专题15 机械振动、机械波与光（解析版）.docx

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1、 QQ:29323100792020年高考物理三轮冲刺与命题大猜想专题15 机械振动、机械波与光目录猜想一 ：结合图像考查机械振动、机械波1猜想二 ：以计算题形式考查机械振动、机械波3猜想三：用双缝干涉测光的干涉5猜想四：以液体或玻璃砖为载体考查几何光学7最新模拟冲刺练习10猜想一 ：结合图像考查机械振动、机械波【猜想依据】机械振动机械波是高考必考点，一般结合图像进行考查，要求通过图像分析波长、波速、周期等物理量，有时还会涉及多解问题。【要点概述】振动图象和波动图象的综合应用振动图象波动图象研究对象一个振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容某一质点的位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布

2、规律图象物理意义表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图象信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)某一质点在各时刻的位移(4)各时刻速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻加速度的方向(4)传播方向、振动方向的互判图象变化随时间推移图象延续，但已有形状不变随时间推移，图象沿传播方向平移一个完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长【例1】图甲为一列简谐横波在t0.10 s时刻的波形图，P是平衡位置在x1.0 m处的质点，Q是平衡位置在x4.0 m处的质点；图乙为质点Q的振动图象，下列说法正确的是()A在t0.10 s时，质点Q向y

3、轴正方向运动B在t0.25 s时，质点P的加速度方向与y轴正方向相同C从t0.10 s到t0.25 s，该波沿x轴负方向传播了6 mD从t0.10 s到t0.25 s，质点P通过的路程为30 cmE质点Q简谐运动的表达式为y0.10sin 10t(国际单位) 【答案】BCE【解析】由yt图象可知，t0.10 s时质点Q沿y轴负方向运动，A错误；由yt图象可知，波的振动周期T0.2 s，由yx图象可知8 m，故波速v40 m/s，根据振动与波动的关系知波沿x轴负方向传播，则波在0.10 s到0.25 s内传播的距离xvt6 m，C正确；t0.25 s时，波形图如图中虚线所示，此时质点P的位移沿y

4、轴负方向，而回复力、加速度方向沿y轴正方向，B正确；t0.15 sT，质点P在其中的T内路程为20 cm，在剩下的T内包含了质点P通过最大位移的位置，故其路程小于10 cm，因此在t0.15 s内质点P通过的路程小于30 cm，D错误；由yt图象可知质点Q做简谐运动的表达式为y0.10sin t(m)0.10sin 10t(m)，E正确(1)由波动图象和某一质点的振动图象判断波的传播规律的方法首先根据横轴是长度还是时间分清哪一个是波动图象，哪一个是振动图象，注意各个质点振动的周期和振幅相同从确定的振动图象中可以找出某质点在波动图象中某一时刻的振动方向，根据该点振动方向确定波的传播方向(2)求解

5、波动图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法【例2】(2020陕西渭南教学质量检测)一列简谐横波，某时刻的波形图如图甲所示，从该时刻计时，波上质点A的振动图象如图乙所示，则()A若此波传播过程中遇到频率为1.25 Hz的同类波，一定会发生干涉，产生稳定的干涉图样B若此波传播过程中遇到波长为20 m的同类波，一定会发生干涉，产生稳定的干涉图样C若此波传播过程中遇到的障碍物的尺寸为2 000 m，可能发生明显衍射现象D该波的传播速度为2.5 m/sE该波的传播速度为25 m/s【答案】ABE.【解析】：由题图甲可知，该波的波长为20 m，由题图乙可知，周期为T0.8 s，频率为f1

6、.25 Hz.该波的传播速度为v25 m/s，D错误，E正确；根据干涉的产生条件可知，若此波传播过程中遇到频率为1.25 Hz的同类波，一定会发生干涉，产生稳定的干涉图样，而遇到波长为20 m的同类波，也一定会发生干涉，产生稳定的干涉图样，A、B正确；根据产生明显衍射现象的条件，若此波传播过程中遇到的障碍物的尺寸为2 000 m，不可能发生明显衍射现象，C错误猜想二 ：以计算题形式考查机械振动、机械波【猜想依据】计算题中几何光学或机械振动、机械波，基本是间隔考查，形式比较固定，几何光学考查频率高些。该考点以计算题形式考查时，常常结合质点的运动情况考查运动与相互作用观念，结合波源振动及相关物理量

7、的分析考查模型构建能力和科学推理能力。【例1】（2020宁夏银川一中高三下学期二模）一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播，波长80cmO和A是介质中平衡位置分别位于x=0和x=40cm处的两个质点t0时开始观测，此时质点O的位移y=-8cm，质点A处于y=-16cm的波谷位置；t0.5s时，质点O第一次回到平衡位置，而t=1.5s时，质点A第一次回到平衡位置求：（）这列简谐横波的周期T、波速v和波长；（）质点A振动的位移y随时间t变化的关系式【答案】（）T=6.0s、v=0.40m/s、=2.4m（）或；【解析】（）设振动周期为T，由于质点A在0到1.5s内由负最大位移处第一次回到平衡位置，经历

8、的是四分之一周期，故振动周期为：T=6.0s；由于质点OA距离d=0.40m小于半个波长，且波沿x轴正向传播，O在t=0.5s时回到平衡位置，而t=1.5s时A紧接着回到平衡位置，可知波从O传到A的时间为：t=1.0s故此简谐波的传播速度： 据波长、波速和周期的关系，可得该波的波长： （）设质点A的位移随时间变化的关系式为： 已知t=0时，y=-0.16m，有： t=1.5s时，y=0，有：联立解得： A=0.16m因此质点A的位移随时间变化的关系为：（或：）【例2】（2020山东省济南市二中高三下学期模拟）如图所示，实线和虚线分别是沿x轴传播的一列简谐横波在t0和t0.06s时刻的波形图已知

9、在t0时刻，x1.5m处的质点向y轴正方向运动(1)判断该波的传播方向；(2)求该波的最小频率；(3)若3Tt4T，求该波的波速【答案】(1)向右传播(2)12.5Hz(3)75m/s【解析】（1）在t0时刻，x1.5m处的质点向y轴正方向运动，则该波向右传播；（2）由波形图可知：解得 （n=0、1、2、3）当n=0时可求解最大周期，则最小频率；fn12.5Hz（3）若3Tt4T，则由上述表达式可知n=3，即0.06s(3)T，解得：Ts；由图中读出波长为 ，则波速v15m/s75m/s.猜想三：用双缝干涉测光的干涉【猜想依据】以经典的杨氏双缝干涉实验为背景考查，体现了对物理核心素养中的实验探

10、究素养的考查，用实际情境，仪器培养考生模型转化能力，检测考生的科学思维能力【要点概述】1实验原理：单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)纹间距x与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光的波长之间满足.2实验步骤(1)观察干涉条纹将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上如图所示接好光源，打开开关，使灯丝正常发光调节各器件的高度，使光源发出的光能沿轴线到达光屏安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约510 cm，这时，可观察白光的干涉条纹在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹(2)测定单色光的波长安装测量头，调节至可清晰观察到

11、干涉条纹使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量3数据处理(1)条纹间距x.(2)波长x.(3)计算多组数据，求的平均值4注意事项(1)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近(3)照在光屏上的光很弱，主要是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不

12、清晰一般是单缝与双缝不平行所致【例1】(2019高考全国卷)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹回答下列问题：(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可_；A将单缝向双缝靠近B将屏向靠近双缝的方向移动C将屏向远离双缝的方向移动D使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为x，则单色光的波长_；(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm.则所测单色光的波长为

13、_nm(结果保留3位有效数字)【答案】：(1)B(2)(3)630【解析】：(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式x可知，需要减小双缝到屏的距离l或增大双缝间的距离d，故B正确，A、C、D错误。(2)由题意可知，.(3)将已知条件代入公式解得630 nm.【例2】在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示(1)以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点：A灯丝和单缝及双缝必须平行放置B干涉条纹与双缝垂直C干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关D干涉条纹间距与光的波长有关以上几点中你认为正确的是_(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某干

14、涉条纹线时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为_mm.(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示则在这种情况下测量干涉条纹的间距x时，测量值_(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值【答案】：(1)ACD(2)0.702(3)大于【解析】：(1)为使屏上的干涉条纹清晰，灯丝与单缝和双缝必须平行放置，所得到的干涉条纹与双缝平行；由x可知，条纹的疏密程度与双缝间距离d、光的波长、双缝到屏的距离L有关，所以A、C、D正确，B错误(2)固定刻度读数为0.5 mm，可动刻度读数为20.2，所以测量结果为0.5 mm20.20.01 mm 0.702 mm.(3)测量头中的分划板

15、中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，由几何知识可知测量头的读数大于条纹间的实际距离猜想四：以液体或玻璃砖为载体考查几何光学【猜想依据】结合几何知识解决光的折射以及全反射问题是高考的热点，尤其是情境化试题数量增加，切实体现了新高考的理念。由于该知识点考查频率非常高，高考中很可能会创新介质的形式，或创新介质的形状等进行考查【要点概述】平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折圆界面的法线是过圆心的直线，

16、经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向【例1】（2020广西省柳州高级中学高三下学期4月线上测试）一光线以很小的入射角i射入一厚度为d、折射率为n的平板玻璃，光在真空中的速度大小为c，则光线在平板玻璃中传播的距离为_；光线通过平板玻璃的时间为_。（不计平板玻璃内反射光线）【答案】 (1). (2). 【解析】1设光线第一次射到平板玻璃的折射角为r，则那么光线在平板玻璃中传播的距离为2光线在玻璃中的传播速度为则光线通过平板玻璃的时间为【例2】（2020湖南省长沙市一中高三下学期第八次月考）如图所示，C是半圆柱形玻璃体圆心，CD是半圆柱形玻璃体的对

17、称面和纸面的交线，A、B是与CD轴等距且平行的两束不同单色细光束，有一个垂直CD放置的光屏（D点是垂足），沿CD方向不断左右移动光屏，可在屏上得到一个光斑P（图中未画出），已知半圆柱形玻璃体的半径是R，B光的折射率，求：(1)光斑P到D点的距离；(2)A光的折射率nA（可用根式表示）。【答案】(1)；(2)【解析】(1)光路图如图所示，由几何关系可知，两光的入射角为：，解得三角形CMN是正三角形得边长为：以B光为对象，根据折射定律得：，解得，三角形FPN也是正三角形，其边长光斑P到D点的距离(2)由几何关系知，由正弦定理：，解得，所以A光的折射率。最新模拟冲刺练习1（2020河北省正定中学正中

18、中学高三下学期第四次质检联考）一束复合光射向半圆形玻璃砖的圆心O，折射后分开为a、b两束不同颜色的单色光，下列判断中正确的是（ ）A光束 a 的频率比光束 b 大Ba 光在玻璃砖中传播时间比 b 光长C若光束从玻璃中射向空气，则光束 a 的临界角比光束 b 的临界角大D将 a、b 两种色光分别通过某狭缝，a光发生衍射现象最明显E.使用相同装置做双缝干涉实验，b光的条纹间距大【答案】ABE【解析】Ab光的偏折程度小于a光的偏折程度，所以根据折射定律知：玻璃对b光的折射率，则光束a的频率比光束b大，A正确；B光在介质中速度，所以b光速度大于a光速度，则a光在玻璃砖中传播时间比b光长，B正确；C根据

19、，若光束从玻璃中射向空气，则光束 a 的临界角比光束 b 的临界角小，选项C错误；D因为a的频率高，所以a光波长小于b光，b光衍射现象明显，D错误：E由，因为a光波长小于b光，可知条纹间距b光的大，E正确。2.(2020河北石家庄调研)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()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轴的正方向传播了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【答案】ABE

20、.【解析】：由题中甲、乙两图可知，该波向x轴正方向传播，A正确；由题图甲知波长4 m，由题图乙知周期T0.2 s，则波速v m/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错误；经过0.1 sT，质点Q的运动方向沿y轴负方向，D错误；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3.（2020广东省深圳市普通高中高三下学期第二次线上测试）两波源A、B分别位于x=0和x=7m的位置持续振动，产生甲、乙两列沿x轴相向传播的简谐横波，t=0时刻的波形图如图所示，已知两列波的传播速度均为v=1m/s。下列说法正确的是（ ）A. t=0时刻，x=1m处

21、的质点与x=5m处的质点均沿y轴负方向运动B. t=1.5s时两列波相遇C. x=3m处的质点是振动减弱点D. 在t=2s时，位于x=3.5m处的质点位移为2cm【答案】B【解析】A由同侧原理可知，t=0时刻，x=1m处的质点与x=5m处的质点均沿y轴正方向运动，故A错误；B两列波相向运动相遇，B项正确；C两列波的波长均为2m，x=3m处的质点到两波源距离差两列波的起振方向相反，此点为振动加强点，故C错误； Dt=2s时，甲波传播到x=3. 5m处时正处于波谷、乙波传播到x=3. 5m处时正处于波峰，所以质点的位移故D项错误 4.（2020宁夏银川一中高三下学期二模）以下说法中正确的是_。A.

22、 全息照相利用了光的衍射现象B. 如果两个波源振动情况完全相同，在介质中能形成稳定的干涉图样C. 声源远离观察者时，听到的声音变得低沉，是因为声源发出的声音的频率变低了D. 人们所见到的“海市蜃楼”现象，是由于光的全反射造成的E. 摄像机的光学镜头上涂一层“增透膜”后，可减少光的反射，从而提高成像质量【答案】BDE【解析】A全息照相利用了激光的干涉原理，可以记录光的强弱、频率和相位，故A错误；B当频率相同与振幅完全相同时，则会形成稳定的干涉图样，故B正确；C若声源远离观察者，观察者会感到声音的频率变低，是接收频率变小，而发射频率不变，故C错误；D海市蜃楼是一种由光的折射产生的现象，是由于光在密

23、度不均匀的物质中传播时，发生折射而引起的，属于全反射，故D正确；E当薄膜的厚度为入射光在增透膜中波长的时，从薄膜前后表面的反射光相互抵消，从而减少了反射，增加了透射，故E正确。5.（2020北京市海淀区玉渊潭中学高三下学期4月摸底）一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t0时刻的波形如图所示，质点P的x坐标为3 m已知任意振动质点连续2次经过平衡位置的时间间隔为0.4 s，下列说法正确的是()A波速为4 m/sB波的频率为1.25 HzCx坐标为15 m的质点在t0.6 s时恰好位于波谷Dx坐标为22 m的质点在t0.2 s时恰好位于波峰E当质点P位于波峰时，x坐标为17 m的质点恰好位于波谷【答案

24、】BDE.【解析】：任意振动质点连续两次通过平衡位置的时间间隔为0.4 s，则T0.4 s，解得T0.8 s，f1.25 Hz，B正确；由题图知：该波的波长4 m，波速v5 m/s，故A错误；画出t0.6 s时的波形图如图所示，因15 m3，故x坐标为15 m的质点与x3 m处的质点振动情况一样，即在平衡位置向下振动，C错误；画出t0.2 s时的波形图如图所示，因22 m5，故x22 m处的质点与x2 m处的质点振动情况一样，即在波峰位置，D正确；因质点P与x17 m处质点平衡位置间距离x14 m3，故两质点振动步调相反，E正确6.(2020安徽屯溪一中模拟)下列说法正确的是()A光波在介质中

25、传播的速度与光的频率无关B雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由光的干涉形成的C杨氏双缝干涉实验中，当两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定时，红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距小D光的偏振特征说明光是横波E狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的【答案】BDE.【解析】：光的传播速度由介质本身的性质与频率共同决定，所以光波在介质中传播的速度与光的频率有关，故A错误；油膜形成的彩色条纹，是由膜的前后表面反射光，进行光的叠加，形成的干涉条纹，故B正确；根据光的干涉条纹间距公式x，因为红光的波长比蓝光的波长长，则红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距大

26、，故C错误；光的偏振振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志，即光的偏振现象说明光是一种横波而不是纵波，故D正确；狭义相对论认为，在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的，故E正确7（2020北京市海淀区玉渊潭中学高三下学期4月摸底）用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行。正确操作后， 作出的光路图及测出的相关角度如图甲所示。这块玻璃砖的折射率n=_（用图中字母表示）。如果有几块宽度 d 不同的玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度 d 较_（选填“大”或“小”）的 玻璃砖来测量。【答案】 (1). (2). 大【解析】根据折射定律得，玻

27、璃砖的折射率为；选择宽度较大一点的玻璃砖进行测量，测量的误差较小。8.(2020江西八校联考)(1)如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为光源、_、_、_、遮光筒、光屏对于某种单色光，为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离，可采取_或_的方法(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是_(选填数字代号)(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹的中央，手轮的读数如图甲所示继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹的中央，手轮的读数如图乙所示则相邻两亮条纹的间距是_mm.(4)如果已经量得双缝的间距是0.30 mm、双缝

28、和光屏之间的距离是900 mm，则待测光的波长是_m(取3位有效数字)【答案】：(1)滤光片单缝双缝增大双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)减小双缝之间的距离(2)(3)1.610(4)5.37107【解析】：(1)由实验原理可知部件分别是滤光片、单缝、双缝由x可知，要增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离，可采取的办法有：增大双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)；减小双缝之间的距离(2)由于激光是相干光源，故可以去掉的部件是、.(3)甲图读数是0.045 mm，乙图读数是14.535 mm，它们的差值是14.490 mm，中间跨越了1019个亮条纹间距，所以相邻两亮条纹间距是x mm1.6

29、10 mm.(4)光的波长：5.37107 m.9.(2020福建三明模拟)如图，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射已知15，BC边长为2L，该介质的折射率为.求：入射角i；从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c，可能用到：sin 75或tan 152)【答案】：(1)ACE(2)45【解析】：(1)水面波是机械波，A正确；根据第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15 s可知，该水面波的周期为T s s，频率为f0.6 Hz，B错误；该水面波的波长为vT1.8 m3 m，C正

30、确；水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时介质中的质点只在平衡位置附近振动，不随波迁移，但能量会传递出去，D错误，E正确(2)根据全反射定律可知，光线在AB面上P点的入射角等于临界角C，由折射定律得sin C代入数据得C45设光线在BC面上的折射角为r，由几何关系得r30由折射定律得n联立式，代入数据得i45.在OPB中，根据正弦定理得设所用时间为t，光线在介质中的速度为v，得OPvtv联立式，代入数据得tL.10.(2020河北保定模拟)(2)如图所示，一个半圆形玻璃砖的截面图，AB与OC垂直，半圆的半径为R.一束平行单色光垂直于AOB所在的截面射入玻璃砖，其中距O点距离为的一条光线自玻

31、璃砖右侧折射出来，与OC所在直线交于D点，ODR.此玻璃砖的折射率是多少？若在玻璃砖平面AOB某区域贴上一层不透光的黑纸，平行光照射玻璃砖后，右侧没有折射光射出，黑纸在AB方向的宽度至少是多少？【答案】：(1)BDE(2)R【解析】：(1)由题意分析得知，nT0.8 s，n1，2，3，周期T s，所以质点振动周期不一定为0.8 s，故A错误；由题图读出波长为4 m，当n1时，波速v5 m/s，当n2时，v10 m/s，故B正确；当n3时，v15 m/s，故E正确；简谐横波沿x轴正方向传播，在t时刻，x1 m处的质点振动方向沿y轴负方向，x1 m 处的质点振动方向沿y轴正方向，所以x1 m处的质点先到达波峰位置，故C错误；t时刻到(t0.4) s时刻经过时间为0.4 s，而0.4 s与周期的关系为Nn，由于n为整数，所以该时刻x2 m处的质点不可能在平衡位置，位移不可能为零，故D正确(2)连接O、E并延长至H，作EF垂直OD于F，光线与AB的交点为G，由几何关系可知EOD30，DEH60所以此玻璃砖的折射率n.设光线IJ恰好发生全反射，则IJO为临界角，所以有sin IJO根据几何关系有sin IJO求得OIR，所以黑纸宽至少是R.21