高三物理二輪練習(xí)資料專項(xiàng)6第1講振動(dòng)與波、光學(xué)

1、高三物理二輪練習(xí)資料專項(xiàng)6第1講振動(dòng)與波、光學(xué)(一)振動(dòng)與波、光學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)考點(diǎn)預(yù)測(cè)波速及其相互關(guān)系，特別是波的圖象與振動(dòng)圖象的關(guān)系，一般以選擇題的形式出現(xiàn)，試題信息量大、綜合性強(qiáng)，一道題往往考查多個(gè)概念和規(guī)律其中波的圖象，可以綜合考查對(duì)波的理解能力、推理能力和空間想象能力高考對(duì)光學(xué)部分的考查主要有：光的折射現(xiàn)象，全反射；光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象；平面鏡成像的作圖方法；雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)定光的波長；光電效應(yīng)現(xiàn)象要點(diǎn)歸納一、振動(dòng)與波單擺(1)特點(diǎn)：單擺是理想模型；單擺的回復(fù)力由重力沿圓弧方向的分力提供，當(dāng)最大擺角10時(shí)，單擺的振動(dòng)可看做簡諧運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)周期T2(2)應(yīng)用：計(jì)時(shí)器；測(cè)定重力加速度g，g二

2、、振動(dòng)圖象與波動(dòng)圖象的區(qū)別與聯(lián)系振動(dòng)圖象波動(dòng)圖象圖象研究對(duì)象一個(gè)質(zhì)點(diǎn)所有質(zhì)點(diǎn)物理意義橫軸上各點(diǎn)表示各個(gè)時(shí)刻，圖象表示一個(gè)質(zhì)點(diǎn)各個(gè)時(shí)刻的位移情況橫軸上各點(diǎn)表示質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，圖象表示某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移情況圖象形成的物理過程相當(dāng)于順序“掃描”的結(jié)果相當(dāng)一次“拍照”的結(jié)果所能提供的信息直接得出振幅、周期直接得出振幅、波長可以算出頻率據(jù)波速、波長和頻率(周期)的關(guān)系求其中一個(gè)量可以判斷出位移、加速度、回復(fù)力間的變化關(guān)系振動(dòng)方向和傳播方向的關(guān)系三、機(jī)械波與電磁波機(jī)械波電磁波對(duì)象研究力學(xué)現(xiàn)象研究電磁現(xiàn)象周期性變化的物理量位移隨時(shí)間和空間做周期性變化電場(chǎng)E和磁場(chǎng)B隨時(shí)間和空間做周期性變化傳播傳播需要介質(zhì)

3、，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)，分橫波和縱波兩種，傳播機(jī)械能傳播不需要介質(zhì)，在真空中波速總是c，在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)系電磁波都是橫波，傳播電磁能特性v，都會(huì)發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效應(yīng)產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生無線電波由振蕩電路產(chǎn)生光也是電磁波的一種，由原子能級(jí)躍遷發(fā)出四、平面鏡成像1平面鏡改變光的傳播方向，而不改變光的性質(zhì)2平面鏡成像的特點(diǎn)：等大、正立、虛像，物、像關(guān)于鏡面對(duì)稱3成像作圖要規(guī)范化射向平面鏡的入射光線和反射光線要用實(shí)線，并且要用箭頭標(biāo)出光的傳播方向反射光線的反向延長線只能用虛線，虛線上不能標(biāo)箭頭鏡中的虛像是物體射到平面鏡上所有光線的反射光線反向延長后

4、相交形成的在成像作圖中，可以只畫兩條光線來確定像點(diǎn)法線既與界面垂直，又是入射光線與反射光線夾角的平分線平面鏡轉(zhuǎn)過一個(gè)微小的角度，法線也隨之轉(zhuǎn)過角度，當(dāng)入射光線的方向不變時(shí)，反射光線則偏轉(zhuǎn)2五、光的折射定律1折射率：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角1的正弦與折射角2的正弦之比為定值n，叫做這種介質(zhì)的折射率，表示為n實(shí)驗(yàn)和研究證明，某種介質(zhì)的折射率等于光在真空中的傳播速度c跟光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n2折射現(xiàn)象中光路是可逆的六、全反射和臨界角1全反射的條件：(1)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；(2)入射角大于或等于臨界角2臨界角：使折射角等于90時(shí)的入射角，某種介質(zhì)的臨界角C用sin

5、C計(jì)算七、用折射定律分析光的色散現(xiàn)象在分析、計(jì)算光的色散時(shí)，要掌握好折射率n的應(yīng)用及有關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，著重理解兩點(diǎn)：光的頻率(顏色)由光源決定，與介質(zhì)無關(guān)；在同一介質(zhì)中，頻率越大的光的折射率越大，再應(yīng)用n等知識(shí)，就能準(zhǔn)確而迅速地判斷有關(guān)色光在介質(zhì)中的傳播速度、波長、入射光線與折射光線的偏折程度等問題八、光的波動(dòng)性1光的干涉(1)干涉條件：兩束光的頻率相同，并有穩(wěn)定的相位差(2)雙縫干涉：兩列光波到達(dá)某點(diǎn)的路程差為波長的整數(shù)倍時(shí)，該處的光互相加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)?shù)竭_(dá)某點(diǎn)的路程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí)，該處的光互相削弱，出現(xiàn)暗條紋相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)的間距x(3)薄膜干涉：從薄膜前后表面反射的兩列波

6、疊加產(chǎn)生的干涉應(yīng)用：檢查平面的平整度、增透膜等2光的衍射發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物的尺寸跟光的波長相近或比光的波長還小光的衍射條紋和干涉條紋不同泊松亮斑是光的衍射引起的3光的電磁說麥克斯韋提出“光是一種電磁波”的假設(shè)，赫茲用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁說的正確性九、光的粒子性1光電效應(yīng)(1)現(xiàn)象：在光的照射下物體發(fā)射電子(光電子)的現(xiàn)象(2)規(guī)律：任何金屬都存在極限頻率，只有用高于極限頻率的光照射金屬時(shí)，才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)在入射光的頻率大于金屬的極限頻率的情況下，從光照射到金屬上到金屬逸出光電子的過程，幾乎是瞬時(shí)的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，與光的強(qiáng)度無關(guān)單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度

7、成正比2光電效應(yīng)方程：mvm2hW3光子說：即空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份的能量等于h(為光子的頻率)，每一份叫做一個(gè)光子4光的波粒二象性：光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)說明光具有粒子性，因此光具有波粒二象性5物質(zhì)波：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體(小到電子大到行星)都有一個(gè)波與它對(duì)應(yīng)，波長(p為物體的動(dòng)量)熱點(diǎn)、重點(diǎn)、難點(diǎn)一、簡諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)問題圖61例1如圖61所示，一個(gè)彈簧振子在光滑水平面上的A、B兩點(diǎn)之間做簡諧運(yùn)動(dòng)當(dāng)振子經(jīng)過最大位移處(B點(diǎn))時(shí)，有塊膠泥落在它的上面，并隨其一起振動(dòng)，那么后來的振動(dòng)與原來相比較()A振幅的大小不變B加速度的最大值不變C速度的最大值變小

8、D彈性勢(shì)能的最大值不變【解析】當(dāng)振子經(jīng)過最大位移處(B點(diǎn))時(shí)，膠泥落在它的上面，在此過程中，膠泥減少的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，振子(含膠泥)在B點(diǎn)的速度仍為零，則其仍以O(shè)點(diǎn)為平衡位置做簡諧運(yùn)動(dòng)，且振幅的大小不變于是，最大回復(fù)力和最大彈性勢(shì)能不變由于質(zhì)量增大，則其最大加速度變小，在平衡位置的速度(即最大速度)變小綜上可知，選項(xiàng)A、C、D正確答案ACD【點(diǎn)評(píng)】解決此題的關(guān)鍵在于正確理解簡諧運(yùn)動(dòng)的特征，了解簡諧運(yùn)動(dòng)中各個(gè)物理量的變化，找到“振幅的大小不變”這一突破口，進(jìn)而分析求解簡諧運(yùn)動(dòng)具有以下規(guī)律在平衡位置：速度最大、動(dòng)能最大、動(dòng)量最大，位移最小、回復(fù)力最小、加速度最小、勢(shì)能最小在位移大小等于振幅

9、處：速度最小、動(dòng)能最小、動(dòng)量最小，位移最大、回復(fù)力最大、加速度最大、勢(shì)能最大振動(dòng)中的位移x都是以平衡位置為起點(diǎn)的，方向從平衡位置指向末位置，大小為這兩位置間的直線距離加速度與回復(fù)力的變化一致，在兩個(gè)“端點(diǎn)”最大，在平衡位置為零，方向總是指向平衡位置二、簡諧運(yùn)動(dòng)的圖象、波的圖象例2一列簡諧橫波以1 m/s的速度沿繩子由A向B傳播，質(zhì)點(diǎn)A、B間的水平距離為3 m，如圖62甲所示若t0時(shí)質(zhì)點(diǎn)A剛從平衡位置開始向上振動(dòng)，其振動(dòng)圖象如圖62 乙所示，則B點(diǎn)的振動(dòng)圖象為圖62丙中的()圖62【解析】由題意知，vT4 m故lAB，經(jīng)過tT3 s時(shí)間B點(diǎn)開始振動(dòng)又由波的傳播特性可知，每點(diǎn)開始振動(dòng)的方向與振源的

10、起振方向相同，故知B點(diǎn)的振動(dòng)圖象為B答案B【點(diǎn)評(píng)】本例雖然只要求B的振動(dòng)圖象，但解析過程必須弄清楚波的傳播過程，可畫出t3 s時(shí)刻以及t3 st時(shí)刻AB方向波的圖象圖62丁所示圖62丁例3兩列振幅、波長均相同的簡諧橫波，以相同的速率沿相反方向在同一介質(zhì)中傳播圖63所示為某一時(shí)刻兩波的波形圖，其中實(shí)線為向右傳播的波，虛線為向左傳播的波，a、b、c、d、e為五個(gè)等距離的質(zhì)點(diǎn)則在兩列波傳播的過程中，以下說法中正確的選項(xiàng)是()圖63A質(zhì)點(diǎn)a、b、c、d、e始終靜止不動(dòng)B質(zhì)點(diǎn)b、d始終靜止不動(dòng)C質(zhì)點(diǎn)a、c、e始終靜止不動(dòng)D質(zhì)點(diǎn)a、c、e以振幅2A做簡諧運(yùn)動(dòng)【解析】由波的疊加原理可知，圖示時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)a、b、

11、c、d、e的位移都為零其中兩列波在a、c、e上引起的振動(dòng)方向相同，在b、d兩點(diǎn)引起的振動(dòng)方向總是相反，故b、d始終靜止不動(dòng)，a、c、e以振幅2A做簡諧運(yùn)動(dòng)答案BD【點(diǎn)評(píng)】兩列波傳播至某點(diǎn)時(shí)，兩列波引起的振動(dòng)“步調(diào)”相同時(shí)，干涉加強(qiáng)；引起的振動(dòng)“步調(diào)”相反時(shí)，干涉減弱，不應(yīng)僅考慮波峰、波谷的相遇振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)與振動(dòng)減弱的點(diǎn)有規(guī)律地相互間隔注：干涉圖樣不是固定不動(dòng)的，加強(qiáng)的點(diǎn)在做更大振幅的振動(dòng)三、平面鏡成像問題例4某物體左右兩側(cè)各有一豎直放置的平面鏡，兩平面鏡相互平行，物體距離左鏡4 m，右鏡8 m，如圖64甲所示物體在左鏡所成的像中從右向左數(shù)的第三個(gè)像與物體的距離是2017年高考全國理綜卷()圖6

12、4甲A24 mB32 mC40 mD48 m【解析】物體在左鏡中所成的各像如圖64乙所示，可知左鏡中從右向左的第三個(gè)像是第一個(gè)像在右鏡中的像再在左鏡中成的像，即看見像時(shí)為光線在左鏡反射一次后在右鏡反射一次再在左鏡反射一次進(jìn)入眼睛，由平面鏡成像的對(duì)稱性可得：d32 m圖64乙答案B【點(diǎn)評(píng)】光線經(jīng)過平面鏡反射進(jìn)入眼睛，眼睛逆著光線確定光源，感覺光是從“虛像”發(fā)出四、光的折射與全反射光學(xué)器材是由透明介質(zhì)制成的，當(dāng)光線從空氣照射到這些透明體的表面時(shí)，折射進(jìn)入透明體，然后再發(fā)生其他的光學(xué)現(xiàn)象解這類問題用到的光學(xué)知識(shí)主要是反射定律、折射定律、全反射知識(shí)和數(shù)學(xué)中的幾何知識(shí)1視深問題例5某水池的實(shí)際深度為h，

13、若某人垂直水面往下看時(shí)，水池的視深為多少？(設(shè)水的折射率為n) 【解析】如下圖，作兩條從水底S發(fā)出的折射光線，一條垂直射出水面，另一條入射角很小(眼睛對(duì)光點(diǎn)的張角很小)，這兩條折射光線反向延長線的交點(diǎn)S 就是看到的S的像在ASO中，tan 在ASO中，tan 則因?yàn)?、很小，所以sin tan ，sin tan 得：hh答案【點(diǎn)評(píng)】此題考查光的折射定律在實(shí)際中的應(yīng)用正確畫出光路圖，并運(yùn)用近似理論是求解此類問題的關(guān)鍵2巧妙運(yùn)用光路圖解題和光學(xué)作圖問題(1)解決幾何光學(xué)的基本方法是：畫出光路圖，理解有關(guān)概念，靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)求解在反射和折射現(xiàn)象中，“光路可逆”是解決較復(fù)雜問題常用的思想方法注意：光路

14、圖的作法必須遵循反射和折射定律(2)由于同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同，導(dǎo)致光的色散現(xiàn)象利用光的折射定律解決的問題主要有“視深”和棱鏡等正確畫出光路圖是求解此類問題的關(guān)鍵(3)作圖法是解決幾何光學(xué)問題的主要方法之一完成光路圖的依據(jù)是光的傳播規(guī)律，作圖時(shí)常常要運(yùn)用逆向思維先由像確定反射光線，再確定入射光線解題中常常要巧用光路可逆規(guī)律分析問題，在實(shí)像的位置換上物點(diǎn)，必定在原來物點(diǎn)處成像，即像、物互換另外，涉及有關(guān)范圍的問題，確定有關(guān)邊界光線是解決問題的關(guān)鍵例6圖65甲所示為一個(gè)儲(chǔ)油圓柱桶，其底面直徑與桶高相等當(dāng)桶中無油時(shí)，貼著桶的上邊緣上的A點(diǎn)恰能看到桶底邊緣上的B處；當(dāng)桶內(nèi)油的深度等于桶高的一半

15、時(shí)，眼所處的位置不變，在桶外沿AB方向看去，恰能看到桶底上的C點(diǎn)，且BC的距離是桶底直徑的四分之一(A、B、C三點(diǎn)在同一豎直平面內(nèi)，且BC在同一條直徑線上)據(jù)此可估算出該油的折射率n和光在這種油中的傳播速度v分別為(已知真空中的光速c3108 m/s)()圖65甲A1.6、1.9108 m/sB2.0、1.6108 m/sC2.2、2.2108 m/sD1.6、1.6108 m/s【解析】當(dāng)油的深度為桶高的一半時(shí)，眼睛看見C點(diǎn)的光路圖如圖65乙所示，可得：圖65乙n1.6又因?yàn)閚可得v1.9108 m/s答案A【點(diǎn)評(píng)】準(zhǔn)確地畫出光路圖是解決幾何光學(xué)問題的關(guān)鍵例7一束單色光斜射到厚平板玻璃的一個(gè)

16、表面上，經(jīng)兩次折射后從玻璃板另一個(gè)表面射出，出射光線相對(duì)于入射光線側(cè)移了一段距離在以下情況下，出射光線側(cè)移距離最大的是2017年高考全國理綜卷()A紅光以30的入射角入射B紅光以45的入射角入射C紫光以30的入射角入射D紫光以45的入射角入射【解析】如下圖，由題意可知，O2A為偏移距離x，有：xsin(ir)n若為同一單色光，即n值相同當(dāng)i增大時(shí)，r也增大，但i比r增大得快，sin(ir)0且增大，0且增大，故A、C選項(xiàng)錯(cuò)誤若入射角相同，則：xdsin i(1)即當(dāng)n增大，x也增大，應(yīng)選項(xiàng)B錯(cuò)誤、D正確答案D【點(diǎn)評(píng)】某束單色光照到介質(zhì)表面，當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也增大，但入射角比折射角增大得快

17、一束復(fù)色光經(jīng)過平板玻璃也會(huì)發(fā)生色散現(xiàn)象，即射出光的邊緣出現(xiàn)彩色，只是當(dāng)玻璃較薄時(shí)這個(gè)現(xiàn)象不太明顯例8一足夠大的水池內(nèi)盛有某種透明液體，液體的深度為H，在水池的底部中央放一點(diǎn)光源，其中一條光線以30的入射角射到液體與空氣的界面上，它的反射光線與折射光線的夾角為105，如圖66甲所示，則可知()圖66甲A液體的折射率為 B液體的折射率為C整個(gè)水池表面都有光射出D液體表面亮斑的面積為H2【解析】由題意知ir18010575r753045故折射率n該液體的臨界角Carcsin45可得液體表面亮斑的半徑如圖66 乙所示，rH圖66乙故亮斑面積為：SH2答案AD【點(diǎn)評(píng)】利用反射定律、折射定律和幾何知識(shí)，解

18、出折射角是解此題的關(guān)鍵五、干涉、衍射與偏振1干涉與衍射的比較光的干涉與衍射現(xiàn)象是光的波動(dòng)性的表現(xiàn)，也是光具有波動(dòng)性的證據(jù)兩者的區(qū)別是：光的干涉現(xiàn)象只有在符合一定條件下才發(fā)生；而光的衍射現(xiàn)象卻總是存在的，只有明顯與不明顯之分光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象在屏上出現(xiàn)的都是明暗相間的條紋，但雙縫干涉時(shí)條紋間隔均勻，從中央到兩側(cè)的明紋亮度不變化；而單縫衍射的條紋間隔不均勻，中央明紋又寬又亮，從中央向兩側(cè)，條紋寬度減小，明紋亮度顯著減弱2光的偏振橫波的振動(dòng)矢量垂直于波的傳播方向振動(dòng)時(shí)，偏于某個(gè)特定方向的現(xiàn)象叫偏振縱波只能沿著波的傳播方向振動(dòng)，所以不可能有偏振，光的偏振現(xiàn)象證明光是橫波光的偏振現(xiàn)象在科技、生活中的應(yīng)用有：照相機(jī)鏡頭上的偏振片、立體電影等例9圖67所示為一豎直的肥皂膜的橫截面，用單色光照射薄膜，在薄膜上產(chǎn)生明暗相間的條紋，以下說法正確的選項(xiàng)是()圖67A薄膜上的干涉條紋是豎直的B薄膜上的干涉條紋是水平的C用