高考物理復(fù)習(xí)專題七選考模塊第2講機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波光電磁波市賽課公開課一等獎(jiǎng)省名師獲獎(jiǎng)?wù)n件

第2講機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波光電磁波1/70網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建1.機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波2/702.光電磁波3/701.分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)技巧 (1)物理量改變分析：以位移為橋梁，位移增大時(shí)，振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)回復(fù)力、加速度、勢(shì)能均增大，速度、動(dòng)能均減??；反之，則產(chǎn)生相反改變。 (2)矢量方向分析：矢量均在其值為零時(shí)改變方向。2.波傳輸方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向判斷方法 (1)“上下坡”法：沿波傳輸方向，“上坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng)，“下坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng)。 (2)“同側(cè)”法：波形圖上某點(diǎn)表示傳輸方向和振動(dòng)方向箭頭在圖線同側(cè)。 (3)“微平移”法：將波形沿傳輸方向進(jìn)行微小平移，再經(jīng)過因波形平移引發(fā)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向來確定。[規(guī)律方法]4/703.幾何光學(xué)臨界問題分析

畫出正確光路圖，從圖中找出各種幾何關(guān)系；利用好光路圖中臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射臨界條件。4.數(shù)學(xué)知識(shí) (1)平行線、三角形、圓等相關(guān)幾何定理。 (2)三角函數(shù)知識(shí)。 (3)相同三角形性質(zhì)。 (4)勾股定理。 (5)正弦、余弦定理。5.數(shù)理轉(zhuǎn)化

幾何光學(xué)求解通常要畫出臨界光線與邊界光線，用相關(guān)幾何知識(shí)與數(shù)學(xué)方法進(jìn)行求解。

5/70【典例1】

(·全國卷Ⅱ，34)(1)(5分)聲波在空氣中傳輸速度為340m/s，在鋼鐵中傳輸速度為4900m/s。一平直橋由鋼鐵制成，某同學(xué)用錘子敲擊一下橋一端發(fā)出聲音，分別經(jīng)空氣和橋傳到另一端時(shí)間之差為1.00s。橋長度為________m。若該聲波在空氣中波長為λ，則它在鋼鐵中波長為λ________倍。振動(dòng)(或波動(dòng))與光折射、全反射組合

6/70(2)(10分)如圖1，△ABC是一直角三棱鏡橫截面，∠A＝90°，∠B＝60°。一細(xì)光束從BC邊D點(diǎn)折射后，射到AC邊E點(diǎn)，發(fā)生全反射后經(jīng)AB邊F點(diǎn)射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG中點(diǎn)。不計(jì)屢次反射。

圖1(ⅰ)求出射光相對(duì)于D點(diǎn)入射光偏角；(ⅱ)為實(shí)現(xiàn)上述光路，棱鏡折射率取值應(yīng)在什么范圍？7/70(2)(ⅰ)光線在BC面上折射，由折射定律有sini1＝nsinr1①8/70式中，n為棱鏡折射率，i1和r1分別是該光線在BC面上入射角和折射角。光線在AC面上發(fā)生全反射，由反射定律有i2＝r2②式中i2和r2分別是該光線在AC面上入射角和反射角。光線在AB面上發(fā)生折射，由折射定律有nsini3＝sinr3③式中i3和r3分別是該光線在AB面上入射角和折射角。由幾何關(guān)系得i2＝r2＝60°，r1＝i3＝30°④F點(diǎn)出射光相對(duì)于D點(diǎn)入射光偏角為δ＝(r1－i1)＋(180°－i2－r2)＋(r3－i3)⑤由①②③④⑤式得δ＝60°⑥9/70(ⅱ)光線在AC面上發(fā)生全反射，光線在AB面上不發(fā)生全反射，有nsini2≥nsinC>nsini3⑦式中C是全反射臨界角，滿足nsinC＝1⑧10/70【典例2】

(·全國卷Ⅲ，34)(1)(5分)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳輸，在t＝0和t＝0.20s時(shí)波形分別如圖2中實(shí)線和虛線所表示。已知該波周期T>0.20s。以下說法正確是________。(填正確答案標(biāo)號(hào)。選對(duì)1個(gè)得2分，選對(duì)2個(gè)得4分，選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分)圖211/70A.波速為0.40m/sB.波長為0.08mC.x＝0.08m質(zhì)點(diǎn)在t＝0.70s時(shí)位于波谷D.x＝0.08m質(zhì)點(diǎn)在t＝0.12s時(shí)位于波谷E.若此波傳入另一介質(zhì)中其波速變?yōu)?.80m/s，則它在該介質(zhì)中波長為0.32m12/70(2)(10分)如圖3，某同學(xué)在一張水平放置白紙上畫了一個(gè)小標(biāo)識(shí)“·”(圖中O點(diǎn))，然后用橫截面為等邊三角形ABC三棱鏡壓在這個(gè)標(biāo)識(shí)上，小標(biāo)識(shí)位于AC邊上。D位于AB邊上，過D點(diǎn)做AC邊垂線交AC于F。該同學(xué)在D點(diǎn)正上方向下順著直線DF方向觀察，恰好能夠看到小標(biāo)識(shí)像；過O點(diǎn)做AB邊垂線交直線DF于E；DE＝2cm，EF＝1cm。求三棱鏡折射率。(不考慮光線在三棱鏡中反射)圖313/7014/70(2)過D點(diǎn)作AB邊法線NN′，連接OD，則∠ODN＝α為O點(diǎn)發(fā)出光線在D點(diǎn)入射角；設(shè)該光線在D點(diǎn)折射角為β，如圖所表示。

依據(jù)折射定律有nsinα＝sinβ①式中n為三棱鏡折射率。由幾何關(guān)系可知β＝60°②15/70∠EOF＝30°③在△OEF中有EF＝OEsin∠EOF④由③④式和題給條件得OE＝2cm⑤依據(jù)題給條件可知，△OED為等腰三角形，有α＝30°⑥16/701.(1)(5分)波源S在t＝0時(shí)刻從平衡位置開始向上振動(dòng)，形成向左、右兩側(cè)傳輸簡(jiǎn)諧橫波。S、a、b、c和a′、b′、c′是沿波傳輸方向上間距為1m6個(gè)質(zhì)點(diǎn)，t＝0時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)均處于平衡位置，如圖4所表示。已知波傳輸速度為8m/s，當(dāng)t＝0.125s時(shí)波源S第一次達(dá)最高點(diǎn)，則________(填正確答案標(biāo)號(hào)。選對(duì)1個(gè)得2分，選對(duì)2個(gè)得4分，選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分)。

圖417/70A.任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)c與質(zhì)點(diǎn)c′振動(dòng)狀態(tài)完全相同B.t＝0.28s時(shí)質(zhì)點(diǎn)a速度正在減小C.t＝2.375s時(shí)質(zhì)點(diǎn)b′處于波谷D.波傳到c點(diǎn)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)c開始向上振動(dòng)E.若波源S向距它40m接收器勻速靠近，接收器接收到頻率將大于2Hz18/70圖519/7020/70(2)(ⅰ)延長ab，過P作ab垂線交于c，連接PS1與液面交點(diǎn)為O，設(shè)折射角為i1，入射角為i2，21/7022/702.(1)(5分)在做“用單擺測(cè)定重力加速度”試驗(yàn)中，以下說法正確是________。(填正確答案標(biāo)號(hào)。選對(duì)1個(gè)得2分，選對(duì)2個(gè)得4分，選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分)圖623/70A.用擺線長作為擺長，測(cè)出重力加速度值會(huì)偏小B.在同質(zhì)量鋁球和銅球中選擇，應(yīng)選擇鋁球作為擺球C.取單擺擺角小于5°進(jìn)行試驗(yàn)，是為了減小試驗(yàn)偶然誤差D.擺球運(yùn)動(dòng)經(jīng)過平衡位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，用機(jī)械秒表測(cè)得經(jīng)過40個(gè)周期時(shí)間如圖6所表示，則此單擺周期為1.81sE.測(cè)量單擺振動(dòng)40個(gè)周期時(shí)間除以40算出周期與直接測(cè)量振動(dòng)1個(gè)周期時(shí)間相比，是為了減小試驗(yàn)偶然誤差24/70圖725/7026/70(2)(ⅰ)光線在介質(zhì)中光路圖如圖所表示，27/7028/703.(1)(5分)如圖8所表示，一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳輸，t＝0時(shí)波形如圖所表示，此時(shí)波剛好傳到x＝5m處P點(diǎn)。t＝1.2s時(shí)x＝6m處Q點(diǎn)第一次有沿y軸正方向最大速度。則以下說法正確是________(填正確答案標(biāo)號(hào)。選對(duì)1個(gè)得2分，選對(duì)2個(gè)得4分，選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分)。

圖829/7030/70圖931/70(ⅰ)紅光從哪些面射出？射出光線在光屏上能接收到嗎？假如能接收到，紅光射到屏上位置距A點(diǎn)距離是多少？(ⅱ)假如光屏能接收到紅光，求紅光從射入該材料磚到光屏接收到紅光時(shí)間。32/7033/70(2)(ⅰ)如圖所表示，光射向半圓形玻璃磚圓心O時(shí)在半圓內(nèi)不改變傳輸方向，射到AC邊時(shí)入射角是30°34/70說明全反射臨界角大于30°，由此可知紅光在AC面發(fā)生反射和折射，由幾何關(guān)系可知反射光線垂直BA邊射出，與光屏無交點(diǎn)。35/7036/70光折射和全反射題型分析思緒(1)確定要研究光線，有時(shí)需依據(jù)題意，分析、尋找臨界光線、邊界光線為研究對(duì)象。(2)找入射點(diǎn)，確認(rèn)界面，并畫出法線。(3)明確兩介質(zhì)折射率大小關(guān)系。①若光疏→光密：定有反射、折射光線。②若光密→光疏：假如入射角大于或等于臨界角，一定發(fā)生全反射。(4)依據(jù)反射定律、折射定律列出關(guān)系式，結(jié)合幾何關(guān)系，聯(lián)立求解。充分考慮三角形、圓特點(diǎn)，利用幾何圖形中邊角關(guān)系、三角函數(shù)、相同形、全等形等，仔細(xì)分析光傳輸過程中產(chǎn)生幾何關(guān)系。37/70【典例】

(·全國卷Ⅰ，34)(1)(5分)如圖10，△ABC為一玻璃三棱鏡橫截面，∠A＝30°。一束紅光垂直AB邊射入，從AC邊上D點(diǎn)射出，其折射角為60°，則玻璃對(duì)紅光折射率為________。若改用藍(lán)光沿同一路徑入射，則光線在D點(diǎn)射出時(shí)折射角________(填“小于”“等于”或“大于”)60°。光學(xué)基本知識(shí)與波動(dòng)(或振動(dòng))組合

圖1038/70圖11(ⅰ)波速及波傳輸方向；(ⅱ)質(zhì)點(diǎn)Q平衡位置x坐標(biāo)。39/7040/7041/701.(1)(5分)如圖12所表示，一束復(fù)色光射到三棱鏡上，從三棱鏡另一面射出兩單色光A、B，兩種色光中折射率較小是________；假如增大入射角，則先發(fā)生全反射是________；假如A、B兩種光使用同一裝置做雙縫干涉試驗(yàn)，條紋間距較大是________。

圖1242/70(2)(10分)一列簡(jiǎn)諧波沿x軸正方向傳輸，該波在t＝1.0s時(shí)圖象如圖13甲所表示，介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)P振動(dòng)圖象如圖乙所表示。求：

圖13(ⅰ)該列簡(jiǎn)諧波波速v；(ⅱ)在0～10s時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)M旅程s和位移。43/7044/7045/702.(1)(5分)圖示14為“用雙縫干涉測(cè)光波長”試驗(yàn)裝置，從左到右依次放置①光源、②紅色濾光片、③、④、⑤遮光筒、⑥光屏。以下說法正確是________。(填正確答案標(biāo)號(hào)。選對(duì)1個(gè)得2分，選對(duì)2個(gè)得4分，選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分)圖1446/7047/70(2)(10分)在圖15甲中，輕彈簧上端固定，下端系一質(zhì)量為m＝0.2kg小球，現(xiàn)讓小球在豎直方向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，小球從最高點(diǎn)釋放時(shí)開始計(jì)時(shí)，小球相對(duì)平衡位置位移y隨時(shí)間t按正弦規(guī)律改變，如圖乙所表示。取g＝10m/s2。

圖15(ⅰ)寫出小球相對(duì)平衡位置位移y表示式；(ⅱ)求0～9.2s內(nèi)小球總旅程s，并指出t＝9.2s時(shí)小球位置。48/7049/70(2)(ⅰ)由題圖乙可知，周期T＝0.8s振幅A＝0.1m50/703.(1)(5分)如圖16所表示，等邊三角形AOB為透明柱狀介質(zhì)橫截面。一束單色光PQ平行于角平分線OM射向OA，在界面OA發(fā)生折射，折射光線平行于OB且恰好射到M點(diǎn)(不考慮反射光線)。則________(填正確答案標(biāo)號(hào)。選對(duì)1個(gè)得2分，選對(duì)2個(gè)得4分，選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分)圖1651/7052/70(2)(10分)如圖17所表示，虛線是一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝0時(shí)刻波形，實(shí)線是這列波在t＝1s時(shí)刻波形。

圖17(ⅰ)若波沿x軸正方向傳輸，則從t＝1s時(shí)刻開始，x＝3m處質(zhì)點(diǎn)第一次回到平衡位置需要時(shí)間最長為多少？(ⅱ)若波速大小為75m/s，則波傳輸方向怎樣？53/7054/70(2)(ⅰ)由圖象可知，波長λ＝8m當(dāng)波沿x軸正方向傳輸時(shí)，波在Δt＝1s內(nèi)傳輸距離為55/70(ⅱ)當(dāng)波沿x軸負(fù)方向傳輸時(shí)，波在Δt＝1s內(nèi)傳輸距離為s＝(8n＋3)m，其中n＝0，1，2，…若波速大小為75m/s，則1s內(nèi)波傳輸距離s＝vt＝75×1m＝75m因?yàn)閟＝75m＝(9×8＋3)m，所以波沿x軸負(fù)方向傳輸。

答案(1)ABD

(2)(ⅰ)0.2s

(ⅱ)x軸負(fù)方向56/701.巧解波動(dòng)圖象與振動(dòng)圖象綜合問題基本方法

采取“一分、一看、二找”方法：

57/702.波多解問題分析思緒58/70【典例】(1)(5分)關(guān)于電磁波，以下說法正確是________。(填正確答案標(biāo)號(hào)。選對(duì)1個(gè)得2分，選對(duì)2個(gè)得4分，選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分) A.電磁波有偏振現(xiàn)象 B.電磁波是一個(gè)縱波，是麥克斯韋發(fā)覺 C.電磁波由空氣進(jìn)入水中時(shí)，波速變小，波長變短 D.采取閉合電路，才能使振蕩電路有效地向空間輻射電磁波 E.在場(chǎng)強(qiáng)E＝200sin106t(N/C)電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生磁場(chǎng)，并能向遠(yuǎn)處傳輸形成電磁波

電磁波、相對(duì)論與光學(xué)或機(jī)械波組合

59/70(2)(10分)某同學(xué)用激光筆做測(cè)定某透明體折射率試驗(yàn)，透明體截面如圖18所表示直角三角形，∠B＝60°，BC＝6cm。他先將激光筆發(fā)出光線PQ一直對(duì)準(zhǔn)AC邊上Q點(diǎn)，讓PQ與QA夾角從90°遲緩減小，同時(shí)在AB邊左側(cè)觀察，當(dāng)PQ與QA夾角為θ時(shí)，剛好看不到出射光線，此時(shí)光線從BC邊中點(diǎn)N射出，射出光線剛好與BC垂直。已知光在真空中傳輸速度c＝3.0×108m/s。求：

(ⅰ)透明體折射率n和cosθ值；(ⅱ)光在透明體中傳輸時(shí)間t。圖1860/70解析(1)電磁波是麥克斯韋預(yù)言，赫茲用試驗(yàn)證實(shí)了電磁波存在，電磁波是橫波，橫波有偏振現(xiàn)象，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；電磁波由空氣進(jìn)入水中時(shí)，頻率f不變，波速v變小，由v＝λf得，波長λ變短，選項(xiàng)C正確；采取開放電路，才能使振蕩電路有效地向空間輻射電磁波，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；場(chǎng)強(qiáng)E＝200sin106t(N/C)，即該電場(chǎng)是周期性改變電場(chǎng)，周圍一定會(huì)產(chǎn)生同頻率周期性改變磁場(chǎng)，并能向遠(yuǎn)處傳輸形成電磁波，選項(xiàng)E正確。

61/70由幾何關(guān)系知α＝∠B＝60°62/7063/7064/70(1)(5分)以下說法正確是________。(填正確答案標(biāo)號(hào)。選對(duì)1個(gè)得2分，選對(duì)2個(gè)得4分，選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分)A.在真空中