高考物理 热点预测 8振动和波动 光及光的本性课件.ppt

专题八振动和波动光及光的本性 三年考情 命题分析 综合分析近三年的各地高考题 高考命题在本专题主要涉及以下规律 1 本部分内容在高考中以选择 填空 实验和计算等各种形式出现 难度中下 是高考选考内容 2 高考命题主要围绕着以下考点进行 1 简谐运动的规律及振动图象 2 波动图象 3 波速 波长和频率 周期 的关系 4 光的干涉 衍射及双缝干涉实验 5 光的折射定律和全反射 6 电磁波的有关性质 备考策略 根据近三年高考命题特点和规律 可以预测2013年的高考考查重点如下 1 以选择题形式考查简谐运动的描述 2 以填空题或计算题形式考查光的折射定律和全反射 振动图象和波动图象的综合应用 在重点复习以上知识的同时 需注意以下几点 1 重视对基本概念和规律的理解 2 重视知识间的相互联系 3 加强对机械波的规律和光学知识相结合的理解 4 相对论知识只需知道其基本概念 复习本专题时 同时要注意以下几点 1 简谐运动的周期性 2 波的传播方向和质点振动方向的判断方法 3 波的周期性和多解性 考纲资讯 简谐运动简谐运动的表达式和图象 单摆的周期与摆长的关系 实验 探究 受迫振动和共振 机械波横波和纵波横波的图象 波长 波速和频率 周期 的关系 波的干涉和衍射 多普勒效应 电磁波谱电磁波及其应用 光的折射定律折射率 测定玻璃的折射率 实验 探究 光的全反射光导纤维 光的干涉 衍射和偏振 激光的特性及应用 狭义相对论的基本假设狭义相对论时空观与经典时空观的区别 同时的相对性长度的相对性质能关系 考情快报 1 1 考查机械振动与机械波 光的干涉 衍射 偏振等知识点 2 考查光的折射 全反射及其应用 2 预计2013年高考对该讲的考查主要是 1 考查波的图象及波长 波速与频率的关系 2 考查光的折射 3 本部分考点与生活 生产实际相联系 考查光学知识在实际中的应用 体系构建 核心自查 一 简谐运动的重要特征1 简谐运动的对称性振动质点在关于 对称的两点 x f a v ek ep的 均相等 其中回复力f 加速度a与位移x的 相反 而v与x的方向可能 也可能 振动质点来回通过相同的两点间的时间 即tbc tcb 质点通过关于平衡位置对称的等长的两线段时间 即tbc tb c 如图所示 平衡位置 方向 相同 相反 相等 相等 大小 2 简谐运动的周期性 1 做简谐运动的物体 描述它的物理量x f a v ek ep等都随时间做 变化 其中x f a v的变化周期为t 因为能量为标量 所以动能ek和势能ep的变化周期为 2 振动物体在一个周期内通过的路程为 a a为振幅 半个周期内通过的路程为 a 但内通过的路程可能大于a 也可能小于a 这与计时起点位置有关 周期性 4 2 3 简谐运动的两个典型模型 弹簧振子与单摆 模型 比较项目 模型 比较项目 弹簧对小 球的弹力 kx 二 振动与波动的比较1 振动图象与波动图象的比较 一个 所有质点 位移 平衡 位置 不变 平移 周期 波长 2 波特有的现象 1 是波特有的现象 波同时还可以发生反射 等现象 2 稳定干涉中 振动加强区内各点的振动位移不一定比减弱区内各点的振动位移大 3 两个同样的波源发生干涉时 某点到两个波源的路程差决定是振动加强还是振动减弱 如果路程差是波长的整数倍则振动 如果路程差是半波长的奇数倍 则振动 干涉和衍射 折射 加强 减弱 三 光及光的本性1 折射率公式 1 光从真空进入介质时 n 2 决定式 n 2 全反射 1 条件 光从 介质进入 介质 入射角 或 临界角 2 临界角 sinc 光密 光疏 大于 等于 3 光的色散白光通过三棱镜后发生 现象 说明白光是 由 单色光组成 增大 减小 减小 减小 色散 复色光 七种 4 光的干涉 衍射和偏振现象 1 光的干涉 k 频率 相位差 反射 亮暗相间 彩色 2 光的衍射 产生明显衍射的条件 障碍物或孔的尺寸跟光的波长 或者比光的波长 衍射现象 亮 宽 暗 窄 越宽 越大 明暗相间 圆形条纹 亮斑 差不多 小 3 光的偏振自然光通过偏振片后成为 两偏振片平行时透过的光 垂直时光 偏振光 最强 最弱 热点考向1 振动与波动的综合应用 典题训练1 2012 新课标全国卷 一简谐横波沿x轴正向传播 t 0时刻的波形如图甲所示 x 0 30m处的质点的振动图线如图乙所示 该质点在t 0时刻的运动方向沿y轴 选填 正向 或 负向 已知该波的波长大于0 30m 则该波的波长为 m 解题指导 解答本题应明确以下两点 1 根据振动图象判断t 0时刻质点的振动方向 2 根据波动图象和振动图象以及波长大于0 30m 建立关于波长的方程 解析 由振动图象可判断 该质点在t 0时刻的运动方向沿y轴正方向 根据振动方程y asin t 即所以再由t 0时刻的波形图甲及波的传播方向和该波的波长大于0 30m等条件即可得出 对应t时间内波传播的距离满足0 30m 所以 0 8m 答案 正向0 8 典题训练2 2012 福建高考 一列简谐横波沿x轴传播 t 0时刻的波形如图甲所示 此时质点p正沿y轴负方向运动 其振动图象如图乙所示 则该波的传播方向和波速分别是 a 沿x轴负方向 60m sb 沿x轴正方向 60m sc 沿x轴负方向 30m sd 沿x轴正方向 30m s 解题指导 解答本题时可按以下思路分析 解析 选a 由图甲知此时质点p向下振动 据同侧法可知该波沿x轴负方向传播 b d错 由图甲知波长 24m 由图乙知周期t 0 4s 因此波速a对 c错 拓展提升 考题透视 振动与波动的问题是近几年高考的重点和热点 分析近几年高考命题 命题规律主要有以下几点 1 以选择题的形式考查 一般考查波动图象和振动图象的相互转换与判断 2 根据波的图象确定波的传播方向 传播时间及波的相关参量 3 波的多解问题 借题发挥 波动图象和振动图象的应用技巧求解波动图象与振动图象综合类问题可采用 一分 一看 二找 的方法 1 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 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 创新预测 1 如图所示 在均匀介质中的一条直线上的两个振源a b相距6m 振动频率相等 t0 0时刻a b开始振动 且都只振动一个周期 振幅相等 a的振动图象为甲 b的振动图象为乙 若由a向右传播的机械波与由b向左传播的机械波在t1 0 3s时恰好相遇 则下列判断正确的是 a 两列波在a b间的传播速度大小均为10m sb 两列波的波长都是4mc 在两列波相遇过程中 中点c为振动加强点d t2 0 5s时刻 b点经过平衡位置且振动方向向下 解析 选a 波速的大小由介质决定 故二者波速相同 在c点相遇 选项a正确 由图象知t 0 2s vt 2m 选项b错误 两列波的频率相等 发生干涉 由图象可知 两个振源的起振方向恰好相反 t1 0 3s时在c点相遇 则c点始终为振动减弱点 选项c错误 由振动的周期性可知 t2 0 5s时刻与0 1s时刻振动情况完全一样 故b点应该经过平衡位置往上振动 选项d错误 2 如图所示 图甲为一列沿x轴传播的简谐波在t 0 1s时刻的波形 图乙表示该波传播的介质中x 2m处的质点a从t 0时起的振动图象 则 a 波沿x轴正方向传播b 波传播的速度为20m sc t 0 25s时 x 4m处的质点b的加速度沿y轴负方向d t 0 25s时 质点a的加速度沿y轴负方向 解析 选b c 由乙图可知t 0 1s时 a点沿y轴正方向运动 在甲图中 由同侧法可知 波沿x轴负方向传播 a错 波速b对 t 0 25s时 a点在波谷处 加速度沿y轴正方向 d错 t 0 25s时 x 4m处的质点b在波峰处 加速度沿y轴负方向 c对 热点考向2 光的折射与全反射 典题训练3 2012 新课标全国卷 一玻璃立方体中心有一点状光源 今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜 以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体 已知该玻璃的折射率为求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值 解题指导 解答本题应明确以下两点 1 根据已知条件作出平面光路图 2 根据全反射定律和光路图列方程求解 解析 将题所描述的光现象的立体图转化为平面图 考虑从玻璃立方体中心o发出的一条光线 假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射 如图所示 根据折射定律有nsin sin 式中 n是玻璃的折射率 入射角等于 是折射角 现假设a点是上表面表面积最小的不透明薄膜边缘上的一点 由题意 在a点刚好发生全反射 故 设线段oa在立方体上表面的投影长为ra 由几何关系有 式中a为玻璃立方体的边长 由 式得 由题给数据得 由题意 上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是以ra为半径的圆 所求的镀膜面积s 与玻璃立方体的表面积s之比为 由 得答案 拓展提升 考题透视 光的折射与全反射为每年高考中的常考内容 分析近几年高考命题 命题规律主要有以下几点 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 借题发挥 解决光的折射和全反射题型的思路 1 确定研究的光线 该光线往往已知是入射光线 还有可能是反射光线或折射光线 2 有时不明确 需据题意分析 寻找 如临界光线 边界光线等 3 找入射点 确认界面 并画出法线 4 明确两介质折射率的大小关系 若光疏 光密 定有反射 折射光线 若光密 光疏 如果入射角大于或等于临界角 一定发生全反射 5 根据反射定律 折射定律作出光路图 结合几何关系 具体求解 创新预测 在我国四川汶川发生强烈地震时 人民生命财产遭受严重损失 全国人民投入到了抗震救灾的活动中 某救援车队行驶在灾区盘山公路上 盘山公路的路边等间距地镶嵌一些小玻璃球 夜间行驶的汽车车灯照上以后显得非常醒目 已知玻璃球半径为r 有一束平行光照在小玻璃球上 与直径ab平行 如图所示 则 1 若玻璃折射率n 与入射光平行返回的光线 距直线ab的距离是多大 2 为使光线能平行返回 所用玻璃的折射率最小是多大 解析 1 平行返回的光线光路如图 则由几何关系知 出射光线与入射光线平行的条件为 1 2 2故即 2 30 再由几何关系有 2 若光线能平行返回 则 2最大为45 因此n最小为答案 1 2 热点考向3 光的波动性 典题训练4 2012 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d a光在水中的临界角大于b光在水中的临界角 解题指导 解答本题需把握以下两点 1 根据折射定律判断a光与b光的折射率关系 从而确定它们的波长 速度 临界角的大小关系 2 把握衍射条纹的特点 解析 选a d 由题图知 a光的折射率小 波长长 波速大 临界角大 故a d正确 c错误 任何光的衍射条纹宽度都不均匀 故b错误 典题训练5 2011 北京高考 如图所示的双缝干涉实验 用绿光照射单缝s时 在光屏p上观察到干涉条纹 要得到相邻条纹间距更大的干涉图样 可以 a 增大s1与s2的间距b 减小双缝屏到光屏的距离c 将绿光换为红光d 将绿光换为紫光 解题指导 解答本题时可按以下思路分析 1 条纹间距与哪几个因素有关 2 光的颜色与光的波长有怎样的对应关系 解析 选c 双缝干涉的条纹间距公式 增大s1与s2的间距就是增大d 所以条纹间距变小 a错误 减小双缝屏到光屏的距离就是减小l 条纹间距减小 b错误 红光波长比绿光波长长 紫光波长比绿光波长短 所以将绿光换为红光可使条纹间距增大 c正确 d错误 拓展提升 考题透视 该知识点为近几年高考选考部分的热点 分析近几年的高考试题 其命题规律有以下特点 1 考查光的干涉现象及双缝干涉实验 2 考查光的波动性及光的衍射 偏振等 借题发挥 分析光的干涉现象的三点注意 1 干涉条件 频率相同 相位差恒定 振动方向在同一条直线上 2 明暗条纹形成条件 r k k 0 1 2 3 明条纹k 0 1 2 3 暗条纹 3 条纹间距 用双缝干涉实验测光波波长的原理 创新预测 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色散现象d 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 解析 选d 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错误 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 d正确 2 如图所示是杨氏双缝干涉实验示意图 其中s1 s2为双缝 d为光屏 实验中观察到屏上o点为中央亮纹的中心 p1为第一级亮纹的中心 若将双缝间的距离变小 其他条件不变 则 a 屏上的干涉条纹的间距将变大b 屏上的o点可能出现暗条纹c 屏上p1位置仍然可能为亮条纹的中心d 屏上p1位置可能为暗条纹的中心 解析 选a d 干涉条纹间距d为双缝间距 d减小 x变大 a正确 o点到双缝的路程差为零 所以o点始终是亮纹 b错误 p1到双缝的路程差小于一个波长 有可能是暗条纹 c错误 d正确 1 2012 苏北三校模拟 1 下列说法中正确的是 a 眼睛直接观察全息照片不能看到立体图像b 电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象c 驱动力频率等于系统固有频率时 受迫振动的振幅最大 这种现象叫共振d 在测定单摆周期时 为减小实验误差 最好在小球经过最高点时开始计时 2 相对论认为时间和空间与物质的速度有关 在高速前进中的列车的中点处 某乘客突然按下手电筒 使其发出一道闪光 该乘客认为闪光向前 向后传播的速度相等 都为c 站在铁轨旁边地面上的观察者认为闪光向前 向后传播的速度 选填 相等 或 不等 并且车上的乘客认为 电筒的闪光同时到达列车的前 后壁 地面上的观察者认为电筒的闪光先到达列车的 选填 前 或 后 壁 3 如图所示 某列波在t 0时刻的波形如图中实线所示 虚线为t 0 3s 该波的周期t 0 3s 时刻的波形图 已知t 0时刻质点p正在做加速运动 求质点p振动的周期和波的传播速度 解析 1 眼睛直接观察全息照片能看到立体图像 a项错误 干涉是波动特有的 b项正确 驱动力频率等于系统固有频率时 受迫振动的振幅最大 这种现象叫共振 c项正确 在测定单摆周期时 为减小实验误差 最好在小球经过平衡位置时开始计时 d项错误 2 根据狭义相对论光速不变原理 在一切惯性参考系中 光速是相同的 地面观察者会认为车向前运动 光到达后壁的时间短 3 p点加速运动则波往左传播所以波速周期答案 1 b c 2 相等后 3 0 4s10m s 2 2012 扬州二模 1 下列说法中正确的是 a 真空中光速在不同的惯性参考系中是不同的 它与光源 观察者间的相对运动有关b 拍摄玻璃橱窗内的物品时 往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度c 雨后公路积水上面漂浮的油膜看起来是彩色的 这是光的衍射现象d 火车过桥要慢行 目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率 以免发生共振损坏桥梁 2 如图所示是一列简谐横波在t 0时刻的波形图 已知这列波沿x轴正方向传播 波速为2cm s p点是离原点2m的一个介质质点 则该质点振动的周期为 在t 1 5s时质点p的位移为 3 如图所示 一束单色光射向半球形玻璃砖的球心o 入射光线与底边的夹角为60 折射光线与底边的夹角为45 已知真空中光速为c 求这束光在玻璃砖中的传播速度v 解析 1 根据光速不变原理判断a项错误 拍摄玻璃橱窗内的物品时 往往在镜头前加一个偏振片以消除反射光 b项错误 雨后公路积水上面漂浮的油膜看起来是彩色的 这是光的薄膜干涉现象 c项错误 火车过桥要慢行 目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率 以免引起共振 d项正确 2 从图中读出波长为4cm 因为传播的速度为2cm s 所以质点振动的周期为在t 1 5s时质点p在y轴负向最大值处 3 入射角i 30 折射角r 45 折射率玻璃砖中光的传播速度答案 1 d 2 2s 10cm 3 3 2012 南通二模 1 对光现象的认识 下列说法中正确的是 a 光的色散现象都是由光的干涉引起的b 光导纤维导光主要应用了光的干涉原理c 光的衍射现象表明光不沿直线传播d 光的偏振现象说明了光是一种纵波 2 一列沿 x方向传播的简谐波在t 0时刻刚好传到b点 波形如图所示 波速v 1m s 则此波的频率为 hz b质点开始振动后 其简谐运动的表达式y cm 经过 s x 0 3m的质点c第一次到达波峰 3 如图所示 一个圆柱形容器的底部半径与高均为b 当容器未装液体时 从某点a恰能看到底部边缘的b点 当容器装满某种液体时 仍沿ab方向看去 恰好能看到底部中心o 已知光在真空中的传播速度为c 试求光在此液体中的传播速度 解析 1 光的色散现象是由光的折射引起的 光导纤维导光主要应用了光的全反射原理 光的衍射现象表明光不沿直线传播 光的偏振现象说明了光是一种横波 选项c正确 2 由波形图可知波长为0 2m 此波的频率为f v 5hz b质点开始振动后 其简谐运动的表达式y 5sin10 tcm 经过x 0 3m处的质点c第一次到达波峰 3 此液体的折射率而光在此液体中的传播速度解得答案 1 c 2 55sin10 t0 15 3 4 2012 盐城二模 1 如图表示两列频率相同的横波相遇时某一时刻的情况 实线表示波峰 虚线表示波谷 则 a m点始终处于波峰b n点始终处于波谷c p点振动加强d q点振动减弱 2 一列简谐横波在t 0时的波形如图所示 介质中x 2m处的质点沿y轴方向做简谐运动的表达式为y 10sin 5 t cm 则这列波的传播方