选做题光、机械波

一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 1 主要题型 填空 作图 计算等 难度档次 中档难度或中档难度偏上 主要考查机械振动与机械波 光现象 一般选 取 3 4 个高频考点组成 2 3 个小题 一般为 关联性综合 也可 拼盘式组 合 只对考点知识直接使用 只做模块内综合 高考热点 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 2 方法锦囊 1 判断波的传播方向和质点振动方向的方法 上下波法 特殊点法 微平移法 波形移动法 2 利用波传播的周期性 双向性解题 1 波的图象的周期性 相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同 从 而使题目的解答出现多解的可能 2 波传播方向的双向性 在题目未给出传播方向时 要考虑到波可沿 x 轴 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 3 正向或负向传播的两种可能性 3 光线通过平板玻璃砖后 不改变光线行进方向及光束性质 但会使光 线发生侧移 侧移量的大小跟入射角 折射率和玻璃砖的厚度有关 4 对几何光学方面的问题 应用光路图或有关几何图形进行分析与公式 配合 将一个物理问题转化为一个几何问题 能够做到直观 形象 易于发现 隐含条件 课堂笔记 常考问题常考问题 1 1 光学基本知识与机械波的组合 例 1 图 13 1 2012 江苏卷 12B 1 如图 13 1 所示 白炽灯的右侧依次平行放置偏振 片 P 和 Q A 点位于 P Q 之间 B 点位于 Q 右侧 旋转偏振片 P A B 两点 光的强度变化情况是 A A B 均不变 B A B 均有变化 C A 不变 B 有变化 D A 有变化 B 不变 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 4 图 13 2 2 测定玻璃的折射率 实验中 在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针 A B 在另一侧再竖直插两个大头针 C D 在插入第四个大头针 D 时 要使它 图 13 2 是在白纸上留下的实验痕迹 其中直线 a a 是描在纸上 的玻璃砖的两个边 根据该图可算得玻璃的折射率 n 计算结果保留 两位有效数字 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 1 下列说法中正确的是 A 两列波发生干涉时 振动加强的质点位移始终最大 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 5 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 狭义相对论原理认为 在任何参考系中物理规律都是相同的 D 观察者相对于频率一定的声源运动时 接收到声波的频率可能发生变 化 2 图 13 3 如图 13 3 所示 一个由某种透明物质制成的三棱镜 顶角 30 C 90 一束绿光垂直射向 AC 面 经过 AB 面射出后的光线偏离原来方向 15 则该介质对绿光的折射率为 若让一束红光垂直射向 AC 面 经 过 AB 面射出后的光线偏离原来方向的夹角为 填 大于 小于 或 等于 15 3 一列沿 x 方向传播的简谐横波在 t 0 时刻的波形如图 13 4 所示 图 13 4 已知波速 v 20 m s 则图中 P 点 坐标为 x 4 m 的点 开始振动的方向沿 填 y 或 y 方向 该简谐波的频率为 Hz 在 0 8 s 内通过的路程为 cm 该点的振动方程为 y cm 借题发挥 1 测玻璃砖折射率的注意事项 1 实验时 尽可能将大头针竖直插在纸上 且 P1和 P2之间 P2与 O 点之 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 6 间距离要稍大一些 2 入射角 应适当大一些 以减小角度测量误差 但入射角也不宜太大 3 在操作时 手不要触摸玻璃砖的光洁面 更不能将玻璃砖界面当做直尺 画分界线 4 在实验过程中 玻璃砖与白纸的相对位置不能改变 5 玻璃砖应选用宽度较大的 宜在 5 cm 以上 若宽度太小 则测量误差 较大 2 对波的理解 各质点都依次重复波源的简谐振动 但后一质点总要滞后前一质点 波向前传播过程中 波头的形状相同 波的 总体形式 向前做匀速直线运动 即匀速向前传播 任一个质点的起振方向都与振源的起振方向相同 机械波的波速 v 取决于介质 与频率无关 课堂笔记 常考问题常考问题 2 2 机械振动 机械波与光的折射 全反射的组合 例 2 2012 课标全国卷 34 1 一简谐横波沿 x 轴正向传播 t 0 时刻 的波形如图 13 5 a 所示 x 0 30 m 处的质点的振动图线如图 b 所示 该质点 在 t 0 时刻的运动方向沿 y 轴 填 正向 或 负向 已知该波的 波长大于 0 30 m 则该波的波长为 m 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 7 图 13 5 2 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 2 解析 1 依据振动图象描述的是同一质点不同时刻的运动特征可知 t 0 时刻质 点运动方向沿 y 轴正向 因为横波沿 x 轴正向传播且波长大于 0 30 m 则 0 3 m 解得 0 8 m 对应 P 点 如右图所示 3 8 2 如图 考虑从玻璃立方体中心 O 点发出的一条光线 假设它斜射到玻 璃立方体上表面发生折射 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 A 2 设线段 OA 在立方体上表面的投影长为 RA 由几何关系有 sin A RA R2 A a 2 2 式中 a 为玻璃立方体的边长 由 式得 RA a 2 n2 1 由题给数据得 RA a 2 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 8 由题意 上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是半径为 RA的圆 所求 的镀膜面积 S 与玻璃立方体的表面积 S 之比为 S S 6 R2 A 6a2 由 得 S S 4 答案 1 正向 0 8 2 4 1 多选 北京时间 2011 年 3 月 11 日 13 时 46 分 在日本东北部宫 城县以东太平洋海域发生里氏 9 0 级地震 地震造成了重大的人员伤亡 下列 说法中正确的是 A 震源停止振动时 地震波的传播立即停止 B 地震波能传播能量 C 当地震波由海底传播到海水中时地震波的频率不变 D 地震波与电磁波一样均可以在真空中传播 2 图 13 6 甲所示是一列沿 x 轴正方向传播的简谐横波在 t 0 时刻的波 形 质点 P 的振动图像如图乙所示 则这列波的传播速度为 m s 质 点 P 的振动方程为 y cm 图 13 6 3 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 9 图 13 7 如图 13 7 所示 一个截面为直角三角形的玻璃砖放在水平地面上 折射 率 n 入射光线垂直于 AB 边从 F 点射入玻璃砖 经 E 点折射后到达地面上 2 的 P 点 已知 AE ED L ABD 60 试求光线从 F 到 P 所用时间 光在 真空中的速度大小为 c 借题发挥 1 巧解波动图象与振动图象相结合的问题 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 2 光的折射和全反射问题的解题技巧 1 解决光的折射问题的基本思路 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 10 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 利用几何关系 折射定律是关键 课堂笔记 1 1 多选 下列说法正确的是 A X 射线穿透物质的本领比 射线更强 B 红光由空气进入水中 波长变长 颜色不变 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 11 C 狭义相对论认为物体的质量与其运动状态有关 D 观察者相对于频率一定的声源运动时 接收到声波的频率可能发生变 化 2 图 13 8 甲为一简谐横波在 t 1 0 s 时的图象 图乙为 x 4 m 处的质点 P 的振动图象 试求 图 13 8 该波的波速 从图甲开始再经过 3 5 s 时 质点 P 的位移大小 在此 3 5 s 时间内质点 P 通过的路程 图 13 9 2 2012 山东卷 37 1 一列简谐横波沿 x 轴正方向传播 t 0 时刻的波 形如图 13 9 所示 介质中质点 P Q 分别位于 x 2 m x 4 m 处 从 t 0 时 刻开始计时 当 t 15 s 时质点 Q 刚好第 4 次到达波峰 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 12 求波速 写出质点 P 做简谐运动的表达式 不要求推导过程 图 13 10 2 如图 13 10 所示 一玻璃球体的半径为 R O 为球心 AB 为直径 来 自 B 点的光线 BM 在 M 点射出 出射光线平行于 AB 另一光线 BN 恰好在 N 点发生全反射 已知 ABM 30 求 玻璃的折射率 球心 O 到 BN 的距离 图 13 11 3 1 多选 如图 13 11 所示 一细束白光由空气斜射到横截面为矩形的 玻璃砖 abdc 的 ab 边上 入射光的延长线沿 Od 方向 则入射光 A 不可能在 ab 界面发生全反射 B 可能射到 bd 面 并在 bd 界面发生全反射 C 一定能到达 cd 面 并可能在 cd 界面发生全反射 D 一定能到达 cd 面并从 cd 射出 射出的各种色光一定互相平行 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 13 E 光进入玻璃砖后的速度减小 图 13 12 2 一列简谐横波 在 t 0 时的波动图象如图 13 12 所示 此时波恰好传 播到 A 点 再经过 1 0 s Q 点正好完成第一次全振动 试求 波速 v 的大小 规范画出第 1 s 内质点 P 的振动图象 要求在坐标轴上标明有关的物理量 单位和数据 4 2012 南京二模 1 现有毛玻璃屏 A 双缝 B 白光光源 C 单缝 D 和透红光的滤光片 E 等光学元件 要把它们放在图 13 13 所示的光具座上组 装成双缝干涉装置 用以测量红光的波长 将白光光源 C 放在光具座最左端 依次放置其他光学元件 由左至右 表 示各光学元件的字母排列顺序应为 C A 图 13 13 本实验的步骤有 a 取下遮光筒左侧的元件 调节光源高度 使光束能直接沿遮光筒轴线 把屏照亮 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 14 b 按合理顺序在光具座上放置各光学元件 并使各元件的中心位于遮光 筒的轴线上 c 用米尺测量双缝到屏的距离 d 用测量头 其读数方法同螺旋测微器 测量数条亮纹间的距离 在操作步骤 b 时还应注意 2 如图 13 14 所示 实线为一列简谐波在 t 0 时刻的波形 a 点振动方 向沿 y 轴正向 经 t 1 s 波形为图中虚线 求波的传播速度 图 13 14 5 2012 青岛模考 1 有一弹簧振子在水平方向上的 BC 之间做简谐运动 已知 BC 间的距离为 20 cm 振子在 2 s 内完成了 10 次全振动 若从某时刻振 子经过平衡位置时开始计时 t 0 经过 周期振子有正向最大加速度 1 4 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 15 求振子的振幅和周期 在图 13 15 甲中作出该振子的位移 时间图象 写出振子的振动方程 2 如图 13 15 乙所示是一透明的圆柱体的横截面 其半径 R 10 3 cm 折射率为 AB 是一条直径 今有一束平行光沿 AB 方向射向圆柱体 3 求 光在圆柱体中的传播速度为 m s 距离直线 AB 为 cm 的入射光线 折射后恰经过 B 点 甲 乙 图 13 15 常考问题 例 1 解析 1 白炽灯光包含各方向的光 且各个方向的光强度相等 所以旋转 偏振片 P 时各方向透射光强度相同 故 A 点光的强度不变 白炽灯光经偏振片 P 后为偏振光 当 Q 旋转时 只有与 P 的偏振方向一致时才有光透过 Q 因此 B 点的光强有变化 选项 C 正确 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 16 2 确定出射光线时应使 D 挡住 C 和 A B 的像 作图如图所示 以 O 为 圆心 OO 为半径作圆交 AB 于 E 点 根据 n 得 n 测量 EF 和 sin i sin r EF O P O P 长度得 n 1 8 1 6 1 9 均正确 方法亦有多种 3 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 x 1 260 km vPvS vP vS 由 vST 解得 4 2 km 答案 1 C 2 挡住 C 及 A B 的像 1 8 1 6 1 9 都算对 3 1 260 km 4 2 km 预测 1 解析 1 干涉中加强的振幅 位移动态变化不能始终加强 A 错 拍玻璃 半厨窗内的物品时加增透膜 增强透射光强度 偏振片是消弱 B 错 狭义相 对论认为 在任何惯性参考系中物理规律是相同的 C 错 2 本题关键是如何理解题中 光线偏离 概念 如图所示 n sin 45 sin 30 2 绿光改为红光 由于 v红 v绿 所以在同种介质中 越大 n 越大 偏转角 更小 所以红光偏转角小于绿光偏转角 3 考查波形图信息判断 开始振动方向看波最前沿点的起振方向 根据上 下波法 x 6 处的点起振方向向上 因此 P 点起振方向向下 y 因 v 20 m s 4 m 据 v f 可知 f 5 Hz T 0 2 s 在 0 8 s 内通过的路程根据一个 周期质点运动 4A 可得 d 4A 96 cm 振动方程为 y 6sin 10 t cm t T 答案 1 D 2 小于 2 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 17 3 y 5 96 6sin 10 t 预测 2 解析 3 由公式 n 可以求出光在玻璃中速度大小为 v 由几何关系 c v c n 可知 1 30 由公式 n 可得 2 45 由几何关系可得 sin 1 sin 2 L 总时间 t 代入计算得 t FE L 2EP2 FE v EP c 3 2L 2c 答案 1 BC 2 2 8sin 0 5 t 3 3 2L 2c 参考答案 1 解析 2 由题图甲知 4 m 由图乙知 T 2 s v 2 m s T n 再经过 3 5 s 时 P 点到达负的最大位移处 位移大小为 t T 7 4 s1 0 2 m 路程为 4nA 1 4 m 答案 1 CD 2 2 m s 0 2 m 1 4 m 2 解析 1 设简谐横波的波速为 v 波长为 周期为 T 由图象知 4 m 由题意知 t 3T T 3 4 v T 联立 式 代入数据得 v 1 m s 质点 P 做简谐运动的表达式为 y 0 2 sin 0 5 t m 2 设光线 BM 在 M 点的入射角为 i 折射角为 r 由几何知识可知 i 30 r 60 根据折射定律得 n sin r sin i 代入数据得 n 3 光线 BN 恰好在 N 点发生全反射 则 BNO 为临界角 C 一切为了学生的未来发展而存在一切为了学生的未来发展而存在 知知 识识 丰丰 富富 人人 生生 学学 习习 赢赢 得得 未未 来 来 18 sin C 1 n 设球心到 BN 的距离为 d 由几何知识可知 d Rsin C 联立 式得 d R 3 3 答案 1 1 m s y 0 2 sin 0 5 t m 2 R 3 3 3 3 解析 1 根据全反射的条件 光由光密介质进入光疏介质且入射角大于 等于临界角 入射光不可能在 ab 界面发生全反射 入射光进入玻璃砖后 折 射光线向法线靠近 不可能射到 bd 面上 一定射到 cd 面上 由于其入射角小 于临界角 所以不可能在 cd 界面发生全反射 一定能从 cd 面射出 射出的各 种色光一定互相平行 光进入