二轮复习精品学案导学案18机械振动和机械波光

1、学案18选修3 4机械振动和机械波光【考情分析】课桶全国山来浙江江苏安徽广东北京天逮12131213121312131213121、*121312131213In机彊振动5412(B)211797机械波3434(1)3737161612(B?151577光34343737211412（B）12141468【考点预测】机械振动、机械波和光是每年高考必考的内容.纵观近几年的高考， 高考对该部分知识点的考查体现在以下几个方面：波动图象与波速公式的综合应用、波动图象与振动图象的结合、光的折射、光的全反射、光的折射率的测定和光的波长的测定.预计2014年高考对此部分的考查仍以上述知识为主，复习时要加强对

2、基本概念、规律的理解、抓住简谐运动和振动图象、波的传播和波动图象、光的折射和全反射三条主线，强化典型题目的训练，掌握其分析、求解的思路和方法.考题1对机械振动和机械波的考查【例1】如图1甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为介质中x= 2 m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象.下列说法正确的是（）甲y/m乙A .这列波的传播方向是沿x轴正方向B .这列波的传播速度是20 m/sC.经过0.15 s,质点P沿x轴正方向传播了 3 mD .经过0.1 s,质点Q的运动方向沿y轴正方向E.经过0.35 s,质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离审题突破 由P点的振动图象确定 P的振

3、动方向和振动周期. 由波动图象结合振动图象确定波长和波速.入 4解析 由质点P的振动图象可知，该波沿 x轴正方向传播，A正确；v =需 m/s =120 m/ s, B正确；质点不随波迁移， C错；经过0.1 s=质点Q的运动方向沿y轴3负方向，故D错误；经过0.35 s= I4T,质点P到达波峰，而质点 Q在波谷以上某处且 在x轴下方，故E正确.答案 ABE【规律总结】1.振动图象和波动图象的比较比较项目振动图象波动图象研究对象一个振动质点一系列振动质点研究内容某一质点位移随时间的变化规律某时刻大量质点的空间分布规律横坐标时间各质点在波传播方向上的平衡位置图象iyfm八7昴物理意义表示振动质

4、点在各时刻的位移，疋位移随时间变化的函数图象表示某时刻所有质点偏离各自平衡位置的位移，是某时刻各质点构成的形状图象变化随时间推移，图象延伸，但已有形态 不变随时间推移，图象沿传播方向平移一完整曲线表示个周期表示个波长图象信息(1) 振动周期(2) 振幅各时刻质点位移(1) 波长、振幅(2) 任意质点在该时刻的位移任意质点在该时刻的加速度方向各时刻质点速度及加速度的方向(4)传播方向、振动方向的相互判定2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法(1) 已知波的传播方向判断质点的振动方向图象方法呷x/m(1)微平移法：沿波的传播方向将波的图象进行一微小平移，然后由两条波形曲线来判断例如：波沿x轴正方

5、向传播，t时刻波形曲线如图中实线 所示.将其沿v的方向移动一微小距离 Ax,获得如图中 虚线所示的图线可以判定：t时刻质点A振动方向向下，质点 B振动方 向向上，质点C振动方向向下飞A(2) “上、下坡”法沿着波的传播方向看，上坡的点向下振动，下坡的点向 上振动，即“上坡下、下坡上”例如：图中A点向上振动，B点向下振动，C点向上振 动(3)逆向描迹法逆着波的传播方向用铅笔描波形曲线，笔头向上动，质 点的振动方向向上；笔头向下动，质点的振动方向就向 下f/m0*1f u k/*战髓Jfijfrg同侧法质点的振动方向与波的传播方向在波的图象的同一侧，如图所示已知质点的振动方向判断波的传播方向当已知

6、质点振动方向判断波的传播方向时， 仍应用上述方法，只不过是上述方法的逆向思维.【突破练习】1. 一列简谐横波沿x轴传播，周期为T, t= 0时刻的波形如图2所示此时平衡位置位于x= 3 m处的质点正在向上运动，若a、b两质点平衡位置的坐标分别为xa= 2.5 m, Xb=5.5 m,贝 U()A .当a质点处在波峰时，b质点恰在波谷B. t = T/4时，a质点正在向y轴负方向运动C. t = 3T/4时，a质点正在向y轴负方向运动D. 在某一时刻，a、b两质点的位移和速度可能相同 答案 C解析 由题图可以看出波长为 4 m, t= 0时刻x= 3 m处的质点向上振动，可得该波向 左传播将整个

7、波形图向左平移1.5 m时，a质点到达波峰，此时 b质点正好在平衡位置，A错；将图象整体向左平移 1 m,即波传播T/4时，a质点的振动状态与t = 0时刻平衡位置在3.5 m处的质点振动状态一样，即处在平衡位置上方并向y轴正方向运动,B错；将图象整体向左平移3 m,即波传播3T/4时，a质点的振动状态与t = 0时刻平衡位置在5.5 m处的b质点的振动状态一样，即处在平衡位置下方并向 y轴负方向运动，C对；a、b质点相隔3 m，即相差3T/4,不可能出现位移和速度相同的情况，故D错.2. 一列简谐横波沿x轴正方向传播，t= 0时波形图如图3中实线所示，此时波刚好传到P点，t = 0.6 s时

8、恰好传到Q点，波形如图中虚线所示，a、b、c、P、Q是介质中的质点， 下列说法正确的是()A .当t= 0.6 s质点a速度沿y轴负方向B .质点P在这段时间内沿x轴正方向移动了 30 mC.质点c在这段时间内通过的路程为30 cmD .当t= 0.5 s时，质点b、P的位移相同答案 D解析 由题意知波是沿x轴正方向传播的，则每个质点的振动状态都落后于其左侧相邻质点的振动，即其左侧相邻质点此时的位置即为该质点下一时刻即将到达的位置，因t=0.6 s时，质点a左侧相邻质点处于 a质点上方，故质点a此时必向上振动，A错误.波 动的过程是振动状态向前传播的过程，介质中的质点只是在各自的平衡位置上下做

9、简谐运动，并不随波向前传播，B错误.由于t = 0.6 s时波前位于质点c右侧半个波长处，可知质点c已经振动了半个周期，则其通过的路程为20 cm,故C错误因在0.6 s时间内波向前传播了 3/4波长的距离，可知波的周期 T = 0.8 s 当t = 0.5 s时，波向前传5播了 5/8个波长的距离，即此时每个质点的位移与其左侧相距Ax= 如果波向右传播，波速多大？ 如果波向左传播，在这段时间内质点O运动的路程是多大?答案 (1)26 m/s (2)300 cm 解析 (1)由题图可知：入=4 m , A= 20 cm 如果波向右传播：3T = 0.5 s入v= Tv= 26 m/s3 如果波

10、向左传播，则质点O运动了 n= 34个周期 A 25 m处的质点在t= 0时的位移相同，由题图知质点b、P左侧25 m处两质点在t = 0时恰好位于同一波谷左右两侧对称位置上，位移相等，故t= 0.5 s时b、P两质点的位移也必相等，D正确.3. 如图4所示，一列简谐横波沿 x轴传播，ti时刻波形为图中实线所示，t2时刻波形如图中虚线所示.已知 At = t2- ti = 0.5 s,且3TAt nB）,所以v v, VaVb，选项A正确；根据n=，当相等时，02a 92b，选项B错vsin 9误；光的折射率越大，频率越高，波长越小，即v b因此a光照射金属表面时能发生光电效应，则 b光也一定

11、能，选项 C正确；根据条纹间距公式 Ax=d入知，通过同一装置时a光的相邻亮条纹间距较大，选项 D正确.答案 ACD4枚大头【例4（2012浙江21）在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了针，如图9所示.图9（1）在图10中画出完整的光路图：r-=h 1r r t 1 ii11 41 1KK 4J-4-丄图10（2）对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n =（保留3位有效数字）.（3）为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了 8枚大头针，如图11所示图中P1和P2是同一入射光线上的 2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和

12、（填“ A”或“ B”）.解析（1）分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长，与玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中的传播方向.光路图如图所示.（2）设方格纸上正方形的边长为1,光线的入射角为91,折射角为5.3=0.798,sin 9=2.22.22+ 3.62=0.52125.3 + 4所以该玻璃砖的折射率n= sin 9 = 0798 = 1.53sin 90.521由题图可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A.答案 （1）见解析图 （2）1.53（说明：）.03范围内都

13、可）(3) A 【突破练习】6. 对图12所示的图片、示意图或实验装置图，下列判断准确无误的是（）标准样板 薄板 厚戟璃板乙图12A 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，出现竖直干涉条纹答案 BC解析 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.7. 下列说法正确的是（）A 光纤通信的工作原理是全反射的原理，具有容量大、抗干扰性强等优点B 自然光

14、斜射到玻璃、水面、木质桌面时，反射光和折射光都是偏振光C.经过同一双缝所得干涉条纹，红光条纹宽度大于绿光条纹宽度D 紫外线比红外线更容易发生衍射现象答案 ABC解析 根据光学常识可知选项 A、B正确；红光的波长比绿光的波长长，根据双缝干涉条纹间距公式 Ax= d入可知，经过同一双缝所得干涉条纹，红光条纹宽度大于绿光条纹宽度，选项C正确；衍射现象的明显程度与缝的宽度 （或障碍物的尺寸）和光的波长有关， 缝越窄（或障碍物的尺寸越小），波长越长，衍射现象越明显，与红外线相比，紫外线的波长更短，更不容易发生衍射现象，选项D错误.& （2012福建19（1）在“双缝干涉测光的波长”实验中（实验装置如图1

15、3所示）:尤源逮咒片单婕施縫 遮朮筒屏图13下列说法哪一个是错误的 （填选项前的字母）A 调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝B 测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离 a,求出相邻两条亮纹间距 Ax=-n 1测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图14所示，其示数为 mm.图14答案A 1.970解析 放上单缝和双缝后，由于发生干涉现象没法调节光源的高度，故A项错误.按读数规则，读出示数为：1.5 mm + 47.0X 0.01 mm = 1.970 mm.高考阅卷评分细则【例5】（2013

16、全国新课标II 34（2） （10分）如图15,三棱镜的横截面为直角三角形ABC, / A=30 / B= 60束平行于AC边的光线自AB边的P点射入三棱镜，在AC边发生反 射后从BC边的M点射出，若光线在 P点的入射角和在 M点的折射角相等.(i) 求三棱镜的折射率.(ii) 在三棱镜的AC边是否有光线透出，写出分析过程.(不考虑多次反射)解析(i )光路图如图所示，图中 N点为光线在AC边发生反射的入射点.设光线在 P 点的入射角为i、折射角为r，在M点的入射角为r 、折射角依题意也为i，由几何关系知i= 60 由折射定律有 sin i = nsin rnsi n r = sin i由式得

17、r = r00为过M点的法线，/ C为直角，00/ AC.由几何关系有/ MNC = r由反射定律可知 / PNA = / MNC联立式得/ PNA = r由几何关系得r = 30联立式得n= 3(ii )设在N点的入射角为i,由几何关系得i = 60 此三棱镜的全反射临界角满足nsin C = 1?由？式得i C此光线在N点发生全反射，三棱镜的 AC边没有光线透出.答案见解析评分细则 1第（i ）问7分.a.写出式给3分，用其他方式求解，结果正确的， 同样给分.若考生没有画出光路图，字母表达意思不清楚，思维混乱，不给分.b. 写出 式给4分用其他方式求解，结果正确的，同样给分.c. 若考生没

18、有写出关于 r的求解过程，但能够正确地画出光路图，说明利用几何关系 求得r = 30并写出公式n =沁=J3，同样给分.sin r 1若考生没有写出r的求解过程，也没有正确地画出光路图，虽然写出了 r = 30且写出公式n=也1 = 3，但只能给2分.sin r v2 .第（ii ）问3分.a. 写出入射角的大小，给1分.利用？式求出临界角的大小，给 1分.由入射角和临界角的大小关系得出结论，给1分.b. 没有进行比较，而是直接给出结论的，不给分.知识专题练 训练181. （1）如图1所示是用双缝干涉测光波波长的实验装置示意图，图中是光源、是滤光片、是单缝、是双缝、是光屏.下列操作能增大光屏上

19、相邻两条亮纹之间距离的0A .增大和之间的距离B. 增大和之间的距离C. 将绿色滤光片改成红色滤光片D .增大双缝之间的距离一列简谐横波由质点A向质点B传播，已知A、B两点相距4 m,这列波的波长大于2 m而小于20 m .如图2甲、乙表示在波的传播过程中A、B两质点的振动图象.求波的传播速度.4040答案 （1）BCm/s 或4 m/s37解析 (2)由振动图象读出T= 0.4 s.分析图象可知：t = 0时刻，质点A位于+ y方向最大位移处，而质点B则正经过平衡位置向一y方向运动.所以A、B间距4 m =162=m,其中 n= 0,1,2,4n+ 3因为这列波的波长大于2 m而小于20 m

20、,所以n有0、1两个可能的取值.因v = T，,所以v = 40m/s 或 40 m/s2. (1)一列简谐横波沿x轴正方向传播，t= 0时0点沿y轴正方向振动，t= 0.2 s的波形如图3所示，此时x= 2 m处的质点第1次到达波峰.此时0点的振动方向;求波速.1(2)如图4所示，-圆形玻璃砖放在水平桌面上，圆心为0,半径为R,激光束垂直 0B射向玻璃砖，入射点在c点时，出射光线过水平桌面上的 d点，已知oc=Rod = .3R. 求: 该玻璃砖的折射率； 要使A点右侧桌面光斑消失，入射点应向哪端移动.答案(1)沿y轴负方向20 m/s,3向上移动解析(1)沿y轴负方向1x= 2 m处的质点

21、第1次到达波峰，可知t= 2丁= 0.2 s波速为v =，由题图知冶8 ma解得：v = 20 m/sOC 1入射点在C点时，sin i= r = , i = 30RZ D = 30, r = 602 tan Z D =OD Rcos 30sin r -n=而=3当入射点向上移动时，光在 AB弧面上的入射角增大，大于或等于临界角时发生全反射，A点右侧桌面光斑消失.3. (1)一列简谐横波在t = 0时刻波形图如图5所示.介质中x= 2 m处的质点P沿y轴方向 做简谐运动的表达式为y= 10sin 5n cm.关于这列简谐波，下列说法正确的是()j y/cmi图5A .振幅为20 cmB .传播

22、方向沿x轴负向C. P点第一次回到平衡位置的时刻为0.2 sD .传播速度为10 m/s(2)如图6所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60。已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行求此玻璃的折射率.答案(1)CD(2),3解析(1)由已知条件可知该横波的振幅为 10 cm，波长为4 m，角速度为5 n rad/s，故 周期为0.4 s,波速为10 m/s.P点的起振方向沿y轴正方向，故波沿x轴正方向传播.P 点第一次回到平衡位置的时间为半个周期 (0.2 s)，故选项A、B错误，C、D正确.作出光线在玻璃球内的光路图，如图所示.A、C为折射点，B为反射点，作 O

23、D平行于入射光线，故 / AOD = / COD = 60 所以 / OAB = 30此玻璃的折射率n=器卡4. (1) 一束复色光由空气斜射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光光的频率小于b光的频率，下列光路图正确的是a、b.已知a( )AB(2)如图7所示，Si S2是同一种介质中相距 4 m的两个波源，其在垂直纸面方向振动的 周期分别为Ti = 0.8 s和T2= 0.4 s,振幅分别为Ai= 2 cm和1 cm ,在介质中形成的 机械波的波速为v= 5 m/s.S是介质中一质点，它到Si的距离为3 m，且SS丄Si,在t=0时刻，Si S2同时开始垂直纸面向外振动，试求：图7 0

24、、S2在t = 0时的振动传到S质点的时间差； t= iO s时质点S离开平衡位置的位移大小.答案 (i)D (2) 0.4 s 2 cm解析(2)由题意可知SQ= 5 m从t= 0时刻开始，Si的振动传到S质点所用的时间为：SSi *ti = 0.6 sv从t= 0时刻开始，S2的振动传到S质点所用的时间为： SS2 4t2= i svSi、S2在t = 0时的振动传到S质点的时间差：盘=t2 ti= 0.4 st= i0 s时质点S按Si的振动规律已经振动了：&i= t ti= 9.4 s= (ii + 4)Ti即t= i0 s时Si引起质点S的位移大小为：Xi Ai 2 cmit= i0

25、 s时质点S按S2的振动规律已经振动了：At2= t 12= 9 s= (22 + -)T2即t= i0 s时S2引起质点S的位移为X2= 0t= i0 s时质点S离开平衡位置的位移为Si和S2分别引起质点S位移的矢量和，所以可得：x= 2 cm5. (1)近年来全球地震频发已引起全球的高度关注某实验室一种简易地震仪，如图示，由竖直弹簧振子 P和水平弹簧振子 H组成在某次地震中同一震源产生的地震横波和地震纵波的波长分别为10 km和20 km,频率为0.5 Hz.假设该地震波的震源恰好处在地震仪的正下方，观察两振子相差5s开始振动，则地震仪中的两个弹簧振子振动的频率等于地震仪的竖直弹簧振子 P

26、先开始振动，震源距地震仪约(2) “光纤之父”高锟获得 2009年诺贝尔物理学奖的理由为“在光学通信领域光在光纤 中传输方面所取得的开创性成就”.某有线制导导弹发射时，在导弹发射基地和导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤，它双向传输信号，能达到有线制导作用，光纤由纤芯和包 层组成，其剖面如图9所示，为保证从光纤一端入射的光信号不会通过包层“泄漏”出 去，光在光纤内部由纤芯射向纤芯与包层的界面时须发生 ,故纤芯的折射率一定(填“大于”、“小于”或“等于”)包层的折射率若已知某光纤纤芯的折射率为n,光纤总长度为L,且暴露在空气中光从光纤一端以某一角度入射时，恰好 能使入射的光信号无“泄露”，求光在光纤内

27、部传播所需要的时间(已知光在真空中的传播速度为c) IL图9答案 (1)0.5 Hz 50 km 全反射大于n 2L/c解析(1)当地震波的频率与弹簧振子的频率相同时发生共振，所以弹簧振子的频率为0.5 Hz,距离震源的距离：x= (20- 10) X 5 km = 50 km.(2)当光在纤芯与包层的界面发生全反射时，光信号不会泄露出去；而发生全反射的条件是从折射率大的介质进入折射率小的介质；光在光纤中的速度v= V，设临界角为C,n1c 1n?L则sin C= -，由运动学公式 L = vtsin C = c t ，所以t= .nn nc6. (1)一列简谐横波沿x轴负方向传播图10甲是t

28、= 1 s时的波形图，图乙是该列波中某 振动质点的振动图象，求：该波的传播速度.图甲中x= 5 m处的质点在振动过程中的位移随时间变化的关系式(不要求推导过程)10图(2)有一折射率为n的长方体玻璃砖 从它的AB面以入射角a射入时，ABCD ,其周围是空气，如图 11所示当入射光线要使光线在BC面发生全反射，证明入射角应满足的条件是sin aw .n 2sin 升 cos = 1联立解得sin a 1才能满足上述条件，故 n2.7. 如图12所示，S为波源，其频率为100 Hz,所产生的简谐横波沿直线同时向左、右传播，波速为80 m/s,该波的波长为 ; P、Q是波传播途径中的两点，已知SP=4.2 m,SQ= 1.4 m,则当S经过平衡位置并向上运动时，P在,Q在（填“波峰”、“波谷”或“平衡位置”）.PS Q* 图12如图13所示，用折射率为，2的透明物质做成内、 外半径分别为ra= 0.10 m、仏=0.20 m的空心球，内表面涂上能完全吸光的物质，不考虑光在介质内部传播时的反射光线.问：当一束平行光射向此球时， 有一部分光被