专题十四-机械振动与机械波-光学

1、专题十四机械振动与机械波光学,展示考纲明晰考向,方法归纳重点点拨,锁定考点高效突破,展示考纲明晰考向,方法归纳重点点拨,一、波的传播方向与质点振动方向的关系 1.已知波的传播方向判断质点的振动方向,2.已知质点的振动方向判断波的传播方向 当已知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. 二、光的折射和全反射问题的解题技巧 1.在解决光的折射问题时,应根据题意分析光路,即画出光路图,找出入射角和折射角,然后应用公式来求解,找出临界光线往往是解题的关键. 2.发生全反射时,光必须是由光密介质进入光疏介质且入射角等于或大于临界角.若不符合全反射的条件,则要由折射定律

2、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.,锁定考点高效突破,考点一,光的波动性问题(含实验:用双缝干涉测光的波长),备选例题如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点与S1和S2距离之差为2.110-6 m,今分别用A,B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,问P点是亮条纹还是暗条纹? (1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波 长为410-7 m.,思路探究 (1)判断光屏上出现亮、暗条纹的依据是什么?,(2)已知B光在某种介质中波长为3.1510-7

3、m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37.,思路探究(2)如何计算A点在空气中的波长?,(3)若用A光照射时,把其中一条缝遮住,试分析光屏上能观察到的现象.,思路探究 (2)如何计算A点在空气中的波长?,规范解答:(3)光屏上仍出现明、暗相间的条件,但中央条纹最宽最亮,两边条纹变窄变暗.,答案:见解析,通关演练,1.双缝干涉 (2014江苏卷改编)某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到图(甲)所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如图(乙)所示.他改变的实验条件可能是. A.减小光源到单缝的距离 B.减小双缝之间的距离 C.增大双缝到光屏之间的距离 D.换用频率更高的单色光源

4、 E.换用波长更长的单色光源,答案:BCE,2.光的波动性问题 (2015绵阳三诊改编)下列说法正确的是. A.水面上的油膜在太阳光照射下呈现彩色,是光的干涉现象 B.可利用紫外线消毒是因为它有较强的热效应 C.红光和黄光分别通过同一双缝干涉装置,红光形成的相邻亮条纹间 距小 D.观察者相对于频率一定的声源运动时,接收到声波的频率与波源频率相同 E.拍摄玻璃橱窗内的物品时,在照相机镜头前加偏振片以减弱反射光 的影响,答案:AE,3.双缝干涉实验 用双缝干涉测光的波长.实验装置如图(甲)所示,已知单缝与双缝间的距离L1=100 mm,双缝与屏的距离L2=700 mm,双缝间距d=0.25 mm.

5、用测量头来测量亮纹中心的距离.测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准亮纹的中心如图(乙)所示,记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的读数.,(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图(丙)所示,则对准第1条时读数x1=mm、对准第4条时读数x2=mm. (2)写出计算波长的表达式=(用符号表示),=nm(保留三位有效数字).,解析:(1)如题图(丙)所示,对准第1条时读数 x1=2 mm+19.00.01 mm=2.190 mm, 对准第4条时读数x2=7.868 m

6、m.,方法总结 分析光的干涉现象“三注意” (1)干涉条件:频率相同、相位差恒定、振动方向在同一直线上. (2)明暗条纹形成条件: r=k,k=0,1,2,亮条纹; r=(2k-1)/2,k=1,2,暗条纹;,考点二,简谐运动的规律及应用(含实验:探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度),典例 (2014浙江理综)一位游客在千岛湖边欲乘坐游船,当日风浪较大,游船上下浮动.可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动,振幅为20 cm,周期为3.0 s.当船上升到最高点时,甲板刚好与码头地面平齐.地面与甲板的高度差不超过10 cm时,游客能舒服地登船.在一个周期内,游客能舒服登船的时间是. A.0.5 s

7、 B.0.75 sC.1.0 s D.1.5 s,审题突破,答案:C,以例说法 解决简谐运动问题必备的三个重要思考点 (1)振动图像的直观与公式的准确是解决振动问题时必须明确的两个 环节.,题组训练,1.振动图像的应用 (2014上海卷)质点做简谐运动,其x-t关系如图,以x轴正向为速度v的正方向,该质点的v-t关系是.,答案:B,答案:ACD,3.共振及共振曲线 (2015内蒙古赤峰市高三第三次统考)如图所示为两个单摆做受迫振动中的共振曲线,则下列说法正确的是. A.两个单摆的固有周期之比为TT=25 B.若两个受迫振动是在地球上同一地点进行,则两个摆长之比为ll=254 C.图线若是在地球

8、表面上完成的,则该摆摆长约为1 m D.若两个受迫振动分别在月球上和地球上进行,且摆长相等,则图线是月球上的单摆的共振曲线 E.两个单摆在地球上同一地点同时摆动,摆动激发的声波波速之比为vv=25,答案:BCD,考点三,波的传播规律及应用,典例 (2015全国新课标理综)平衡位置位于原点O的波源发出的简谐横波在均匀介质中沿水平x轴传播,P,Q为x轴上的两个点(均位于x轴正向),P与O的距离为35 cm,此距离介于一倍波长与二倍波长之间.已知波源自t=0时由平衡位置开始向上振动,周期T=1 s,振幅A=5 cm.当波传到P点时,波源恰好处于波峰位置;此后再经过5 s,平衡位置在Q处的质点第一次处

9、于波峰位 置.求: (1)P,Q间的距离;,思路探究(1)机械波在介质传播过程中,介质中任一质点开始起振的方向如何? 答案:介质中任一质点开始起振的方向均与振源开始起振的方向相同,即由平衡位置向上. (2)已知xOP2且波传到P点时,波源恰好处于波峰位置,试画出满足条件的波形图.,(3)质点在一个周期内,振动经过的路程是多少? 答案:质点在一个周期内完成一次全振动,经过的路程为4A.,答案: (1)133 cm,(2)从t=0开始到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源在振动过程中通过的路程.,答案:(2)125 cm,以例说法 机械波问题的三连环 (1)波的形成是关键 由振源开始振动

10、方向确定各质点开始振动的方向. 由x=vt确定该质点开始振动的时间. 找出某时刻质点的振动时间t与周期T的关系,则可确定质点的位置及运动情况. (2)两种图像紧关联 看坐标分清振动图像与波的图像. 找准振动图像对应的质点,确定振动方向与周期. 找准波的图像对应的时刻,利用波的传播方向与质点振动方向的判断方法,确定波的传播方向. (3)分析求解、思多变 波的传播往往采用从特殊到一般的思维方法,即找到一个周期内满足条件的特例,在此基础上,如知时间关系,则加nT;如知空间关系,则加n.,题组训练,答案:ACD,2.振动图像与波动图像的综合问题 (2014全国新课标理综)图(a)为一列简谐横波在t=2

11、 s时的波形图,图(b)为媒质中平衡位置在x=1.5 m处的质点的振动图像,P是平衡位置为x=2 m的质点.下列说法正确的是. A.波速为0.5 m/s B.波的传播方向向右 C.02 s时间内,P运动的路程为8 cm D.02 s时间内,P向y轴正方向运动 E.当t=7 s时,P恰好回到平衡位置,答案:ACE,3.波的多解性问题 (2015绵阳三诊改编)如图所示,一简谐横波在t=0时的波形是图中实线,在t1=0.2 s时的波形是图中虚线,P为介质中x=4 m处的质点,则. A.该波一定沿x轴正方向传播 B.该波的传播速度可能为5 m/s C.从t=0开始,质点P经过0.2 s沿x轴正方向运动

12、1 m D.t2=0.4 s时,质点P的位置y=4 cm E.t2=0.4 s时,质点P的位置可能为y=0,答案:BE,考点四,光的折射与全反射(含实验:测定玻璃的折射率),思路探究 (1)能从上表面射出的条件是什么? 答案:入射角不大于临界角.,答案:借助几何关系、三角函数先确定在上表面的入射角,再由全反射规律确定反射光路.,答案:见规范解答,以例说法 解决光的折射和全反射题目的思路 (1)确定研究的光线,该光线可能是入射光线,还有可能是反射光线或折射光线. (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. 若光线由光疏介质进入光密介质,既有反射光线,又有折射光线.

13、 若光线从光密介质射向光疏介质,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、折射定律作出光路图,结合几何关系,具体求解.,题组训练,1.光的色散现象 (2015重庆理综)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球来说明.两束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带,光路如图所示. M,N,P,Q点的颜色分别为. A.紫、红、红、紫B.红、紫、红、紫 C.红、紫、紫、红D.紫、红、紫、红,解析:(1)由题图可知,射到M点的光线进入玻璃球时的折射角小于射到N点的光线进入玻璃球时的折射角,所以玻璃对射到M点的光的折射率大于玻璃对射到N点的光的折射率,故M点的颜色为紫色,N点的颜色为红色;同理可得P点的颜色为红色,Q点的颜色为紫色,所以A项正确. 答案:A,2.光传播路径的确定方法 (2015贵阳市适应性监测)如图所示,真空中有截面积相同的两种不同透明介质组成了一个等边三棱镜,其中直角三棱镜ABD的