高三物理二輪復(fù)習(xí) 第2部分 考前回扣 倒計時第1天 機械振動和機械波 光 電磁波（ 選修3-4）教師用書

倒計時第1天選修34機械振動和機械波光電磁波A主干回顧B精要檢索一、機械振動和機械波1簡諧運動的公式和圖象(1)描述振動的物理量振幅：振動物體離開平衡位置的最大距離，用A表示周期：做簡諧運動的物體完成一次全振動所需要的時間，用T表示頻率：單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)，用f表示周期和頻率都是描述振動快慢的物理量，其關(guān)系為T.(2)簡諧運動：物體所受的力跟偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總指向平衡位置的振動動力學(xué)特征：Fkx.簡諧運動的表達式為xAsin.(3)簡諧運動的圖象簡諧運動的圖象是正弦或余弦函數(shù)曲線圖象的應(yīng)用：可直接讀取振幅、周期、各時刻的位移判定各時刻回復(fù)力、加速度及速度的方向判定某段時間內(nèi)位移、回復(fù)力、加速度、速度、動能、勢能的變化情況2單擺、單擺的周期公式在偏角很小(5)的情況下，單擺做簡諧運動(1)單擺的周期公式T2.公式中l(wèi)為單擺的等效擺長，是指懸點到擺球球心的距離(2)由周期公式可知，單擺的振動周期與擺球質(zhì)量m和振幅A無關(guān)，只與擺長l和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣扔嘘P(guān)(3)單擺的回復(fù)力是重力沿圓弧切線方向的分力3受迫振動和共振(1)物體在外界驅(qū)動力(能夠使物體發(fā)生振動的周期性外力)作用下的振動叫做受迫振動(2)物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率，跟物體的固有頻率無關(guān)(3)驅(qū)動力的頻率接近物體的固有頻率時，受迫振動的振幅最大的現(xiàn)象叫做共振4機械波(1)機械波的分類：橫波和縱波橫波是質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直，縱波是質(zhì)點振動方向與波的傳播方向在同一直線上(2)機械波的特點對理想的簡諧波，各質(zhì)點振幅相同各質(zhì)點的振動周期都與波源的振動周期相同離波源越遠的質(zhì)點，振動越滯后各質(zhì)點只在各自的平衡位置附近振動，并不沿波的傳播方向遷移機械波向前傳播的是運動形式，也是傳播能量和傳遞信息的方式5波速、波長和頻率(周期)的關(guān)系波速與波長、周期(頻率)的關(guān)系：vf.(1)周期和頻率只與波源有關(guān)，波在傳播過程中周期和頻率不變(2)波速只與介質(zhì)有關(guān)，在同一種均勻介質(zhì)中，波速是一個定值，與波源無關(guān)(3)波長既與波源有關(guān)又與介質(zhì)有關(guān)6波的干涉和衍射現(xiàn)象(1)產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率相等現(xiàn)象：兩列波相遇時，某些區(qū)域總是振動加強，某些區(qū)域總是振動減弱，且振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)相互間隔(2)產(chǎn)生明顯衍射的條件：孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不大，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象7多普勒效應(yīng)：波源的頻率是不改變的，只是由于波源和觀察者之間有相對運動，觀察者感到頻率發(fā)生了變化靠近(或遠離)波源，頻率增大(或減小)二、電磁波1變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場，電磁波及其傳播(1)麥克斯韋電磁場理論：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場(2)電磁波：變化的磁場和變化的電場交替產(chǎn)生，形成電磁場，電磁場由近及遠地向外傳播形成電磁波電磁波是橫波，電磁波在真空中的速度為c3108 m/s.2電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射和接收(1)電磁波的產(chǎn)生：振蕩電路的特點采用開放電路、頻率足夠高(2)發(fā)射電磁信號需經(jīng)過調(diào)制過程，調(diào)制分調(diào)幅、調(diào)頻兩種(3)調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程解調(diào)：使聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來的過程3電磁波譜電磁波按波長由長到短的排列順序為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線三、光1光的折射定律(1)折射定律：折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)，折射光線和入射光線分居在法線兩側(cè)，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比(2)在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的2折射率折射率：n，其中1為光在真空(空氣)中的入射角，2為光在介質(zhì)中的折射角，c為光在真空中的傳播速度，v為光在介質(zhì)中的傳播速度. 3全反射、光導(dǎo)纖維(1)全反射條件：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)入射角大于等于臨界角(2)現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下反射光(3)臨界角：sin C，C為折射角等于90時的入射角(4)應(yīng)用光導(dǎo)纖維它由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的折射率大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射4光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象(1)干涉現(xiàn)象：兩列相干光波相疊加，某些區(qū)域的光被加強，某些區(qū)域的光被減弱，且加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔的現(xiàn)象叫光的干涉現(xiàn)象干涉條件：兩光源發(fā)出的光頻率相同，相位差恒定雙縫干涉：條紋間距：x亮、暗條紋產(chǎn)生的條件：某點到雙縫的距離之差x(2)薄膜干涉 形成：由薄膜前后表面反射的光疊加而成(薄膜一般指肥皂膜或空氣膜等)條紋：彼此平行的明暗相間的條紋若白光入射，得到平行的彩色條紋應(yīng)用：增透膜(其厚度應(yīng)為光在薄膜中波長的四分之一)用于檢查工件表面的平整度(3)光的衍射光在傳播過程中遇到障礙物時，偏離原來的直線傳播路徑，繞到障礙物后面繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫光的衍射(4)光的偏振在與光波傳播方向垂直的平面內(nèi)，光振動沿各個方向均勻分布的光叫自然光，光振動只沿著某個特定方向的光叫偏振光C考前熱身1有關(guān)光的應(yīng)用，下列說法正確的是()A拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以增加透射光的強度B光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象C用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是光的折射形成的色散現(xiàn)象D在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖象是利用光的全反射原理E用透明的標準平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的衍射現(xiàn)象(2)一列橫波在x軸上傳播，在t10時刻波形如圖1中實線所示，t20.05 s時刻波形如圖中虛線所示若周期大于(t2t1)，則最小波速和最大波速分別是多少？方向如何？圖1【解析】(1)拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，由于玻璃反射光的干擾，景物的像往往比較模糊，而在鏡頭前加一個偏振片(偏振片的透振方向與反射光的振動方向垂直)可以減弱反射光，使景像更清晰，但是偏振片不能增加透射光的強度，選項A錯誤；光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，選項B正確；用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是光的色散現(xiàn)象，利用了光的折射原理，選項C正確；在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖象是利用光的全反射現(xiàn)象，選項D正確；用透明的標準平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的薄膜干涉現(xiàn)象，選項E錯誤(2)當(dāng)波沿x軸正方向傳播時，可能的周期為tnT，且n0或1當(dāng)波沿x軸負方向傳播時，可能的周期為tnT，且n0或1由波速公式v可知，當(dāng)速度v最小時，周期T最大分析上面兩類情況可知當(dāng)周期最大時，波沿x軸正方向傳播，且在tnT中取n0，即t，則T大0.2 s最小速度v小40 m/s，方向沿x軸正方向當(dāng)v最大時，周期T最小，由上面分析可知周期最小時，波沿x軸負方向傳播，且在tnT中取n1，即tT則T小 s，最大速度v大280 m/s，方向為沿x軸負方向【答案】(1)BCD(2)40 m/s，沿x軸正方向280 m/s，沿x軸負方向2(1)相對論認為時間和空間與物質(zhì)的速度有關(guān)在高速前進的列車的中點處，某乘客突然點亮光源，使其發(fā)出一道閃光，該乘客認為閃光向前、向后傳播的速度相等，都為c.站在鐵軌旁邊地面上的觀察者認為_圖2A閃光向前傳播的速度大于向后傳播的速度B閃光向前傳播的速度等于向后傳播的速度C閃光先到達列車前壁D閃光先到達列車后壁E閃光到達列車前壁傳播的距離大于到達列車后壁傳播的距離(2)如圖3所示是用某種透明材料制成的一塊柱體棱鏡的截面圖，ABOD為矩形，DOF是圓心角為90的扇形，圓心為O.若有一束光線從AB面入射，入射角i45，經(jīng)棱鏡折射后射在BF面上的O點并恰好不從BF面射出圖3請畫出光路圖求該棱鏡的折射率n和光線在棱鏡中傳播的速度大小v.(光在真空中的傳播速度c3.0108 m/s)【解析】(2)作出光路圖如圖所示設(shè)光線在AB面上的折射角為r，折射光線與OD的夾角為C，則n由題意知，光線在BF面上恰好發(fā)生全反射，則sin C由幾何知識可知，rC90聯(lián)立解得n1.22又n光線在棱鏡中傳播的速率為v2.46108 m/s.【答案】(1)BDE (2)見解析1.222.46108 m/s3(1)某波源S發(fā)出一列簡諧橫波，波源S的振動圖象如圖4所示在波的傳播方向上有A、B兩點，它們到S的距離分別為45 m和55 m，A、B兩點間的距離小于一個波長測得A、B兩點開始振動的時間間隔為1.0 s則該列簡諧橫波的波長_m；當(dāng)B點離開平衡位置的位移為6 cm時，A點離開平衡位置的位移是_cm.圖4(2)半徑為R的固定半圓形玻璃磚的橫截面如圖5所示，O點為圓心，OO為直徑MN的垂線足夠大的光屏PQ緊靠在玻璃磚的右側(cè)且與MN垂直一束復(fù)色光沿半徑方向與OO成30角射向O點，已知復(fù)色光包含有折射率從n1到n2的光束，因而光屏上出現(xiàn)了彩色光帶圖5求彩色光帶的寬度；當(dāng)復(fù)色光入射角逐漸增大時，光屏上的彩色光帶將消失，求角至少為多大. 【導(dǎo)學(xué)號：37162104】【解析】(1)由振動圖象可知該波的周期T2.0 s，A、B兩點開始振動的時間間隔為t1.0 sT，所以A、B間的距離為半個波長，所以2(5545)m20 m；A、B兩點間距離是半個波長，振動情況總是相反，所以當(dāng)B點離開平衡位置的位移為6 cm時，A點離開平衡位置的位移是6 cm.(2)由折射定律有n1，n2代入數(shù)據(jù)解得：145，260故彩色光帶的寬度為(Rtan 45Rtan 30)R.此時折射率為n1的單色光恰好發(fā)生全反射，故sin C即最小的入射角C45.【答案】(1)20 m6 cm(2)R454(1)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，t0時刻的波形如圖6所示，介質(zhì)中質(zhì)點P、Q分別位于x2 m、x4 m處從t0時刻開始計時，當(dāng)t15 s時質(zhì)點Q剛好第4次到達波峰以下說法正確的是_圖6A這列簡諧橫波的波速為1 m/sB當(dāng)t15 s時質(zhì)點P經(jīng)歷過3次波峰C質(zhì)點P做簡諧運動的表達式為y0.2sin 0.5t(m)D從t0開始計時，到t14 s時質(zhì)點P的路程為3 mE當(dāng)t2.5 s時質(zhì)點Q的振動方向向上(2)如圖7所示，為半圓柱體玻璃的橫截面，OD為直徑，一束由單色光和單色光組成的復(fù)色光沿AO方向由真空從OD面斜射入玻璃，B、C點為兩單色光的射出點(設(shè)光線在B、C處未發(fā)生全反射)已知單色光由O到B的傳播時間為t，光在真空中傳播速度大小為c，玻璃對單色光和單色光的折射率分別為nB、nC.求單色光在玻璃中傳播路徑OC的距離圖7【解析】(1)從t0時刻開始計時，當(dāng)t15 s時質(zhì)點Q剛好第4次到達波峰，T3T15 s，可知該列波周期為4 s，這列簡諧橫波的波速為v1 m/s，A正確；當(dāng)t15 s時質(zhì)點P經(jīng)歷過4次波峰，故B錯誤；質(zhì)點P做簡諧運動的表達式為y0.2sin 0.5t(m)，故C正確；從t0 s開始計時，到t14 s時質(zhì)點P的路程為2.8 m，故D錯誤；當(dāng)t2.5 s時質(zhì)點Q的振動方向向上，E正確(2)如圖，作界面OD的法線MN，設(shè)圓柱體的直徑為d，入射角為，折射角分別為B、C，連接DB、DC.由折射定律得nBnCnBnC故由t則tC即tCt故OCvCtCt.【答案】(1)ACE(2)t5(1)一列簡諧橫波在某時刻的波形如圖8所示此時刻質(zhì)點P的速度為v，經(jīng)過0.2 s它的速度第一次與v相同，再經(jīng)過1.0 s它的速度第二次與v相同下列說法中正確的是_圖8A波沿x軸正方向傳播，波速為5 m/sB波沿x軸負方向傳播，波速為5 m/sC質(zhì)點M與質(zhì)點Q的位移大小總是相等、方向總是相反D若某時刻質(zhì)點M到達波谷處，則質(zhì)點P一定到達波峰處E從圖示位置開始計時，經(jīng)過2.2 s，質(zhì)點P的位移為20 cm(2)如圖9所示，一束截面為圓形(半徑R)的平行紫光垂直射向一透明半球體的底面，經(jīng)折射后在屏幕M上形成一個圓形亮區(qū)已知透明半球體的半徑為R4 m，屏幕M至球心的距離為d7 m，透明半球體對紫光的折射率為n.不考慮光的干涉和衍射圖9()求屏幕M上圓形亮區(qū)的面積()若將屏幕M水平向下移動到一個合適的位置，將在屏幕M上只看到一個亮點，求向下移動的距離【導(dǎo)學(xué)號：37162105】【解析】(1)根據(jù)質(zhì)點P的運動情況可知，題圖所示時刻質(zhì)點P向上振動，故波沿x軸正方向傳播，周期T1.2 s波速為v5 m/s，選項A正確，B錯誤；質(zhì)點M與質(zhì)點Q在平衡位置的距離不是半個波長的奇數(shù)倍，故位移方向不總是相反的，選項C錯誤；質(zhì)點M和質(zhì)點P在平衡位置的距離為半個波長，故位移方向是相反的，當(dāng)質(zhì)點M在波谷處，質(zhì)點P正好位于波峰處，選項D正確；由波傳播過程中質(zhì)點振動的周期性和對稱性可知，從題圖所示時刻再經(jīng)過2.2 s，質(zhì)點P恰好位于波谷處，故選項E正確(2)()如圖所示，紫光剛要發(fā)生全反射時的臨界光線射在屏幕M上的點到中心光線形成的亮點E的距離r就是所求圓形亮區(qū)的半徑設(shè)紫光臨界角為C，sin C所以cos C，tan C由幾何關(guān)系可得OB5 mr m圓形亮區(qū)的面積Sr2 m2.()當(dāng)屏幕移動到B點時，屏幕M上只有一個亮點，則屏幕M下移的距離ddOB2 m.【答案】(1)ADE(2)()m2()2 m