2021高考物理二轮复习专题复习篇专题7第2讲振动和波动光与电磁波学案

1、振动和波动光与电磁波析考情明策略考情分析1.分析近几年的高考试题，本讲命题热点主要有以下特点：(1)在考查机械波的形成和传播时，往往以考查振动图象和波动图象为主，主要涉及的知识为波速、波长和频率(周期)的关系。(2)光学部分以考查光的折射定律和全反射、光的干涉、衍射等知识为主。2.预计2021年高考命题形式，仍为一选择题(或填空题)和一计算题，选择题(或填空题)侧重考查机械波的传播特点、光学现象分析、电磁波的特点或实验分析计算，计算题主要考查光的折射、全反射的综合应用，也可能会考查振动和波的综合应用。素养呈现1.简谐运动的规律2.波的特性3.振动图象与波动图象4.光的折射与全反射5.光的干涉、

2、衍射与电磁波、相对论素养落实1.基本概念和规律的理解2.波的传播特点和图象分析3.光的折射定律和全反射4.光的干涉、衍射、偏振、光的波粒二象性、物质波考点1| 机械振动和机械波1理清知识体系2波的传播问题(1)沿波的传播方向上各质点的起振方向与波源的起振方向一致。(2)介质中各质点随波振动，但并不随波迁移。(3)沿波的传播方向上波每个周期传播一个波长的距离。(4)在波的传播方程中，同一时刻如果一个质点处于波峰，而另一质点处于波谷，则这两个质点一定是反相点。3波的叠加问题(1)两个振动情况相同的波源形成的波，在空间某点振动加强的条件为xn(n0,1,2,)，振动减弱的条件为xn(n0,1,2,)

3、。两个振动情况相反的波源形成的波，在空间某点振动加强的条件为xn(n0,1,2,)，振动减弱的条件为xn(n0,1,2,)。(2)振动加强点的位移随时间而改变，振幅最大。4波的多解问题由于波的周期性、波传播方向的双向性，波的传播问题易出现多解现象。典例1(2020山东烟台一中第一次月考)如图所示为某列简谐横波在t1 s时的波动图象，介质中平衡位置为x m的质点n做简谐运动的表达式为y8cos t(cm)。求：(1)这列波的周期和波速大小；(2)从t1 s开始图中质点m回到平衡位置所用的最短时间。题眼点拨“n点的振动方程y8cos t(cm)”可确定，进而求出波速。“n点的振动方程y8cos t

4、(cm)”可判断波传播方向。解析(1)由y8cos t(cm)知 rad/s波的周期t4 s由波的图象知波长23 m6 m波速v1.5 m/s。(2)质点n在t1 s时，y10当t1 st时，y28cos cm8sin cm当0t1 s时，y2，所以3c，光束在f点能发生全反射，光路图如图乙所示。由几何关系知efacbca，fgbc该单色光在棱镜中的传播速度为v故光束从射入棱镜到第一次从棱镜射出所经历的时间t。甲乙答案能反思感悟：解答全反射类问题的3点技巧(1)光必须从光密介质射入光疏介质；(2)入射角大于或等于临界角。(3)准确作出光路图。题组训练1.(2019全国卷t34(2)如图，一艘帆

5、船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m。距水面4 m的湖底p点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53(取sin 530.8)。已知水的折射率为。(1)求桅杆到p点的水平距离；(2)船向左行驶一段距离后停止，调整由p点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。解析(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到p点的水平距离为x2；桅杆高度为h1，p点处水深为h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为。由几何关系有tan 53tan 由折射定律有sin 53nsin 设桅杆到p点的水平距离为x，则x

6、x1x2联立式并代入题给数据得x7 m。(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为i，由折射定律有sin insin 45设船向左行驶的距离为x，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到p点的水平距离为x2，则x1x2xxtan itan 45联立式并代入题给数据得x(63)m5.5 m。答案(1)7 m(2)5.5 m2(易错题)(2020湖南长沙入学考试)如图所示，有一玻璃砖的截面，其上面的部分是半径为r的半圆，下面是边长为2r的正方形abcd，在距离玻璃砖的两侧面r处，分别放置和侧面平行的足够大的光屏，已知玻璃砖的折射率n2，一束光线按图示方向

7、从左侧光屏的p点射出，过m点射入玻璃砖，恰好经过半圆部分的圆心o，且moa45。(1)该光线能从bc面射出玻璃砖吗？请说明判断依据。(2)求光从p点发出到第一次传播到光屏的过程中，光在玻璃砖外的传播时间与在玻璃砖内的传播时间的比值。解析(1)不能。设光线发生全反射的临界角为c，则sin c，解得c30。光线在bc面的入射角为45，大于临界角c，故在bc面上发生全反射。(2)由于光射到玻璃砖平面上的入射角均为i45c30，则射到玻璃砖平面上的光线发生全反射，其光路图如图所示。设光在真空中的传播速度为c，光在玻璃中的传播速度为v。由几何知识可得，光在玻璃砖和光屏之间传播的距离x12(21)r，传播

8、的时间t1，光在玻璃砖内传播的距离x24r2r，传播的时间t2，其中v，联立以上各式解得。答案(1)见解析(2)易错点评(1)准确画出光路图，确定入射角及其对应的折射角(注意入射角、折射角是光线与法线的夹角而不是光线与界面的夹角)；(2)利用几何关系和光的折射定律求解相关问题时，若入射角与折射角不是特殊角，则可通过几何关系求出入射角与折射角的正弦值来分析解答；(3)光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，有v。3.如图所示，为某种透明材料制成的一柱形棱镜的横截面图，cd是半径r m的四分之一圆，圆心为o；光线从ab面上的m点入射，入射角30，光进入棱镜后恰好在bc面上的o点发生全反射，然后由c

9、d面射出。已知ob段的长度l0.6 m，真空中的光速c3108 m/s。求：(1)透明材料的折射率；(2)该光在透明材料内传播的时间。解析(1)设光线在ab面的折射角为r，光路如图所示。根据折射定律得：n设棱镜的全反射临界角为c，由题意，光线在bc面恰好发生全反射，得到sin c 由几何知识可知：rc90联立以上各式解得：n。(2)光在棱镜中的传播速度v由几何知识得mo该光在透明材料内传播的时间t108 s。答案(1)(2)108 s考点3| 光的波动性、电磁波、相对论1机械波和光波都能发生干涉、衍射、多普勒效应等现象，这些都是波特有的现象。偏振现象是横波的特有现象。要观察到稳定的干涉现象和明

10、显的衍射现象需要一定的条件。2波的干涉现象中加强点、减弱点的判断方法：(1)公式法：某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差r。当两波源振动步调一致时。若rn(n0,1,2，)，则振动加强；若r(2n1)(n0,1,2，)，则振动减弱。当两波源振动步调相反时。若r(2n1)(n0,1,2，)，则振动加强；若rn(n0,1,2，)，则振动减弱。(2)图象法：在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各

11、质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。3电磁振荡与电磁波(1)变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场；(2)电磁波是横波，在空间传播不需要介质，真空中电磁波的速度为3108 m/s；(3)vf对电磁波同样适用；(4)电磁波能产生反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。按电磁波的波长从长到短分布是无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线和射线。4狭义相对论的重要结论(1)在任何惯性系中观察光速均为c。(2)相对观测者运动的物体长度变短。(3)相对观测者运动的时钟变慢。典例3如图所示，挡板上有两条狭缝s1和s2，它们到光屏上p1点的路程差为1.5106 m，s1、s2连线的垂直平分线与光屏的交点为o

12、，p1与p2点关于o点对称。用波长为600 nm的单色光照射狭缝s1和s2，则p1点位于_上(选填“亮条纹”或“暗条纹”)，点p1与p2之间共有_条亮条纹。解析两条狭缝s1和s2，它们到光屏上p1点的路程差为x1.5106 m，由2.5，可知路程差为半波长的5倍，所以p1点位于暗条纹上，令2.5(2k1)，可得k3这是第3条暗条纹，根据对称性可知点p1与p2之间共有5条亮条纹。答案暗条纹5题组训练1(多选)下列五幅图对应的说法正确的是()甲乙 丙丁戊a图甲是研究光的衍射b图乙是研究光的干涉c图丙是利用光的偏振d图丁是研究光的偏振e图戊是衍射图样abe图甲是光的单缝衍射，故a项正确；图乙是光的双

13、缝干涉现象，故b项正确；图丙是检查表面的平整度，属于光的干涉现象，不是偏振现象，故c项错误；图丁是产生电磁波，不是光的偏振，故d项错误；图戊是泊松亮斑，光的衍射，故e项正确。2(多选)(2019青岛一模)下列说法正确的是_。a狭义相对论认为，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动无关b电视遥控器发出的红外线的波长比医院里“ct”中发出的x射线的波长要短c分别用红光、紫光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，红光的相邻两个亮条纹的中心间距大于紫光的相邻两个亮条纹的中心间距d如图1所示，a、b两束光以不同的入射角由玻璃射向真空，结果折射角相同，则在玻璃中a光的全反射临界角大于b光的全反射临界角图1e如图2所示，偏振片p的透振方向为竖直方向，沿与竖直方向成45角振动的偏振光照射到偏振片p上，在p的另一侧能观察到透射光图2ace狭义相对论中光速不变原理：真空中的光速在不