（广西专用）2020高考物理二轮复习 第17讲 机械振动与机械波 光学课件

专题八选修3-4,-2-,-3-,-4-,第17讲机械振动与机械波光学,-6-,知识脉络梳理,规律方法导引,-7-,知识脉络梳理,规律方法导引,1.知识规律(1)振动和波。振动的周期性、对称性:x=asin(t+)。波的产生和传播:,(2)光的折射和全反射。,-8-,知识脉络梳理,规律方法导引,(3)波的干涉、衍射等现象。干涉、衍射是波特有的现象。干涉条件:频率相同、相位差恒定,振动方向相同。明显衍射条件:d。明条纹(振动加强区):,2.思想方法(1)物理思想:理想模型思想、类比思想。(2)物理方法:图像法、作图法、临界与极值法。,-9-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,振动与波动的综合应用常以选择题的形式考查波的图像、波速、波长、频率的关系。例1(多选)一列简谐横波,某时刻的图像如图甲所示,其中p、q、a是波上的三个质点,从该时刻开始计时,波上质点a的振动图像如图乙所示,则以下说法正确的是(),-10-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,a.t=0到t=0.2s,该波向x轴负方向传播了5mb.质点p比质点q先回到平衡位置c.经过t=0.4s,质点a通过的路程是4md.t=0到t=0.2s,这段时间p的速度逐渐减小e.质点a简谐运动的表达式为y=2sin2.5t(m)思维导引,-11-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,答案:ace解析:由题图乙读出t=0时刻质点a的速度方向为沿y轴正方向,由题图甲判断出波的传播方向为沿x轴负方向,该波的波长为=20m,由题图乙知波的周期为t=0.8s,则波速为v=25m/s,所以x=vt=250.2m=5m,故选项a正确;图示时刻质点p沿y轴负方向运动,因为质点q直接向平衡位置运动,所以质点p将比质点q后回到平衡位置,故选项b错误;t=0.4s=0.5t,在一个周期内质点a通过的路程是4倍振幅,则经过t=0.4s,质点a通过的路程是s=2a=4m,故选项c正确;t=0到t=0.2s,为四分之一周期,这段时间p的速度先减小,谐运动的表达式为y=2sin2.5t(m),故选项e正确。,-12-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,规律方法1.判断波的传播方向和质点振动方向的方法(1)上下坡法(图甲)。(2)同侧法(图乙)。(3)微平移法(图丙)。,-13-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,2.周期、波长、波速的计算(1)周期:可根据质点的振动情况计算,若t时间内,质点完成了n次,(2)波长:可根据波形确定,若l的距离上有n个(n可能不是整数)波长,则=;也可根据公式=vt计算。,-14-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,拓展训练1(多选)(2019广东深圳模拟)一列简谐横波沿x轴正方向传播,甲图中a、b两质点平衡位置间的距离为2m,且小于一个波长,乙图为a、b两质点的振动图像。由此可知(),甲乙a.b质点在一个周期内通过的路程为8cmb.该机械波的周期为4sc.该机械波的波速为4m/sd.t=1.5s时a、b两质点的位移相同e.t=1.5s时a、b两质点的振动速度相同,abd,-15-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,解析:由题图乙可得振幅a=2cm,周期t=4s,故波中任意质点在一个周期内通过的路程为4a=8cm,选项a、b正确;波由a向b传播,则a处振动比b处振动超前1s,该机械波的波速为v=m/s=2m/s,选项c错误;由振动图形可知,t=1.5s时a、b两质点的位移大小相同,方向相反,质点的振动速度大小方向都相同,选项d错误,e正确。,-16-,命题热点三,命题热点一,命题热点二,光的折射和全反射常以计算题的形式考查光的折射和全反射。例2一个半圆柱形玻璃砖,其横截面是半径为r的半圆,ab为半圆的直径,o为圆心,如图所示,玻璃的折射率为n=。(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面,若光线到达上表面后,都要从该表面射出,则入射光束在ab上的最大宽度为多少?(2)一细束光线在o点左侧与o相距r处垂直于ab从下方入射,求此光线从玻璃砖射出点的位置。,-17-,命题热点三,命题热点一,命题热点二,思维导引,-18-,命题热点三,命题热点一,命题热点二,解析:(1)在o点左侧,设从e点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角,则oe区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出,如图所示。,由几何关系有oe=rsin由对称性可知,若光线都能从上表面射出,光束的宽度最大为l=2oe,-19-,命题热点三,命题热点一,命题热点二,在上表面的入射角为,由几何关系及式和已知条件得=60光线在玻璃砖内会发生三次全反射,最后由g点射出,如图所示。由反射定律和几何关系得,射到g点的光有一部分被反射,沿原路返回到达c点射出。,-20-,命题热点三,命题热点一,命题热点二,规律方法光的折射和全反射题型的分析思路(1)确定要研究的光线。有时会分析、寻找临界光线、边界光线作为研究对象。(2)找入射点,确认界面,并画出法线。(3)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。(4)根据反射定律、折射定律列出关系式,结合几何关系等,具体求解。,-21-,命题热点三,命题热点一,命题热点二,拓展训练2(2019河南开封模拟)在水平桌面上有一个倒立的玻璃圆锥,其顶点恰好与桌面接触,圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直,过轴线的截面为等边三角形,如图所示。有一半径为r=0.1m的圆柱形平行光束垂直入射到玻璃圆锥上表面,光束的中心轴与圆锥的轴重合,已知玻璃的折射率为n=1.73。则:(1)通过计算说明光线1能不能在圆锥的侧面b点发生全反射?(2)光线1经过圆锥侧面b点后射到桌面上某一点所用的总时间是多少?(结果保留三位有效数字),-22-,命题热点三,命题热点一,命题热点二,答案:(1)能(2)1.5810-9s,则30c,所以光线1能在b点发生全反射。(2)如图所示,由几何关系得,-23-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,光的波动性以选择题的形式考查折射率与光的传播速度、频率的关系,干涉、衍射图样与频率的关系。例3(多选)半圆形玻璃砖横截面如图所示,ab为直径,o点为圆心。在该截面内有a、b两束单色可见光从空气中垂直于ab射入玻璃砖,两入射点到o点的距离相等。两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示,则a、b两束光()a.在同种均匀介质中传播,a光的传播速度较大b.以相同的入射角从空气斜射入水中,b光的折射角大c.a光的波长比b光的波长小d.分别通过同一双缝干涉装置,a光的相邻亮条纹间距大,ad,-24-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,思维导引,-25-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,解析:由题图可知,b光发生了全反射,a光没有发生全反射,即a光发生全反射的临界角ca大于b光发生全反射的临界角cb,根据,-26-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,规律方法(1)双缝干涉和单缝衍射都是叠加的结果,只是干涉条纹是有限的几束光的叠加,而衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加。(2)单缝衍射时,照射光的波长越长,单缝越窄,中央亮纹越宽,所以衍射和干涉都能使白光发生色散现象,且中央白光的边缘均呈红色。(3)干涉和衍射的图样有相似之处,都是明暗相间的条纹,只是干涉条纹中条纹宽度和亮纹亮度基本相同,衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等,中央亮纹最宽最亮。,-27-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,拓展训练3(多选)下列说法正确的是()a.对于同一障碍物,波长越长的光波越容易绕过去b.白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的干涉现象c.红光由空气进入水中,波长变长、颜色不变d.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度利用了光的干涉现象,ade,解析:对于同一障碍物,波长越长的光波越容易发生衍射现象,从而绕过障碍物,a正确;白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的色散现象,b错误;红光由空气进入水中,频率不变,颜色不变,波速减小,则波长变短,c错误;用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度利用了光的干涉现象,d正确。,-28-,1,2,3,4,怎样得高分,1.关于机械波,下列说法正确的是()a.机械波的传播过程也是传递能量的过程b.机械波的频率与波源振动的频率无关c.机械波不能产生干涉、衍射现象d.机械波能在真空中传播,a,-29-,1,2,3,4,怎样得高分,2.(多选)关于下列光学现象,说法正确的是()a.水中蓝光的传播速度比红光快b.光从空气射入玻璃时可能发生全反射c.在岸边观察前方水中的一条鱼,鱼的实际深度比看到的要深d.分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验,用红光时得到的条纹间距更宽,cd,-30-,1,2,3,4,怎样得高分,3.(1)关于电磁波,下列说法正确的是()a.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关b.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波c.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直d.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输e.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失,abc,-31-,1,2,3,4,怎样得高分,(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x=0和x=5cm处的两个质点。t=0时开始观测,此时质点o的位移为y=4cm,质点a处于波峰位置;t=s时,质点o第一次回到平衡位置;t=1s时,质点a第一次回到平衡位置。求:简谐波的周期、波速和波长;质点o的位移随时间变化的关系式。,-32-,1,2,3,4,怎样得高分,答案:(2)4s7.5cm/s30cm,解析:(1)电磁波在真空中的传播速度为光速,a选项正确;电磁波是由周期性变化的电场和磁场相互激发产生的,b选项正确;传播速度方向、电场方向、磁场方向三者两两垂直,c选项正确;电磁波可以通过光缆传播,d选项错误;当电磁振荡消失后,电磁波可继续传播,e选项错误。,-33-,1,2,3,4,怎样得高分,(2)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,v=7.5cm/s利用波长、波速和周期的关系得,简谐波的波长=30cm。,-34-,1,2,3,4,怎样得高分,设质点o的位移随时间变化的关系为,-35-,1,2,3,4,怎样得高分,4.(2019全国卷)如图所示,直角三角形abc为一棱镜的横截面,a=90,b=30。一束光线平行于底边bc射到ab边上并进入棱镜,然后垂直于ac边射出。(1)求棱镜的折射率。(2)保持ab边上的入射点不变,逐渐减小入射角,直到bc边上恰好有光线射出。求此时ab边上入射角的正弦。,-36-,1,2,3,4,怎样得高分,解析:(1)光路图及相关量如图所示。光束在ab边上折射,由折射定律得,式中n是棱镜的折射率。由几何关系可知+=60由几何关系和反射定律得=b联立式,并代入i=60得,-37-,1,2,3,4,怎样得高分,(2)设改变后的入射角为i,折射角为,由折射定律得,由几何关系得c=+30由式得入射角的正弦为,-38-,1,2,3,4,怎样得高分,玻璃三棱镜中的折射和全反射问题【典例示范】如图所示,直角玻璃三棱镜置于空气中,已知a=60,c=90,一束极细的光于ac的中点d垂直ac面入射,ad=a,棱镜的折射率为n=,求:(1)此玻璃的临界角;(2)光从棱镜第一次射入空气时的折射角;(3)光从进入棱镜到它第一次射入空气所经历的时间(设光在真空中的传播速度为c)。,-39-,1,2,3,4,怎样得高分,思维流程,-40-,1,2,3,4,怎样得高分,2.画出光路可知,光从cb边第一次射入空气。,以题说法光在玻璃三棱镜中的折射和全反射问题,作好规范的光路图是解决问题的关键,特别应注意法线作为辅助线的作用,通过作图构建几何三角形,然后利用三棱镜的角度关系和几何知识求解。,-41-,1,2,3,4,怎样得高分,针对训练(2019江西重点中学联盟)如图所示,屏幕mn下方足够大的空间内是玻璃介质,其折射率为n=。玻璃中