2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí) 第十四章 波與相對(duì)論教案 選修3-4.doc

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2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí) 第十四章 波與相對(duì)論教案 選修3-4考 綱 要 求考 情 分 析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)全反射、光導(dǎo)纖維1.命題規(guī)律從近幾年的高考試題來(lái)看，對(duì)本章內(nèi)容主要考查簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像、波動(dòng)圖像以及波的傳播規(guī)律等，另外對(duì)光學(xué)知識(shí)的考查主要以折射定律、全反射等知識(shí)為主。2考查熱點(diǎn)預(yù)計(jì)在xx年高考中，對(duì)本部分內(nèi)容的考查仍將以圖像為主，考查振動(dòng)和波動(dòng)問(wèn)題，并以光的折射和全反射為重點(diǎn)考查光學(xué)知識(shí)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖像光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象單擺、周期公式電磁波的產(chǎn)生受迫振動(dòng)和共振電磁波的發(fā)射、傳播和接收機(jī)械波、橫波和縱波電磁波譜橫波的圖像狹義相對(duì)論的基本假設(shè)波速、波長(zhǎng)和頻率(周期)的關(guān)系質(zhì)能關(guān)系波的干涉和衍射現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)十四：探究單擺的運(yùn)動(dòng)、用單擺測(cè)定重力加速度多普勒效應(yīng)光的折射定律實(shí)驗(yàn)十五：測(cè)定玻璃的折射率折射率實(shí)驗(yàn)十六：用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(1)定義：使物體返回到平衡位置的力。(2)方向：總是指向平衡位置。(3)來(lái)源：屬于效果力，可以由某一個(gè)力提供，也可以由幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力提供。4描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量物理量定義意義位移由平衡位置指向質(zhì)點(diǎn)所在位置的有向線段描述質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)中某時(shí)刻的位置相對(duì)于平衡位置的位移振幅振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置的最大距離描述振動(dòng)的強(qiáng)弱和能量周期振動(dòng)物體完成一次全振動(dòng)所需時(shí)間描述振動(dòng)的快慢，兩者互為倒數(shù)：T頻率振動(dòng)物體單位時(shí)間內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)相位t描述周期性運(yùn)動(dòng)在各個(gè)時(shí)刻所處的不同狀態(tài)小題練通1(xx北京西城區(qū)模擬)彈簧振子在做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，振子通過(guò)平衡位置時(shí)()A速度最大B回復(fù)力最大C加速度最大 D彈性勢(shì)能最大解析：選A彈簧振子在做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，振子通過(guò)平衡位置時(shí)，彈性勢(shì)能最小，動(dòng)能最大，故速度最大，選項(xiàng)A正確，D錯(cuò)誤；彈簧振子通過(guò)平衡位置時(shí)，位移為零，根據(jù)Fkx，a，可知回復(fù)力為零，加速度為零，故選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤。2關(guān)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期，以下說(shuō)法正確的是()A間隔一個(gè)周期的整數(shù)倍的兩個(gè)時(shí)刻，物體的振動(dòng)情況相同B間隔半個(gè)周期的奇數(shù)倍的兩個(gè)時(shí)刻，物體的速度和加速度可能同時(shí)相同C半個(gè)周期內(nèi)物體的動(dòng)能變化一定為零D一個(gè)周期內(nèi)物體的勢(shì)能變化一定為零E經(jīng)過(guò)一個(gè)周期質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的路程變?yōu)榱憬馕觯哼xACD根據(jù)周期的定義可知，物體完成一次全振動(dòng)，所有的物理量都恢復(fù)到初始狀態(tài)，故A選項(xiàng)正確。當(dāng)間隔半周期的奇數(shù)倍時(shí)，所有的矢量都變得大小相等，方向相反，且物體的速度和加速度不同時(shí)為零，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤，C、D選項(xiàng)正確。經(jīng)過(guò)一個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的路程為4A，E錯(cuò)誤。物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，其位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)量等矢量都隨時(shí)間做周期性的變化，它們的周期就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期T。物體的動(dòng)能和勢(shì)能也隨時(shí)間做周期性的變化，其周期為。二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖像1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式(1)動(dòng)力學(xué)表達(dá)式：Fkx，其中“”表示回復(fù)力與位移的方向相反。(2)運(yùn)動(dòng)學(xué)表達(dá)式：xAsin(t)，其中A代表振幅，2f表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的快慢，(t)代表簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相位，叫做初相。2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像(1)從平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，函數(shù)表達(dá)式為xAsin t，圖像如圖甲所示。(2)從最大位移處開(kāi)始計(jì)時(shí)，函數(shù)表達(dá)式為xAcos t，圖像如圖乙所示。小題練通1(xx北京高考)如圖所示，彈簧振子在M、N之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。以平衡位置O為原點(diǎn)，建立Ox軸，向右為x軸正方向。若振子位于N點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，則其振動(dòng)圖像為()解析：選A從振子位于N點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)，則在0時(shí)刻，振子位于正向最大位移處，分析振動(dòng)圖像可知，選項(xiàng)A正確。2.如圖所示是質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像，由此可知()At0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移、速度均為零Bt1 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移最大，速度為零，加速度最大Ct2 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為零，速度負(fù)向最大，加速度為零Dt4 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)停止運(yùn)動(dòng)E質(zhì)點(diǎn)的周期為4 s，頻率為0.25 Hz解析：選BCE當(dāng)t0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為零，加速度為零，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置具有沿x軸正方向的最大速度，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)t1 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移最大，加速度負(fù)向最大，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)到平衡位置正方向的最大位移處，速度為零，選項(xiàng)B正確；t2 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為零，加速度為零，速度最大，沿x軸負(fù)方向，選項(xiàng)C正確；t4 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)速度最大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；由圖像可以確定周期T4 s，頻率f0.25 Hz，E正確。由簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像中獲得的信息(1)振幅A、周期T。(2)某一時(shí)刻振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移。(3)某一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的回復(fù)力、加速度和速度的方向。回復(fù)力和加速度的方向：因?yàn)榛貜?fù)力總是指向平衡位置，所以回復(fù)力和加速度在圖像上總是指向t軸。速度的方向：速度的方向可以通過(guò)下一時(shí)刻位移的變化來(lái)判定，下一時(shí)刻位移若增大，振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度方向就是遠(yuǎn)離t軸；下一時(shí)刻位移若減小，振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度方向就是指向t軸。(4)某段時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、勢(shì)能的變化情況。三、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的兩種模型模型彈簧振子(水平)單擺示 意 圖簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)條件彈簧質(zhì)量可忽略無(wú)摩擦等阻力在彈簧彈性限度內(nèi)擺線為不可伸縮的輕細(xì)線無(wú)空氣等的阻力最大擺角小于10回復(fù)力彈簧的彈力提供擺球重力沿與擺線垂直方向(即切向)的分力平衡位置彈簧處于原長(zhǎng)處最低點(diǎn)周期與振幅無(wú)關(guān)T2 能量轉(zhuǎn)化彈性勢(shì)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒重力勢(shì)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒小題練通關(guān)于單擺擺球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力，下列結(jié)論正確的是()A擺球受重力、擺線的張力兩個(gè)力作用B擺球的回復(fù)力最大時(shí)，向心力為零；回復(fù)力為零時(shí)，向心力最大C擺球的回復(fù)力最大時(shí)，擺線中的張力大小比擺球的重力大D擺球的向心力最大時(shí)，擺球的加速度方向沿?cái)[球的運(yùn)動(dòng)方向E擺球由最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)回復(fù)力逐漸減小，向心力逐漸增大解析：選ABE單擺在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，擺球受重力和擺線的拉力，故A正確。重力垂直于擺線的分力提供回復(fù)力。當(dāng)回復(fù)力最大時(shí)，擺球在最大位移處，速度為零，向心力為零，則拉力小于重力，在平衡位置處，回復(fù)力為零，速度最大，向心力最大，擺球的加速度方向沿?cái)[線指向懸點(diǎn)，故C、D錯(cuò)，B對(duì)。擺球由最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，回復(fù)力逐漸減小，向心力逐漸增大，E正確。(1)單擺振動(dòng)中的回復(fù)力不是它受到的合外力，而是重力沿圓弧切線方向的一個(gè)分力。單擺振動(dòng)過(guò)程中，有向心力，這是與彈簧振子不同之處。(2)在最大位移處時(shí)，因速度為零，所以向心力為零，故此時(shí)合外力也就是回復(fù)力。(3)在平衡位置處時(shí)，由于速度不為零，故向心力也不為零，即此時(shí)回復(fù)力為零，但合外力不為零。四、受迫振動(dòng)和共振1.受迫振動(dòng)系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)。做受迫振動(dòng)的物體，它做受迫振動(dòng)的周期(或頻率)等于驅(qū)動(dòng)力的周期(或頻率)，而與物體的固有周期(或頻率)無(wú)關(guān)。2共振做受迫振動(dòng)的物體，它的驅(qū)動(dòng)力的頻率與固有頻率越接近，其振幅就越大，當(dāng)二者相等時(shí)，振幅達(dá)到最大，這就是共振現(xiàn)象。共振曲線如圖所示。小題練通一個(gè)單擺在地面上做受迫振動(dòng)，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動(dòng)力頻率f的關(guān)系)如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是()A此單擺的固有周期約為2 sB此單擺的擺長(zhǎng)約為1 mC若擺長(zhǎng)增大，單擺的固有頻率增大D若擺長(zhǎng)增大，共振曲線的峰將向左移動(dòng)E此單擺的振幅是8 cm解析：選ABD由共振曲線知此單擺的固有頻率為0.5 Hz，固有周期為2 s；再由T2 得此單擺的擺長(zhǎng)約為1 m；若擺長(zhǎng)增大，則單擺的固有周期增大，固有頻率減小，共振曲線的峰將向左移動(dòng)，A、B、D正確，C錯(cuò)誤；此單擺做受迫振動(dòng)，只有共振時(shí)的振幅最大為8 cm，E錯(cuò)誤。對(duì)共振的理解(1)共振曲線：如圖所示，橫坐標(biāo)為驅(qū)動(dòng)力頻率f，縱坐標(biāo)為振幅A。它直觀地反映了驅(qū)動(dòng)力頻率對(duì)某固有頻率為f0的振動(dòng)系統(tǒng)受迫振動(dòng)振幅的影響，由圖可知，f與f0越接近，振幅A越大；當(dāng)ff0時(shí)，振幅A最大。(2)受迫振動(dòng)中系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化：做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒，系統(tǒng)與外界時(shí)刻進(jìn)行能量交換。1下列關(guān)于振動(dòng)的回復(fù)力的說(shuō)法正確的是()A回復(fù)力方向總是指向平衡位置B回復(fù)力是按效果命名的C回復(fù)力一定是物體受到的合力D回復(fù)力由彈簧的彈力提供E振動(dòng)物體在平衡位置所受的回復(fù)力是零解析：選ABE回復(fù)力是按效果命名的，是指向平衡位置使振動(dòng)物體回到平衡位置的力，可以由某個(gè)力或某幾個(gè)力的合力提供，也可以由某個(gè)力的分力提供，故A、B正確，C錯(cuò)誤；在水平彈簧振子中彈簧的彈力提供回復(fù)力，但在其他振動(dòng)中，不一定由彈簧彈力提供，D錯(cuò)誤；振動(dòng)物體在平衡位置受到的回復(fù)力是零，E正確。2.如圖，輕彈簧上端固定，下端連接一小物塊，物塊沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。以豎直向上為正方向，物塊簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y0.1sin(2.5t)m。t0時(shí)刻，一小球從距物塊h高處自由落下；t0.6 s時(shí)，小球恰好與物塊處于同一高度。取重力加速度的大小g10 m/s2。以下判斷正確的是()Ah1.7 mB簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期是0.8 sC0.6 s內(nèi)物塊運(yùn)動(dòng)的路程是0.2 mDt0.4 s時(shí)，物塊與小球運(yùn)動(dòng)方向相反Et0.6 s時(shí)，物塊的位移是0.1 m解析：選ABEt0.6 s時(shí)，物塊的位移為y0.1sin(2.50.6)m0.1 m；則對(duì)小球h|y|gt2，解得h1.7 m，選項(xiàng)A、E正確；簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期是T s0.8 s，選項(xiàng)B正確；0.6 s內(nèi)物塊運(yùn)動(dòng)的路程是3A0.3 m，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；t0.4 s，此時(shí)物塊在平衡位置向下振動(dòng)，則此時(shí)物塊與小球運(yùn)動(dòng)方向相同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3.一個(gè)質(zhì)點(diǎn)以O(shè)為中心做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，位移隨時(shí)間變化的圖像如圖所示，a、b、c、d表示質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的相應(yīng)位置，下列說(shuō)法正確的是()A質(zhì)點(diǎn)在位置b比位置d時(shí)相位超前B質(zhì)點(diǎn)通過(guò)位置b時(shí)，相對(duì)平衡位置的位移為C質(zhì)點(diǎn)從位置a到c和從位置b到d所用時(shí)間相等D質(zhì)點(diǎn)從位置a到b和從b到c的平均速度相等E質(zhì)點(diǎn)在b、d兩位置速度相同解析：選ACE質(zhì)點(diǎn)在位置b比位置d時(shí)相位超前，選項(xiàng)A正確；質(zhì)點(diǎn)通過(guò)位置b時(shí)，相對(duì)平衡位置的位移大于，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)從位置a到c和從位置b到d所用時(shí)間相等，選項(xiàng)C正確；質(zhì)點(diǎn)從位置a到b和從b到c的時(shí)間相等，位移不等，所以平均速度不相等，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。由對(duì)稱性知選項(xiàng)E正確。4.如圖所示為質(zhì)點(diǎn)P在04 s內(nèi)的振動(dòng)圖像，下列敘述正確的是()A再過(guò)1 s，該質(zhì)點(diǎn)的位移是正的最大B再過(guò)1 s，該質(zhì)點(diǎn)的速度沿正方向C再過(guò)1 s，該質(zhì)點(diǎn)的加速度沿正方向D再過(guò)1 s，該質(zhì)點(diǎn)加速度最大E再過(guò)2 s，質(zhì)點(diǎn)回到平衡位置解析：選ADE將圖像順延續(xù)畫(huà)增加1 s，質(zhì)點(diǎn)應(yīng)在正最大位移處，故A、D正確。再過(guò)2 s質(zhì)點(diǎn)回到平衡位置，E正確。5一單擺做小角度擺動(dòng)，其振動(dòng)圖像如圖所示，以下說(shuō)法正確的是()At1時(shí)刻擺球速度為零，擺球的回復(fù)力最大Bt2時(shí)刻擺球速度為零，懸線對(duì)它的拉力最小Ct3時(shí)刻擺球速度為零，擺球的回復(fù)力最小Dt4時(shí)刻擺球速度最大，懸線對(duì)它的拉力最大Et1到t3擺球的回復(fù)力先減小后增大解析：選ADE由振動(dòng)圖像知，t1和t3時(shí)刻擺球偏離平衡位置的位移最大，此時(shí)擺球的速度為零，擺球的回復(fù)力最大，A正確C錯(cuò)誤；t2和t4時(shí)刻擺球位移為零，正在通過(guò)平衡位置，速度最大，由于擺球做圓周運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得出懸線對(duì)擺球拉力最大，故D正確，B錯(cuò)誤；t1到t3擺球位移先減小再增大，故回復(fù)力先減小后增大，E正確。6當(dāng)一彈簧振子在豎直方向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是()A振子在振動(dòng)過(guò)程中，速度相同時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度一定相等，彈性勢(shì)能相等B振子從最低點(diǎn)向平衡位置運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，彈簧彈力始終做負(fù)功C振子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的回復(fù)力由彈簧彈力和振子重力的合力提供D振子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒E振子在平衡位置時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)能最大，重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的和最小解析：選CDE振子在平衡位置兩側(cè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，速度相同的位置可能出現(xiàn)在關(guān)于平衡位置對(duì)稱的兩點(diǎn)，這時(shí)彈簧長(zhǎng)度明顯不等，A錯(cuò)；振子由最低點(diǎn)向平衡位置運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，彈簧對(duì)振子施加的力指向平衡位置，做正功，B錯(cuò)；振子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的回復(fù)力由振子所受合力提供且運(yùn)動(dòng)過(guò)程中系統(tǒng)機(jī)械能守恒，故C、D對(duì)。振子在平衡位置時(shí)速度最大，則動(dòng)能最大，重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的和最小，E對(duì)。7(xx海南高考)下列說(shuō)法正確的是()A在同一地點(diǎn)，單擺做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期的平方與其擺長(zhǎng)成正比B彈簧振子做簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能與動(dòng)能之和保持不變C在同一地點(diǎn)，當(dāng)擺長(zhǎng)不變時(shí)，擺球質(zhì)量越大，單擺做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期越小D系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)振動(dòng)的頻率等于周期性驅(qū)動(dòng)力的頻率E已知彈簧振子初始時(shí)刻的位置及其振動(dòng)周期，就可知振子在任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)速度的方向解析：選ABD在同一地點(diǎn)，重力加速度g為定值，根據(jù)單擺周期公式T2可知，周期的平方與擺長(zhǎng)成正比，故選項(xiàng)A正確；彈簧振子做簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，只有動(dòng)能和勢(shì)能參與轉(zhuǎn)化，根據(jù)機(jī)械能守恒條件可知，振動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能與動(dòng)能之和保持不變，故選項(xiàng)B正確；根據(jù)單擺周期公式T2可知，單擺的周期與質(zhì)量無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)振動(dòng)的頻率等于周期性驅(qū)動(dòng)力的頻率，故選項(xiàng)D正確；若彈簧振子初始時(shí)刻在波峰或波谷位置，知道周期后，可以確定任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)速度的方向，若彈簧振子初始時(shí)刻不在波峰或波谷位置，則無(wú)法確定任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)的方向，故選項(xiàng)E錯(cuò)誤。第75課時(shí)機(jī)械波(重點(diǎn)突破課)必備知識(shí)一、機(jī)械波橫波和縱波1機(jī)械波的形成條件(1)有發(fā)生機(jī)械振動(dòng)的波源；(2)有傳播介質(zhì)，如空氣、水等。2傳播特點(diǎn)(1)機(jī)械波傳播的只是振動(dòng)的形式和能量，質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，并不隨波遷移；(2)介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同，振動(dòng)周期和頻率都與波源的振動(dòng)周期和頻率相同；(3)一個(gè)周期內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)，通過(guò)的路程為4A，位移為零。3機(jī)械波的分類(1)橫波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直的波，有波峰(凸部)和波谷(凹部)；(2)縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上的波，有密部和疏部。二、波的圖像1坐標(biāo)軸：橫軸表示各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱軸表示該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移。2意義：表示在波的傳播方向上，某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移。三、波長(zhǎng)、波速、頻率及其關(guān)系1波長(zhǎng)：在波動(dòng)中，振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離。2.波速v：波在介質(zhì)中的傳播速度，由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定。3頻率f：由波源決定，等于波源的振動(dòng)頻率。4波長(zhǎng)、波速和頻率的關(guān)系：(1)vf；(2)v。四、波的干涉和衍射現(xiàn)象多普勒效應(yīng)1波的干涉和衍射波的干涉波的衍射條件兩列波的頻率必須相同，相位差保持不變產(chǎn)生明顯衍射的條件：障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或相差不多現(xiàn)象形成加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)相互隔開(kāi)的穩(wěn)定的干涉圖樣波能夠繞過(guò)障礙物或孔繼續(xù)向前傳播2多普勒效應(yīng)(1)條件：聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)；(2)現(xiàn)象：觀察者感到頻率發(fā)生變化；(3)實(shí)質(zhì)：聲源頻率不變，觀察者接收到的頻率變化。小題熱身1如圖所示，實(shí)線是沿x軸傳播的一列簡(jiǎn)諧橫波在t0時(shí)刻的波形圖，虛線是這列波在t0.2 s時(shí)刻的波形圖。該波的波速為0.8 m/s，則下列說(shuō)法正確的是()A這列波的波長(zhǎng)是12 cmB這列波的周期是0.5 sC這列波是沿x軸正方向傳播的Dt0時(shí)，x4 cm處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向?yàn)檠貀軸負(fù)方向E這列波是沿x軸負(fù)方向傳播的解析：選ADE由波形圖讀出波長(zhǎng)，利用波速求解周期，根據(jù)傳播時(shí)間求出可能的傳播距離或者將時(shí)間與周期相比較，就可以判斷傳播方向。由題圖知該波的波長(zhǎng)12 cm，故A項(xiàng)正確。由v，得T s0.15 s，故B項(xiàng)錯(cuò)誤。因，故該波沿x軸負(fù)方向傳播，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，E項(xiàng)正確。由波沿x軸負(fù)方向傳播可判定t0時(shí)刻，x4 cm處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向，故D項(xiàng)正確。2下列關(guān)于多普勒效應(yīng)的說(shuō)法中，正確的是()A只要波源在運(yùn)動(dòng)，就一定能觀察到多普勒效應(yīng)B如果聲源靜止，就觀察不到多普勒效應(yīng)C當(dāng)聲源朝靠近觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲源的頻率不變D當(dāng)聲波遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率變低E當(dāng)聲源相對(duì)于觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者聽(tīng)到的聲音的頻率可能變高，也可能變低解析：選CDE波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，波源與觀察者距離不一定變化，不一定發(fā)生多普勒效應(yīng)，A錯(cuò)；聲源靜止時(shí)，若觀察者向聲源運(yùn)動(dòng)，能發(fā)生多普勒效應(yīng)，B錯(cuò)；聲源朝著觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲源頻率不變，觀察者接收到的頻率增大，C、D對(duì)，聲源相對(duì)觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，二者距離可能增大，也可能減小，故觀察者接收到的頻率可能變低，也可能變高，E對(duì)。3利用發(fā)波水槽得到的水面波形如圖甲、乙所示，則圖甲顯示了波的_現(xiàn)象，圖乙顯示了波的_現(xiàn)象。解析：由波的干涉和衍射概念知，圖甲是一列波的傳播，顯示了波的衍射現(xiàn)象，圖乙是兩列波的傳播，顯示了波的干涉現(xiàn)象。答案：衍射干涉提能點(diǎn)(一)機(jī)械波的傳播特點(diǎn)典例(xx全國(guó)乙卷)某同學(xué)漂浮在海面上，雖然水面波正平穩(wěn)地以1.8 m/s的速率向著海灘傳播，但他并不向海灘靠近。該同學(xué)發(fā)現(xiàn)從第1個(gè)波峰到第10個(gè)波峰通過(guò)身下的時(shí)間間隔為15 s。下列說(shuō)法正確的是()A水面波是一種機(jī)械波B該水面波的頻率為6 HzC該水面波的波長(zhǎng)為3 mD水面波沒(méi)有將該同學(xué)推向岸邊，是因?yàn)椴▊鞑r(shí)能量不會(huì)傳遞出去E水面波沒(méi)有將該同學(xué)推向岸邊，是因?yàn)椴▊鞑r(shí)振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移解析水面波是一種機(jī)械波，說(shuō)法A正確。根據(jù)題意得周期T s s，頻率f0.6 Hz，說(shuō)法B錯(cuò)誤。波長(zhǎng) m3 m，說(shuō)法C正確。波傳播過(guò)程中，傳播的是振動(dòng)形式，能量可以傳遞出去，但質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移，說(shuō)法D錯(cuò)誤，說(shuō)法E正確。答案ACE波的傳播問(wèn)題的分析方法(1)波傳播時(shí)，波的信息和能量可以向外傳播，但振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移。(2)波的傳播具有周期性，波在一個(gè)周期傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)。波長(zhǎng)的大小等于相鄰兩波峰(或波谷)之間的距離。(3)波長(zhǎng)、波速、周期和頻率的計(jì)算利用關(guān)系式v和vf。集訓(xùn)沖關(guān)1(xx全國(guó)丙卷)由波源S形成的簡(jiǎn)諧橫波在均勻介質(zhì)中向左、右傳播。波源振動(dòng)的頻率為20 Hz，波速為16 m/s。已知介質(zhì)中P、Q兩質(zhì)點(diǎn)位于波源S的兩側(cè)，且P、Q和S的平衡位置在一條直線上，P、Q的平衡位置到S的平衡位置之間的距離分別為15.8 m、14.6 m。P、Q開(kāi)始振動(dòng)后，下列判斷正確的是()AP、Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向始終相同BP、Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向始終相反C當(dāng)S恰好通過(guò)平衡位置時(shí)，P、Q兩點(diǎn)也正好通過(guò)平衡位置D當(dāng)S恰好通過(guò)平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，P在波峰E當(dāng)S恰好通過(guò)平衡位置向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，Q在波峰解析：選BDE簡(jiǎn)諧橫波的波長(zhǎng) m0.8 m。P、Q兩質(zhì)點(diǎn)距離波源S的距離PS15.8 m19，SQ14.6 m18。因此P、Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向始終相反，A錯(cuò)誤，B正確。當(dāng)S恰好通過(guò)平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，P在波峰的位置，Q在波谷的位置。當(dāng)S恰好通過(guò)平衡位置向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，P在波谷的位置，Q在波峰的位置。C錯(cuò)誤，D、E正確。2將一彈性繩沿x軸放置，左端位于坐標(biāo)原點(diǎn)，用手握住繩的左端，當(dāng)t0時(shí)，使其開(kāi)始沿y軸作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，在t0.75 s時(shí)形成如圖所示的波形，M點(diǎn)是位于x10 cm處的質(zhì)點(diǎn)，N點(diǎn)是位于x50 cm處的質(zhì)點(diǎn)。(1)求繩波的傳播速度。(2)判斷N點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)的方向并求從t0時(shí)刻開(kāi)始到N點(diǎn)第一次沿y軸正方向經(jīng)過(guò)平衡位置需要多長(zhǎng)時(shí)間？(3)求從t0時(shí)刻開(kāi)始到N點(diǎn)第一次到達(dá)波峰時(shí)，M點(diǎn)經(jīng)過(guò)的路程。解析：(1)由題意和題圖可知20 cm，T1 s，所以波速v20 cm/s。(2)由題圖可知t0.75 s時(shí)，x15 cm的質(zhì)點(diǎn)，剛開(kāi)始振動(dòng)，并且振動(dòng)方向?yàn)閥軸負(fù)方向，所以N點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)方向也沿y軸負(fù)方向。t0.75 s時(shí)，x5 cm的質(zhì)點(diǎn)第一次沿y軸正方向經(jīng)過(guò)平衡位置，這個(gè)振動(dòng)形式傳到N點(diǎn)還要t1s2.25 s，所以當(dāng)t2tt13 s時(shí)N點(diǎn)第一次沿y軸正方向經(jīng)過(guò)平衡位置。(3)t0.75 s時(shí)，M點(diǎn)已經(jīng)經(jīng)過(guò)的路程為8 cm，而N點(diǎn)第一次到達(dá)波峰還要經(jīng)歷t3s2.5 s，即2.5T，則M點(diǎn)還要經(jīng)過(guò)路程2.54880 cm，所以M點(diǎn)經(jīng)過(guò)的總路程為8 cm80 cm88 cm。答案：(1)20 cm/s(2)N點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)的方向沿y軸負(fù)方向3 s(3)88 cm提能點(diǎn)(二)波的圖像與振動(dòng)圖像的綜合問(wèn)題振動(dòng)圖像和波的圖像的比較比較項(xiàng)目振動(dòng)圖像波的圖像研究對(duì)象一個(gè)質(zhì)點(diǎn)波傳播方向上的所有質(zhì)點(diǎn)研究?jī)?nèi)容某質(zhì)點(diǎn)在空間隨時(shí)間的變化規(guī)律某時(shí)刻連續(xù)質(zhì)點(diǎn)在空間分布的規(guī)律圖像物理意義某質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位移某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移振動(dòng)方向t后的波形隨時(shí)間推移，圖像延續(xù)，但已有形狀不變隨時(shí)間推移，圖像沿波的傳播方向平移橫坐標(biāo)表示時(shí)間表示各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置聯(lián)系(1)縱坐標(biāo)均表示質(zhì)點(diǎn)的位移(2)縱坐標(biāo)的最大值表示振幅(3)波在傳播過(guò)程中，各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近振動(dòng)，每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都有自己的振動(dòng)圖像典例一物理教師某天正在一湖邊釣魚(yú)，突然湖的周圍起了風(fēng)，他發(fā)現(xiàn)湖中釣魚(yú)的浮標(biāo)上下浮動(dòng)。他根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為浮標(biāo)上下浮動(dòng)可簡(jiǎn)化成豎直方向的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，他通過(guò)觀測(cè)繪制出了浮標(biāo)的振動(dòng)圖像，如圖甲所示，接著他又根據(jù)湖面的波紋繪制出了水的波動(dòng)圖像，如圖乙所示。假設(shè)圖乙是一列沿x軸正方向傳播的水波在t0.5 s時(shí)的波形圖，圖甲是圖乙中離原點(diǎn)04 m范圍內(nèi)某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像，則下列說(shuō)法正確的()A浮標(biāo)上下振動(dòng)的周期為T(mén)2 sB該列波的波速為2 m/sC該波傳播過(guò)程中遇到頻率為1 Hz的機(jī)械波時(shí)能產(chǎn)生干涉D圖甲是x2 m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像E不能確定圖甲是04 m范圍內(nèi)哪個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像解析由題圖甲可知，浮標(biāo)振動(dòng)的周期T2 s，由題圖乙可知波長(zhǎng)4 m，該波的波速v2 m/s，選項(xiàng)A、B正確；該列波的頻率f0.5 Hz，根據(jù)波產(chǎn)生干涉的條件可知，當(dāng)該列波傳播過(guò)程中遇到頻率為1 Hz的機(jī)械波時(shí)不能產(chǎn)生干涉，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由題圖甲可知，質(zhì)點(diǎn)在t0.5 s時(shí)處于平衡位置且沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，在04 m范圍內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)在t0.5 s時(shí)刻有x0、x2 m、x4 m處的質(zhì)點(diǎn)處在平衡位置，但只有x2 m處的質(zhì)點(diǎn)是沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)的，故題圖甲是x2 m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像，選項(xiàng)D正確，E錯(cuò)誤。答案ABD“一分二看三找”巧解波動(dòng)圖像與振動(dòng)圖像綜合類問(wèn)題(1)分清振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像。橫坐標(biāo)為x則為波動(dòng)圖像，橫坐標(biāo)為t則為振動(dòng)圖像。(2)看清橫、縱坐標(biāo)的單位，注意單位前的數(shù)量級(jí)。(3)找準(zhǔn)波動(dòng)圖像對(duì)應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)和振動(dòng)圖像對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。集訓(xùn)沖關(guān)1如圖甲為一列簡(jiǎn)諧橫波在某一時(shí)刻的波形圖，a、b兩質(zhì)點(diǎn)的橫坐標(biāo)分別為xa2 m和xb6 m，圖乙為質(zhì)點(diǎn)b從該時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)的振動(dòng)圖像。下列說(shuō)法正確的是()A該波沿x方向傳播B質(zhì)點(diǎn)a經(jīng)4 s振動(dòng)的路程為4 mC此時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)a的速度沿y方向D質(zhì)點(diǎn)a在t2 s時(shí)速度為零E波速為1 m/s解析：選ADE由題圖甲可知，該波的波長(zhǎng)為8 m，由題圖乙可知，波振動(dòng)的周期為8 s，并且質(zhì)點(diǎn)b在開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)刻沿y軸方向運(yùn)動(dòng)，則該波沿x方向傳播，且波速v m/s1 m/s，故選項(xiàng)A、E正確；由題圖乙可知，波的振動(dòng)周期為8 s，則質(zhì)點(diǎn)a經(jīng)4 s振動(dòng)的路程為2A1 m，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由上下坡法可知，此時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)a的速度沿y方向，C項(xiàng)錯(cuò)誤；經(jīng)過(guò)2 s即四分之一周期，質(zhì)點(diǎn)a運(yùn)動(dòng)到波谷，速度為零，D項(xiàng)正確。2(xx武漢武昌區(qū)調(diào)研)一列簡(jiǎn)諧橫波，在t0.6 s時(shí)刻的圖像如圖甲所示，波上A質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖乙所示，則以下說(shuō)法正確的是()A這列波沿x軸正方向傳播B這列波的波速是 m/sC從t0.6 s開(kāi)始，質(zhì)點(diǎn)P比質(zhì)點(diǎn)Q晚0.4 s回到平衡位置D從t0.6 s開(kāi)始，緊接著的t0.6 s時(shí)間內(nèi)，A質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的路程是4 mE若該波在傳播過(guò)程中遇到一個(gè)尺寸為10 m的障礙物，不能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象解析：選ABD由題圖乙可知，t0.6 s時(shí)A點(diǎn)的振動(dòng)是向下的，因此可判斷這列波是向x軸正方向傳播的，選項(xiàng)A正確；由題圖甲可知，該波的波長(zhǎng)為20 m，由題圖乙可知，該波的周期為1.2 s，可得該波的波速為 m/s，選項(xiàng)B正確；由波上各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況可知，P點(diǎn)向上振動(dòng)，應(yīng)該先回到平衡位置，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；0.6 s的時(shí)間為半個(gè)周期，因此質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)路程為4 m，選項(xiàng)D正確；該波的波長(zhǎng)為20 m，大于10 m，因此該波遇到一個(gè)尺寸為10 m的障礙物時(shí)，會(huì)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。提能點(diǎn)(三)波的多解問(wèn)題1.造成波動(dòng)問(wèn)題多解的主要因素(1)周期性：時(shí)間周期性：時(shí)間間隔t與周期T的關(guān)系不明確；空間周期性：波傳播距離x與波長(zhǎng)的關(guān)系不明確。(2)雙向性傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定；振動(dòng)方向雙向性：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向不確定。(3)波形的隱含性形成多解在波動(dòng)問(wèn)題中，往往只給出完整波形的一部分，或給出幾個(gè)特殊點(diǎn)，而其余信息，均處于隱含狀態(tài)。這樣，波形就有多種情況，形成波動(dòng)問(wèn)題的多解性。2解決波的多解問(wèn)題的思路一般采用從特殊到一般的思維方法，即找出一個(gè)周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系t或x，若此關(guān)系為時(shí)間，則tnTt(n0,1，2，)；若此關(guān)系為距離，則xnx(n0,1,2，)。典例一列簡(jiǎn)諧橫波在x軸上傳播，在t10和t20.05 s時(shí)，其波形分別用如圖所示的實(shí)線和虛線表示，求：(1)這列波可能具有的波速。(2)當(dāng)波速為280 m/s時(shí)，波的傳播方向如何？以此波速傳播時(shí)，x8 m處的質(zhì)點(diǎn)P從平衡位置運(yùn)動(dòng)至波谷所需的最短時(shí)間是多少？解析(1)若波沿x軸正向傳播，則：xx1n(28n)m，n0,1,2，v m/s(40160n)m/s，n0,1,2，若波沿x軸負(fù)向傳播，則：xx2n(68n)m，n0,1,2，v m/s(120160n)m/s，n0,1,2，(2)當(dāng)波速為280 m/s時(shí)，有280(120160n)，n1，所以波向x軸負(fù)方向傳播T s所以P質(zhì)點(diǎn)第一次到達(dá)波谷所需最短時(shí)間為：t s2.1102s。答案見(jiàn)解析解答波的多解問(wèn)題的方法步驟(1)假設(shè)波向x軸正方向或負(fù)方向傳播。(2)由題目提供的波形變化等條件列出傳播距離或傳播時(shí)間與波長(zhǎng)、周期等相關(guān)的通式。(3)根據(jù)v或vf，v求出速度或其他未知量的關(guān)系通式。(4)分析題目中有沒(méi)有其他限制條件，看通過(guò)關(guān)系通式得到的多解能否變?yōu)橛邢迋€(gè)解或唯一解。集訓(xùn)沖關(guān)1一列簡(jiǎn)諧橫波在x軸上傳播，如圖甲和圖乙分別是在x軸上a、b兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像，且xab6 m。下列判斷正確的是()A波一定沿x軸正方向傳播B波可能沿x軸負(fù)方向傳播C波長(zhǎng)可能是8 mD波速一定是6 m/sE波速可能是2 m/s解析：選BCE波的傳播方向可能向x或x方向傳播，A錯(cuò)，B對(duì)。ab之間的距離可能是或，周期為4 s，波長(zhǎng)可能為8 m，波速可能為2 m/s，D錯(cuò)，C、E正確。2.一機(jī)械橫波某時(shí)刻的波形圖如圖所示，若該波沿x軸正方向傳播，質(zhì)點(diǎn)P的橫坐標(biāo)x0.32 m。從此時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)。(1)若P點(diǎn)經(jīng)0.4 s第一次到達(dá)最大正位移處，求波速大小。(2)若P點(diǎn)經(jīng)0.4 s到達(dá)平衡位置，波速大小又如何？解析：(1)若P點(diǎn)經(jīng)0.4 s第一次到達(dá)最大正位移處，知波形移動(dòng)的距離x0.32 m0.2 m0.12 m，則波速v m/s0.3 m/s。(2)若P點(diǎn)經(jīng)0.4 s到達(dá)平衡位置，則波形移動(dòng)的距離x0.32 m(n0,1,2，)，由波形圖可知波長(zhǎng)0.8 m，則波速v m/s(0.8n)m/s(n0,1,2，)答案：(1)0.3 m/s(2)(0.8n)m/s(n0,1,2，)一、選擇題1一列波由波源向周圍擴(kuò)展開(kāi)去，下列說(shuō)法正確的是()A介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)地傳播開(kāi)去B介質(zhì)中的振動(dòng)形式由近及遠(yuǎn)傳播開(kāi)去C介質(zhì)中振動(dòng)的能量由近及遠(yuǎn)傳播開(kāi)去D介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)只是振動(dòng)而沒(méi)有遷移E在擴(kuò)展過(guò)程中頻率逐漸減小解析：選BCD波在傳播時(shí)，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，它們并沒(méi)有隨波的傳播而發(fā)生遷移，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確。波傳播的是振動(dòng)形式，而振動(dòng)由能量引起，也傳播了能量，而頻率不變，選項(xiàng)B、C正確，E錯(cuò)誤。2如圖所示，在原點(diǎn)處做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的波源產(chǎn)生的機(jī)械波沿x軸正方向傳播，波速v400 m/s。為了接收信號(hào)，在x400 m處放置一接收器A(圖中未標(biāo)出)。已知t0時(shí)，波已經(jīng)傳播到x40 m，則下列說(shuō)法中正確的是()A波源振動(dòng)的周期為0.05 sBx40 m處的質(zhì)點(diǎn)在t0.5 s時(shí)位移為零C接收器在t1.0 s時(shí)才能接收到此波D若波源向x軸負(fù)方向移動(dòng)，則接收器接收到的波的頻率將小于20 HzE接收器接收到的頻率與波源的運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)解析：選ABD波源振動(dòng)的周期：T s0.05 s，A正確；x40 m處的質(zhì)點(diǎn)在t0.5 s時(shí)仍在平衡位置，B正確；接收器接收到此波的時(shí)間：t s0.9 s，C錯(cuò)誤；由多普勒效應(yīng)的知識(shí)，可判斷D正確，E錯(cuò)誤。3如圖為一列簡(jiǎn)諧波在t0時(shí)刻的圖像，已知質(zhì)點(diǎn)P將比質(zhì)點(diǎn)Q后回到平衡位置，則下列說(shuō)法中正確的是()A波一定沿x軸正方向傳播B質(zhì)點(diǎn)Q與質(zhì)點(diǎn)R的運(yùn)動(dòng)方向相同C質(zhì)點(diǎn)P的速度正在增大D質(zhì)點(diǎn)R的加速度正在減小E質(zhì)點(diǎn)Q的速度正在增大解析：選ABE因P點(diǎn)比Q點(diǎn)后回到平衡位置，可知P點(diǎn)向y方向振動(dòng)，Q點(diǎn)向y方向振動(dòng)，可判斷波向x方向傳播，即P點(diǎn)遠(yuǎn)離平衡位置，速度正在減小，Q點(diǎn)靠近平衡位置，速度正在增大；R點(diǎn)與Q點(diǎn)均向y方向運(yùn)動(dòng)，R點(diǎn)正遠(yuǎn)離平衡位置，位移增大，加速度增大。故選項(xiàng)A、B、E正確。4.一列簡(jiǎn)諧橫波沿直線傳播，該直線上平衡位置相距9 m的a、b兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖所示，下列描述該波的圖像可能正確的是()解析：選ACD根據(jù)yt圖像可知，a、b兩質(zhì)點(diǎn)的距離為或，即n9 m或n9 m(n0,1,2,3，)解得波長(zhǎng) m或 m，n0,1,2,3，即該波的波長(zhǎng)36 m、7.2 m、4 m或12 m、 m、 m、，選項(xiàng)A、B、C、D、E的波長(zhǎng)分別為4 m、8 m、12 m、36 m、16 m，故選項(xiàng)A、C、D正確，選項(xiàng)B、E錯(cuò)誤。5如圖甲為一列簡(jiǎn)諧橫波在t0.10 s時(shí)刻的波形圖，P是平衡位置為x1 m處的質(zhì)點(diǎn)，Q是平衡位置為x4 m處的質(zhì)點(diǎn)，如圖乙為質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像，則()At0.15 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q的加速度達(dá)到正向最大Bt0.15 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向C從t0.10 s到t0.25 s，該波沿x軸正方向傳播了6 mD從t0.10 s到t0.25 s，質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程為30 cmE根據(jù)甲、乙兩個(gè)圖像可知波的傳播速度為40 m/s解析：選ABE由題圖乙可知，t0.15 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q在負(fù)向最大位移處，加速度達(dá)到正向最大，故A對(duì)。t0.10 s時(shí)Q點(diǎn)正向y軸的負(fù)向運(yùn)動(dòng)，則知波沿x軸負(fù)方向傳播，此時(shí)P點(diǎn)沿y軸正向向正向最大位移處運(yùn)動(dòng)。t0.15 s時(shí)，即經(jīng)過(guò)t0.05 s，P點(diǎn)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，故B對(duì)。從0.10 s到0.25 s，在t0.15 sT內(nèi)波沿x軸負(fù)方向傳播了6 m。在t0.10 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P處在平衡位置和最大位移處之間，經(jīng)過(guò)T時(shí)，通過(guò)的路程不等于3倍振幅，故C、D錯(cuò)。根據(jù)題圖甲，8 m，根據(jù)題圖乙，T0.20 s，則v40 m/s，E正確。6下列說(shuō)法中正確的是()A發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率變化了B發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，觀察者接收的頻率發(fā)生了變化C多普勒效應(yīng)是在波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的D多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的E當(dāng)觀察者向波源靠近時(shí)，觀察到波的頻率變小解析：選BCD當(dāng)波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)，選項(xiàng)C正確。發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)是接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率沒(méi)有變化，故A錯(cuò)，B對(duì)，而D項(xiàng)也是正確的。當(dāng)觀察者向波源靠近時(shí)，會(huì)觀察到波的頻率變大。7有一障礙物的尺寸為10 m，下列哪些波在遇到它時(shí)能產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象()A波長(zhǎng)為1 m的機(jī)械波B波長(zhǎng)為10 m的機(jī)械波C波長(zhǎng)為20 m的機(jī)械波D頻率為40 Hz的聲波E頻率為5 000 MHz的電磁波(波速為3108 m/s)解析：選BCD空氣中聲波波速大約為340 m/s，由可算出頻率為40 Hz的聲波的波長(zhǎng)為8.5 m；同理可算出頻率為5 000 MHz的電磁波的波長(zhǎng)為0.06 m。選項(xiàng)B、C、D中波長(zhǎng)等于大于障礙物尺寸。二、計(jì)算題8(xx湖北八校聯(lián)考)如圖所示是一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波在t0時(shí)刻的波形圖，已知波的傳播速度v4 m/s，試回答下列問(wèn)題：(1)求出x1.5 m處的質(zhì)點(diǎn)在01.25 s內(nèi)通過(guò)的路程及t1.25 s時(shí)該質(zhì)點(diǎn)的位移；(2)寫(xiě)出x2.0 m處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)函數(shù)表達(dá)式。解析：(1)由題圖可知波長(zhǎng)2.0 m，振幅A5 cm。由T，解得T0.5 s，又1.25 s2T，故01.25 s內(nèi)的路程為4A50 cm。125 s時(shí)位移y5 cm。(2)x2.0 m處的質(zhì)點(diǎn)在t0時(shí)刻向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，且4 rad/s，則x2.0 m處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)函數(shù)表達(dá)式為y5sin 4t(cm)或y5sin(4t)(cm)。答案：(1)50 cm5 cm(2)y5sin 4t(cm)或y5sin (4t)(cm)9.(xx河北唐山統(tǒng)考)一列沿x方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波，在t0時(shí)刻的波形如圖所示，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅為10 cm。P、Q兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(1,0)和(9,0)，已知t0.7 s時(shí)，P點(diǎn)第二次出現(xiàn)波峰。(1)這列波的傳播速度多大？(2)從t0時(shí)刻起，經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間Q點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰？(3)當(dāng)Q點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰時(shí)，P點(diǎn)通過(guò)的路程為多少？解析：(1)由題圖可知該波的波長(zhǎng)為4 m，P點(diǎn)與最近波峰的水平距離為3 m，距離下一個(gè)波峰的水平距離x7 m，所以v10 m/s。(2)Q點(diǎn)與最近波峰的水平距離x111 m故Q點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰的時(shí)間為t11.1 s。(3)該波中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期為T(mén)0.4 sQ點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰時(shí)質(zhì)點(diǎn)P振動(dòng)了t20.9 s則t22TT質(zhì)點(diǎn)每振動(dòng)經(jīng)過(guò)的路程為10 cm當(dāng)Q點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰時(shí)，P點(diǎn)通過(guò)的路程s0.9 m。答案：(1)10 m/s(2)1.1 s(3)0.9 m10(xx全國(guó)甲卷)一列簡(jiǎn)諧橫波在介質(zhì)中沿x軸正向傳播，波長(zhǎng)不小于10 cm。O和A是介質(zhì)中平衡位置分別位于x0和x5 cm處的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)。t0時(shí)開(kāi)始觀測(cè)，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)O的位移為y4 cm，質(zhì)點(diǎn)A處于波峰位置；t s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)O第一次回到平衡位置，t1 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)A第一次回到平衡位置。求(1)簡(jiǎn)諧波的周期、波速和波長(zhǎng)；(2)質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式。解析：(1)設(shè)振動(dòng)周期為T(mén)。由于質(zhì)點(diǎn)A在0到1 s內(nèi)由最大位移處第一次回到平衡位置，經(jīng)歷的是個(gè)周期，由此可知T4 s由于質(zhì)點(diǎn)O與A的距離5 cm小于半個(gè)波長(zhǎng)，且波沿x軸正向傳播，O在t s時(shí)回到平衡位置，而A在t1 s時(shí)回到平衡位置，時(shí)間相差 s。兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置的距離除以傳播時(shí)間，可得波的速度 v7.5 cm/s利用波長(zhǎng)、波速和周期的關(guān)系得，簡(jiǎn)諧波的波長(zhǎng)30 cm。(2)設(shè)質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系為yAcos將式及題給條件代入上式得解得0，A8 cm質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式為y0.08cos(國(guó)際單位制)或y0.08sin(國(guó)際單位制)。答案：(1)4 s7.5 cm/s30 cm(2)y0.08cos(國(guó)際單位制)或y0.08sin(國(guó)際單位制)第76課時(shí)光的折射、全反射(重點(diǎn)突破課)必備知識(shí)一、光的折射定律折射率1折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象，如圖所示。2折射定律(1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比。(2)表達(dá)式：n12，式中n12是比例常數(shù)。3折射率(1)物理意義：折射率反映介質(zhì)的光學(xué)特性，折射率大，說(shuō)明光從真空射入到該介質(zhì)時(shí)偏折大，反之偏折小。(2)定義式：n，不能說(shuō)n與sin 1成正比，與sin 2成反比。折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定。(3)計(jì)算公式：n。二、全反射光導(dǎo)纖維光的色散1全反射(1)定義：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射光線將消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象。(2)條件：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。入射角大于等于臨界角。(3)臨界角：折射角等于90時(shí)的入射角。若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角為C，則sin C。介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越小。2光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維的原理是利用光的全反射。3光的色散(1)色散現(xiàn)象：白光通過(guò)三棱鏡會(huì)形成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種色光組成的彩色光譜。(2)成因：由于n紅n紫，所以以相同的入射角射到棱鏡界面時(shí)，紅光和紫光的折射角不同，紫光折射得更明顯些，當(dāng)它們射出另一個(gè)界面時(shí)，紫光的偏折角較大，紅光的偏折角較小。小題熱身1下列說(shuō)法正確的是()A在水中的潛水員斜向上看岸邊的物體時(shí)，看到的物體的像將比物體所處的實(shí)際位置高B光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段，它是利用光的全反射原理來(lái)傳遞信息的C玻璃杯裂縫處在光的照射下，看上去比周圍明顯亮，是由于光的全反射D海市蜃樓產(chǎn)生的原因是海面上方上層空氣的折射率比下層空氣的折射率大E小孔成像是根據(jù)光的全反射解析：選ABC由于光的折射，當(dāng)水中的潛水員斜向上看岸邊的物體時(shí)，看到的物體的像比物體的實(shí)際位置高，選項(xiàng)A正確；光纖通信是利用光的全反射原理來(lái)傳遞信息的，選項(xiàng)B正確；玻璃杯裂縫處在光的照射下，看上去比周圍明顯亮是由于光在裂縫處發(fā)生全反射造成的，選項(xiàng)C正確；海市蜃樓產(chǎn)生的原因是海面上方上層空氣的折射率比下層空氣的折射率小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。小孔成像是光的直線傳播，E錯(cuò)誤。2.一束單色光從真空斜射向某種介質(zhì)的表面，光路如圖所示。下列說(shuō)法中正確的是()A此介質(zhì)的折射率等于1.5B此介質(zhì)的折射率等于C當(dāng)光線從介質(zhì)射向真空中時(shí)，入射角大于45時(shí)可發(fā)生全反射現(xiàn)象D當(dāng)光線從介質(zhì)射向真空中時(shí)，入射角小于30時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象E光進(jìn)入介質(zhì)時(shí)波長(zhǎng)變短解析：選BCEn，選項(xiàng)A錯(cuò)、B對(duì)。當(dāng)光線從介質(zhì)中射向真空中時(shí)，隨入射角增大折射角增大，當(dāng)折射角等于90時(shí)，即發(fā)生全反射，此時(shí)入射角為C，則有n解得C45，即入射角大于等于45時(shí)發(fā)生全反射現(xiàn)象，選項(xiàng)C對(duì)，D錯(cuò)。因進(jìn)入介質(zhì)后光速變小，而頻率不變，故E對(duì)。3一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，O點(diǎn)為該玻璃磚截面的圓心，下圖能正確描述其光路的是()解析：選ACE由折射定律可知，光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，折射角大于入射角，可能發(fā)生全反射，由此判斷A、C正確；B、E圖中光從空氣射到玻璃磚表面，應(yīng)有折射光線，B錯(cuò)誤，E正確；據(jù)光路可逆原理可知D錯(cuò)誤。提能點(diǎn)(一)折射定律及折射率的應(yīng)用典例(xx全國(guó)丙卷)如圖，玻璃球冠的折射率為，其底面鍍銀，底面的半徑是球半徑的倍；在過(guò)球心O且垂直于底面的平面(紙面)內(nèi)，有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點(diǎn)，該光線的延長(zhǎng)線恰好過(guò)底面邊緣上的A點(diǎn)，求該光線從球面射出的方向相對(duì)于其初始入射方向的偏角。解析設(shè)球半徑為R，球冠底面中心為O，連接OO，則OOAB。令OAO，有cos 即30由題意知MAAB所以O(shè)AM60設(shè)圖中N點(diǎn)為光線在球冠內(nèi)底面上的反射點(diǎn)，則光線的光路圖如圖所示。設(shè)光線在M點(diǎn)的入射角為i，折射角為r，在N點(diǎn)的入射角為i，反射角為i，玻璃的折射率為n。由于OAM為等邊三角形，有i60由折射定律有sin insin r代入題給條件n得r30作底面在N點(diǎn)的法線NE，由NEAM，有i30根據(jù)反射定律，有i30連接ON，由幾何關(guān)系知MANMON，故有MNO60由式得ENO30于是ENO為反射角，ON為反射光線。這一反射光線經(jīng)球面再次折射后不改變方向。所以，射出玻璃球冠的光線相對(duì)于入射光線的偏角為180ENO150。答案150應(yīng)用折射定律解題的思路(1)畫(huà)出比較準(zhǔn)確的光路圖，分析邊界光線或臨界光線，用光發(fā)生全反射的條件來(lái)判斷光是否已經(jīng)發(fā)生全反射，確定入射角及相對(duì)應(yīng)的折射角(注意它們是光線與法線的夾角，不是與界面的夾角)；(2)利用幾何關(guān)系和光的折射定律求解。 一般來(lái)說(shuō)，若入射角與折射角不是特殊角，需要通過(guò)對(duì)稱性、相似性等幾何關(guān)系求出入射角與折射角的正弦值或正弦值的比值來(lái)分析解答。集訓(xùn)沖關(guān)1.(xx貴州六校聯(lián)考)如圖所示，實(shí)線為空氣和水的分界面，一束藍(lán)光從空氣中的A點(diǎn)沿AO1方向(O1點(diǎn)在分界面上，圖中O1點(diǎn)和入射光線都未畫(huà)出)射向水中，折射后通過(guò)水中的B點(diǎn)。圖中O點(diǎn)為A、B連線與分界面的交點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的是()AO1點(diǎn)在O點(diǎn)的右側(cè)B藍(lán)光從空氣中射入水中時(shí)，速度變小C若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，則折射光線有可能通過(guò)B點(diǎn)正下方的C點(diǎn)D若沿AO1方向射向水中的是一束紅光，則折射光線有可能通過(guò)B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)E若藍(lán)光沿AO方向射向水中，則折射光線有可能通過(guò)B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)解析：選BCD據(jù)折射定律，知光由空氣斜射入水中時(shí)入射角大于折射角，則畫(huà)出光路圖如圖所示，知O1點(diǎn)應(yīng)在O點(diǎn)的左側(cè)，故A錯(cuò)誤；光從光疏介質(zhì)(空氣)進(jìn)入光密介質(zhì)(水)中時(shí)，速度變小，故B正確；紫光的折射率大于藍(lán)光，所以折射角要小于藍(lán)光的，則可能通過(guò)B點(diǎn)下方的C點(diǎn)，故C正確；若是紅光，折射率小于藍(lán)光，折射角大于藍(lán)光的，則可能通過(guò)B點(diǎn)上方的D點(diǎn)，故D正確；若藍(lán)光沿AO方向射入，據(jù)折射定律，知折射光線不能通過(guò)B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)，故E錯(cuò)誤。2(xx江蘇高考)人造樹(shù)脂是常用的眼鏡鏡片材料。如圖所示，光線射在一人造樹(shù)脂立方體上，經(jīng)折射后，射在桌面上的P點(diǎn)。已知光線的入射角為30，OA5 cm，AB20 cm，BP12 cm，求該人造樹(shù)脂材料的折射率n。解析：設(shè)折射角為，由折射定律知：n由幾何關(guān)系知：sin 且OP代入數(shù)據(jù)得n1.5。答案：(或n1.5)提能點(diǎn)(二)光的全反射及應(yīng)用考法1臨界角的分析例1如圖所示，光屏PQ的上方有一半圓形玻璃磚，其直徑AB與水平面成30角。(1)若讓一束單色光沿半徑方向豎直向下射向圓心O，由AB面折射后射出，當(dāng)光點(diǎn)落在光屏上時(shí)，繞O點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)整入射光與豎直方向的夾角，該角多大時(shí)，光在光屏PQ上的落點(diǎn)距O點(diǎn)最遠(yuǎn)？(已知玻璃磚對(duì)該光的折射率為n)(2)若讓一束白光沿半徑方向豎直向下射向圓心O，經(jīng)玻璃磚后射到光屏上形成完整彩色光帶，則光帶的最右側(cè)是什么顏色的光？若使光線繞圓心O逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，什么顏色的光最先消失？解析(1)如圖所示，在O點(diǎn)剛好發(fā)生全反射時(shí)，光在光屏PQ上的落點(diǎn)距O點(diǎn)最遠(yuǎn)，且此時(shí)sin C解得C45入射光與豎直方向的夾角為C3015。(2)由于介質(zhì)中紫光的折射率最大，所以位于光帶的最右側(cè)。若使光線繞圓心O逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，入射角增大，由于紫光的臨界角最小，所以紫光最先消失。答案(1)15(2)紫光紫光考法2全反射的應(yīng)用例2如圖所示為一光導(dǎo)纖維(可簡(jiǎn)化為一長(zhǎng)玻璃絲)的示意圖，玻璃絲長(zhǎng)為L(zhǎng)，折射率為n，AB代表端面。已知光在真空中的傳播速度為c。(1)為使光線能從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣妫蠊饩€在端面AB上的入射角應(yīng)滿足的條件；(2)求光線從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣嫠璧淖铋L(zhǎng)時(shí)間。解析(1)設(shè)光線在端面AB上C點(diǎn)入射，入射角為i，折射角為r，如圖所示，由折射定律有sin insin r設(shè)該光線射向玻璃絲內(nèi)壁D點(diǎn)的入射角為，為了使該光線可在此光導(dǎo)纖維中傳播，應(yīng)有式中，是光線在玻璃絲內(nèi)發(fā)生全反射時(shí)的臨界角，它滿足nsin 1由幾何關(guān)系得r90由式得sin i。(2)光在玻璃絲中傳播速度的大小v光速在玻璃絲軸線方向的分量vzvsin 光線從玻璃絲端面AB傳播到其另一端面所需時(shí)間T光線在玻璃絲中傳播，在剛好發(fā)生全反射時(shí)，光線從端面AB傳播到其另一端面所需的時(shí)間最長(zhǎng)，由式得Tmax。答案