2019版高中物理二轮专题复习教师用书:专题七 第18讲 振动与波动、光 Word版含答案.docx
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1、第18讲振动与波动、光主干体系知识核心再现及学科素养1.振动和波(1)振动的周期性、对称性:xAsin t.(2)波的产生和传播:v.2.光的折射和全反射(1)折射定律:光从真空进入介质时:n.(2)全反射条件:光从光密介质射入光疏介质;入射角等于或大于临界角C,sin C.3.波的干涉、衍射等现象(1)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.(2)明条纹(振动加强区):rk;暗条纹(振动减弱区):r.(k0,1,2,3,)(3)光的干涉条纹特点:明暗相间,条纹间距x.1(2018高考全国卷,34)(1)如图ABC为一玻璃三棱镜的横截面,A30.
2、一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60,则玻璃对红光的折射率为_若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在D点射出时的折射角_(填“小于”“等于”或“大于”)60. (2)一列简谐横波在ts时的波形图如图(a)所示,P、Q是介质中的两个质点图(b)是质点Q的振动图像求()波速及波的传播方向;()质点Q的平衡位置的x坐标解析(1)根据光路的可逆性,在AC面,入射角为60时,折射角为30.根据光的折射定律有m.玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大,沿同一路径入射时,r角仍为30不变,对应的i角变大因折射角大于60.(2)()由图(a)可以看出,该波的波长为36 cm由图(b)可以看出
3、,周期为T2 s波还为v18 cm/s由图(b)知,当ts时,Q点向上运动,结合图(a)可得,波沿x轴负方向传播()设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xp、xQ.由图(a)知,x0处yAsin(30),因此x3 cm由图(b)知,在t0地Q点处于平衡位置,经ts,其振动状态x轴负方向传播至P点处,由此及式有xQxPvt6 cm由式得,质点Q的位移位置的x坐标为xQ9 cm答案(1)大于(2)()18 cm/s沿x轴负方向传播()9 cm2(2018高考全国卷,34)(1)声波在空气中的传播速度为340 m/s,在钢铁中的传播速度为4 900 m/s.一平直桥由钢铁制成,某同学用锤子敲击一下桥的
4、一端发出声音,分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00 s桥的长度为_m若该声波在空气中的波长为,则它在钢铁中的波长为的_倍(2)如图,ABC是一直角三棱镜的横截面,A90,B60.一细光束从BC边的D点折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点不计多次反射()求出射光相对于D点的入射光的偏角;()为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?命题点(1)声波的波速、传播时间与传播距离的关系及vf的应用;(2)光路分析,反射定律、折射定律及全反射解析(1)设声波在钢铁中的传播时间为t,由Lvt知,340(t1.00)4 900t,解
5、得ts,代入Lvt中解得桥长L365 m声波在传播过程中频率不变,根据vf知,声波在钢铁中的波长.(2)()光线在BC面上折射,由折射定律有sin i1nsin r1式中,n为棱镜的折射率,i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角光线在AC面上发生全反射,由反射定律有i2r2式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角光线在AB面上发生折射,由折射定律有nsin i3sin r3式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角由几何关系得i2r260,r1i330F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为(r1i1)(180i2r2)(r3i3)由式得60()光线在AC面上发生
6、全反射,光线在AB面上不发生全反射,有nsin i2nsin Csin i3式中C是全反射临界角,满足nsin C1由式知,棱镜的折射率n的取值范围应为n0.20 s下列说法正确的是_(填正确答案标号选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分每选错1个扣3分,最低得分为0分)A波速为0.40 m/sB波长为0.08 mCx0.08 m的质点在t0.70 s时位于波谷Dx0.08 m的质点在t0.12 s时位于波谷E若此波传入另一介质中其波速变为0.80 m/s,则它在该介质中的波长为0.32 m(2)如图,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O点),然后用横截面为等边三角形
7、ABC的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC边上D位于AB边上,过D点做AC边的垂线交AC于F.该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察,恰好可以看到小标记的像;记O点做AB边的垂线交直线DF于E;DE2 cm,EF1 cm.求三棱镜的折射率(不考虑光线在三棱镜中的反射)解析(1)A对:因周期T0.20 s,故波在t0.20 s内传播的距离小于波长,由yx图像可知传播距离x0.08 m,故波速v0.40 m/s.B错:由yx图像可知波长0.16 mC对、D错:由v得,波的周期T0.4 s,根据振动与波动的关系知t0时,x0.08 m的质点沿y方向振动,t0.7 s1T,故此时该质点位于波谷
8、;因为T0.12 s0.5 s,故式中n0,即T0.5 s,Ts,频率为1.5 Hz,波速为v6 m/s,B、C正确;根据波传播方向与振动方向的关系知,t1 sT,x1 m处的质点振动到波谷位置,D错;同理t2 s3T,x2 m处的质点从平衡位置向上运动,故E正确13.(多选)右图为同一地点的两单摆甲、乙的振动图象,下列说法正确的是()A甲、乙两单摆的摆长相等B甲摆的振幅比乙摆大C甲摆的机械能比乙摆大D在t0.5 s时有正向最大加速度的是乙摆E由图象可以求出当地的重力加速度ABD由题图看出,两单摆的周期相同,同一地点g相同,由单摆的周期公式T2知,甲、乙两单摆的摆长l相等,故A正确;甲摆的振幅
9、为10 cm,乙摆的振幅为7 cm,则甲摆的振幅比乙摆大,故B正确;尽管甲摆的振幅比乙摆大,两摆的摆长相等,但由于两摆的质量未知,无法比较机械能的大小,故C错误;在t0.5 s时,甲摆经过平衡位置,振动的加速度为零,而乙摆的位移为负的最大,则乙摆具有正向最大加速度,故D正确;由单摆的周期公式T2得g,由于单摆的摆长不知道,所以不能求得重力加速度,故E错误14.(2018河北石家庄3月调研,34(1)(多选)如图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,图乙为介质中x2 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_(填正确答案标号)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
10、 m/sC经过0.15 s,质点P沿x轴的正方向前进了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ABE由甲、乙两图可知,该波向x轴正方向传播,A正确;由图甲知波长4 m,由图乙知周期T0.2 s,则波速vm/s20 m/s,B正确;质点不随波迁移,只在其平衡位置附近振动,C错;经过0.1 sT,质点Q的运动方向沿y轴负方向,D错;经过0.35 s1T,质点P到达波峰,而质点Q在波谷与平衡位置之间,故E正确归纳反思1解波动图象与振动图象综合问题的基本方法求解波动图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一看、一找”的方法:
11、(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及振动图象对应的质点,灵活应用“波振法则”2波的多解问题的分析思路高频考点二光的折射与全反射备考策略1折射率光从真空射入某种介质,入射角的正弦与折射角的正弦之比叫做介质的折射率,公式为n.实验和研究证明,某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比,即n.2临界角折射角等于90时的入射角,称为临界角当光从入射率为n的某种介质射向真空(空气)时发生全反射的临界角为C,则sin C
12、.3全反射的条件(1)光从光密介质射向疏介质(2)入射角大于或等于临界角4光的几何计算题往往是光路现象与光的反射、折射、全反射(临界点)及几何图形关系的综合问题解决此类问题应注意以下四个方面:(1)依据题目条件,正确分析可能的全反射及临界角(2)通过分析、计算确定光传播过程中可能的折射、反射,把握光的“多过程”现象(3)准确作出光路图(4)充分考虑三角形、圆的特点,运用几何图形中的角关系、三角函数、相似形、全等形等,仔细分析光传播过程中产生的几何关系命题视角考向1光的折射及折射率的计算例1如图所示,一个半径为R、折射率为的透明玻璃半球体,O为球心,轴线OA水平且与半球体的左边界垂直,位于轴线上
13、O点左侧处的点光源S发出一束与OA夹角60光线射向半球体,已知光在真空中传播的速度为c.求:光线第一次从玻璃半球体出射时的方向以及光线在玻璃半球内传播的时间解析作如图所示的光路图,lOBtan R,n,解得30.在OBC中,解得30.n,解得60,即出射光线CD方向与OA平行光在玻璃半球体中传播的距离lBClOB;由速度v可得传播的时间t.答案考向2光的折射与全反射的综合例2如图,一半径为R的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)已知玻璃的折射率为1.5.现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)求()从
14、球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值;()距光轴的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离解析()如图,从底面上A处射入的光线,在球面上发生折射时的入射角为i,当i等于全反射临界角i时,对应入射光线到光轴的距离最大,设最大距离为l.iic设n是玻璃的折射率,由全反射临界角的定义有nsinic1由几何关系有sin i联立式并利用题给条件,得lR()设与光轴相距的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1,由折射定律有nsin i1sin r1设折射光线与光轴的交点为C,在OBC中,由正弦定理有由几何关系有Cr1i1sin i1联立式及题给条件得OCR2.74R答案()
15、R()2.74R归纳反思光的折射和全反射题型的分析思路1确定要研究的光线,有时需根据题意,分析、寻找临界光线、边界光线2找入射点,确认界面,并画出法线,结合反射定律、折射定律作出光路图3明确两介质折射率的大小关系(1)若光硫光密:定有反射、折射光线(2)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,具体求解题组突破21.(2018届高三厦门一中检测)如图所示,上下表面平行的玻璃砖折射率为n,下表面镶有银反射面,一束单色光与界面的夹角45射到玻璃表面上,结果在玻璃砖右边竖直光屏上出现相距h2.0 cm的光点A和B(图中未画出)(1)请在图
16、中画出光路示意图(请使用刻度尺);(2)求玻璃砖的厚度d.解析(1)画出光路图如图所示(2)设第一次折射时折射角为1,则有n,代入解得130设第二次折射时折射角为2,则有,解得245可知AC与BE平行,由几何知识得:h2dtan 1,则dcm.答案(1)见解析(2)cm22.(2018河北五市一名校联盟)如图所示,一束截面为圆形(半径为R)的平行复色光垂直射向一玻璃半球的平面,经折射后在屏幕S上形成一个圆形彩色亮区已知玻璃半球的半径为R,屏幕S至球心的距离为D(D3R),不考虑光的干涉和衍射 (1)问在屏幕S上形成的圆形亮区的最外侧是什么颜色;(2)若玻璃半球对(1)问中色光的折射率为n,请求
17、出圆形亮区的最大半径解析如图所示,紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的F点,则F点到亮区中心E的距离r就是所求最大半径,设紫光临界角为C,由全反射的知识:sin C所以cos C可得tan C由几何知识可得:OB,rDnR.答案(1)紫色(2)DnR高频考点三光的波动性备考策略1光的色散问题(1)在同一介质中,不同频率的光的折射率不同,频率越高,折射率越大(2)由n,n可知,光的频率越高,在介质中的波速越小,波长越小2光的衍射和干涉、偏振问题(1)光的衍射是无条件的,但发生明显的衍射现象是有条件的,即:障碍物(或孔)的尺寸跟波长相差不多,甚至比波长还小(2)两列光波发生稳定干涉现象时,
18、光的频率相等,相位差恒定,条纹间距x.(3)光的干涉现象和光的衍射现象证明了光的波动性,光的偏振现象说明光为横波3单缝衍射和圆盘衍射现象(1)单缝衍射单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹,两侧是明暗相间的条纹,条纹宽度比中央窄且暗白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹,两侧是窄且渐暗的彩色条纹(2)圆盘衍射与泊松亮斑当光照到不透明的小圆板上,在圆板的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)题组突破大31.(2018宝鸡市二模)(多选)下列说法中正确的是()A不管光源与观察者是否存在相对运动,观察者观察到的光速是不变的B水面上的油膜呈现彩色是光的衍射现象C双缝干涉实验中,若只减小屏
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