一条直径，现有一细光束沿与ab平行的方向在某点射入“水球”，经过一次折射后恰好经过b点，则入射光束到ab的距离是多少？解析：(1)在双缝干涉中，相邻明条纹间的距离x，由题图知干涉条纹间距变宽，故可增大l、或减小d.根据c知要增大，应减小.选项b、c、e正确，选项a、d错误(2)设光线p经c折射到b点，光路如图所示根据折射定律n由几何关系得：2联立上式得：60，30所以rsin 60r.答案：(1)bce(2)r9(2014湖北八校联考)(1)在t0时刻向平静水面的o处投下一块石头，水面波向东西南北各个方向传播开去，当t1 s时水面波向西刚刚传到m点(图中只画了东西方向，南北方向没画出)，om的距离为1 m，振动的最低点n距原水平面15 cm，如图所示，则以下分析正确的是_at1 s时o点的运动方向向上b该水面波的波长为2 mc振动后原来水面上的m点和n点永远不可能同时出现在同一水平线上dt1.25 s时刻m点和o点的速度大小相等方向相反et2 s时刻n点处于平衡位置(2)如图所示，在mn的下方足够大的空间是玻璃介质，其折射率为n，玻璃介质的上边界mn是屏幕玻璃中有一正三角形空气泡，其边长l40 cm，顶点与屏幕接触于c点，底边ab与屏幕平行一束激光a垂直于ab边射向ac边的中点o，结果在屏幕mn上出现两个光斑求两个光斑之间的距离l；若任意两束相同激光同时垂直于ab边向上入射进入空气泡，求屏幕上相距最远的两个光斑之间的距离解析：(2)画出光路图如图甲所示在界面ac，a光的入射角160由光的折射定律有：n代入数据求得折射角230由光的反射定律得反射角360由几何关系易得：odc是边长为l/2的正三角形，coe为等腰三角形，ceocl/2，故两光斑之间的距离ldcce40 cm.光路图如图乙所示，屏幕上相距最远的两个光斑之间的距离为pq2l80 cm.答案：(1)abd(2)40 cm80 cm10(2014西城区二模)(1)铺设钢轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动普通钢轨长为12.6 m，列车固有振动