高考物理二轮练习专项五机械振动机械波和光.docx
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高考物理二轮练习专项五机械振动机械波和光
高考物理二轮练习专项五机械振动、机械波和光
系统知识
明晰备考
考什么
本专题考查的要紧内容有：
振动图象和波动图象，机械振动和机械波的周期性，波长、波速和频率的关系，光的折射和全反射，光的干涉、衍射等。
如何考
本专题考点要紧集中在振动图象和波动图象的理解与应用，波长、波速和周期（频率）的关系，光的折射和全反射以及光的干涉、衍射等知识点上，题型以选择题和实验题为主，难度中等。
如何办
复习时要抓住主干知识，重点关注Ⅱ级要求知识点，同时要注重单摆实验、测定折射率实验和测光的波长实验的复习。
简谐运动图象与波的图象的应用
（2018·福建高考）一列简谐横波沿x轴传播，t＝0时刻的波形如图5－1甲所示，如今质点P正沿y轴负方向运动，其振动图象如图乙所示，那么该波的传播方向和波速分别是（）
图5－1
A、沿x轴负方向，60m/s
B、沿x轴正方向，60m/s
C、沿x轴负方向，30m/s
D、沿x轴正方向，30m/s
解答此题时应注意以下两点：
（1）质点振动方向与波的传播方向的互判方法。
（2）从波动图象上读出波长，从振动图象上读出周期。
由题图甲可知，波长λ＝24m，由题图乙可知周期T＝0.4s。
依照v＝可求得v＝60m/s，故C、D项错误。
依照“同侧法”可判断出波的传播方向沿x轴负方向，故A项正确，B项错误。
A
【一】基础知识要记牢
1、对波长、波速及频率的理解
（1）波长λ：
反映了波动在空间上的周期性，即沿波的传播方向相隔nλ（n＝1,2,3，…）的两质点的振动情况（位移、速度、加速度）完全相同。
（2）波速：
在同一种均匀介质中同一类机械波波速是一恒量，它只与介质有关，与波的频率无关。
但电磁波的波速既与介质有关，还与频率有关。
（3）频率：
波的频率，即波源振动的频率，只与波源有关，与介质无关。
（4）波速与波长、频率的关系：
v＝λf。
2、振动图象和波动图象对比
振动图象
波动图象
横坐标
时间
质点的平衡位置
研究对象
一个质点
介质中的各个质点
研究内容
一个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情况
图象可提供的物理信息
（1）振幅、周期
（2）任意时刻的位移；加速度和振动的方向
（1）振幅、波长
（2）某时刻各质点的位移、加速度
（3）各质点的振动方向可研究波的传播方向；反之亦然
物理意义
表示一个振动质点在各时刻的位移
表示某时刻所有质点对各自平衡位置的位移
形象比喻
一个人独舞的录像
集体舞的剧照
图象变化
随着时间的推移，图象逐渐连续，但已有的形状可不能改变
随着时间的推移，图象沿着波的传播方向匀速平移
【二】方法技巧要用好
波的传播方向与质点振动方向的互判方法
（1）“上下坡”法：
沿波的传播速度的正方向看，“上坡”的点向下振动，“下坡”的点向上振动，简称“上坡下，下坡上”。
（如图5－2甲所示）
图5－2
（2）同侧法：
在波的图象上的某一点，沿纵轴方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿x轴方向画个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧。
（如图5－2乙所示）
【三】易错易混要明了
波速与振速不同。
波源的振动形式、振动能量由近及远的传播速度即波速。
v＝＝，在同一种均匀介质中波动的传播是匀速的，波动中的各质点都在平衡位置附近做周期性振动，是变加速运动。
波的多解问题
一列简谐横波沿直线由A向B传播，A、B相距0.45m，如图5－3所示是A处质点的振动图象。
当A处质点运动到波峰位置时，B处质点刚好到达平衡位置且向y轴正方向运动，那么这列波的波速可能是（）
图5－3
A、4.5m/sB、3.0m/s
C、1.5m/sD、0.7m/s
波是由A向B传播的，而且在A到达波峰的时刻，B处于平衡位置且向上运动，那么A、B相距l＝nλ＋λ，因此λ＝，依照v＝＝＝。
当n＝0时，v＝4.5m/s；当n＝1时，v＝0.9m/s；当n＝2时，v＝0.5m/s等。
正确答案为A。
A
【一】基础知识要记牢
波动问题出现多解的缘故要紧是：
1、波动的周期性
（1）t时刻开始通过周期整数倍的时间，各质点的振动情况（位移、速度、加速度等）与它在t时刻的振动情况完全相同。
（2）在波的传播方向上相距波长整数倍的质点，振动情况也相同，因此波的传播距离、时间等物理量出现了周期性的变化。
2、波传播的双向性
当机械波沿x轴方向传播时，机械波既能够沿x轴正向传播，也能够沿x轴负方向传播，导致多解。
【二】方法技巧要用好
求解波动图象与振动图象综合类问题可采纳“一分、一看、二找”的方法：
（1）分清振动图象与波动图象。
此问题最简单，只要看清横坐标即可，横坐标为x那么为波动图象，横坐标为t那么为振动图象。
（2）看清横、纵坐标的单位。
尤其要注意单位前的数量级。
（3）找准波动图象对应的时刻。
（4）找准振动图象对应的质点。
光的折射和全反射
（2018·新课标全国卷）一玻璃立方体中心有一点状光源。
今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只通过一次折射不能透出立方体，该玻璃的折射率为，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值。
（1）中心点光源发出的光在立方体表面上，发生全反射时入射角应满足什么条件？
临界角如何求？
请写出表达式。
（2）立方体的每个侧面上能射出光线的部分，其形状有什么特点？
请求出其面积。
（3）请表示出镀膜的总面积和立方体的表面积。
设立方体的边长为a，光在界面上发生全反射的临界角为C，那么sinC＝，可得C＝45°。
设A点为上表面上面积最小的不透明薄膜边缘上的一点，在A点刚好发生全反射，那么上表面上膜的形状为以R为半径的一个圆，且R＝，
因此膜的总面积S′＝6πR2
立方体的表面积S＝6a2，
故＝＝。
【一】基础知识要记牢
1、折射率公式
（1）n＝
（2）n＝
（3）n＝
2、临界角公式：
sinC＝
3、光的色散
白光通过三棱镜后发生色散现象，说明白光是复色光，是由七种单色光组成的。
七种单色光
红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
频率
折射率
在同种介质中的传播速度
临界角（介质→空气）
波长（同一介质中）
【二】方法技巧要用好
（1）在解决光的折射问题时，应依照题意分析光路，即画出光路图，找出入射角和折射角，然后应用公式来求解，找出临界光线往往是解题的关键。
（2）分析全反射问题时，先确定光是否由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于临界角，假设不符合全反射的条件，那么再由折射定律和反射定律确定光的传播情况。
（3）在处理光的折射和全反射类型的题目时，依照折射定律及全反射的条件准确作出几何光路图是基础，利用几何关系、折射定律是关键。
光的波动性问题
如图5－4所示，容器中盛有水，PM为水面，从A点发出一束白光，射到水面上的O点后，折射光发生了色散照到器壁上a、b之间，对应a、b两种颜色的单色光，那么（）
A、由A到O，a光的传播时间等于b光的传播时间
B、假设发光点A不变而入射点O向左移，那么b光可能发生全反射
C、a光和b光分别通过同一单狭缝，a光在屏上产生的中心亮条纹比b光窄图5－4
D、用a光和b光分别在同一套双缝干涉实验装置上做实验，a光的条纹间距较宽
解答此题时应注意以下两点：
（1）相邻两亮条纹间距与波长的关系。
（2）同种介质中折射率与光频率的关系。
从图中能够看出，从水中以相同的入射角射向空气时，a光的折射角小于b光的折射角，由n＝得nb>na，那么频率fb>fa，波长λb<λa。
在水中va>vb，在水中从A到O，taD
【一】基础知识要记牢
1、光的干涉
光干涉的条件是有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。
（1）双缝干涉：
双缝作用：
将一束光分为两束，获得相干光源。
相邻亮条纹（或暗条纹）间距：
Δx＝λ。
（2）薄膜干涉：
由薄膜的前后表面反射的光叠加，形成彼此平行的明暗相间条纹。
假设白光入射，得到平行的彩色条纹。
应用：
增透膜、增反膜、检查平面的平坦程度等。
2、光的衍射
（1）各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。
发生明显衍射的条件是：
障碍物（或孔）的尺寸能够跟波长相比，甚至比波长还小。
（2）在发生明显衍射的条件下，当窄缝变窄时，亮斑的范围变大，条纹间距离变大，而亮度变暗。
3、光的偏振
在与光波传播方向垂直的平面内，光振动沿各个方向均匀分布的光称为自然光，光振动沿着特定方向的光即为偏振光。
偏振现象是横波特有的现象，因此光的偏振现象说明光波为横波。
【二】方法技巧要用好
（1）白光发生光的干涉、衍射和光的色散时都可出现彩色条纹，但出现彩色条纹的本质不相同，干涉和衍射是光的波长不同引起的干涉条纹间距，衍射明显程度不同的缘故，而光的色散是在同一种介质中波速不同折射率不同造成的。
（2）区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分。
【三】易错易混要明了
（1）观看薄膜干涉条纹应在光源同侧观看。
（2）增透膜最小厚度为光在介质中波长的四分之一。
1、（2018·浙江高考）用手握住较长软绳的一端连续上下抖动，形成一列简谐横波。
某一时刻的波形如图5－5所示。
绳上a、b两质点均处于波峰位置。
以下说法正确的选项是（）
A、a、b两点之间的距离为半个波长图5－5
B、a、b两点振动开始时刻相差半个周期
C、b点完成全振动次数比a点多一次
D、b点完成全振动次数比a点少一次
解析：
选D由题图知a、b两点之间的距离为一个波长，a、b两点振动开始时刻相差一个周期，知选项A、B错误；由波是向右传播的，知选项C错误，D正确。
2、（2018·福建高三仿真模拟）如图5－6所示，横截面为等腰三角形的两个玻璃三棱镜，它们的顶角分别为α、β，且α<β。
a、b两细束单色光分别以垂直于三棱镜的一个腰的方向射入，从另一个腰射出，射出的光线与入射光线的偏折角均为θ。
那么ab两种单色光的频率f1、f2间的关系是（）
图5－6
A、f1＝f2B、f1>f2
C、f1解析：
选B由图可知：
关于a光na＝＝＝cosθ＋cotαsinθ
同理关于b光nb＝＝＝cosθ＋cotβsinθ
由于α<β，因此na>nb，f1>f2，B项正确。
3、（2018·安徽高考）一列简谐波沿x轴正方向传播，在t＝0时波形如图5－7所示，波的速度为10m/s。
那么t＝0.1s时波向前传播了个波长，故正确的波形应是图5－8中的（）图5－7
图5－8
解析：
选C波速为10m/s，由图象可知波长为4m，那么周期为0.4s当t＝0.1s，波向前传播了个波长，故正确的波形应是C。
4、（2018·北京海淀模拟）一列简谐横波，在t＝5.0s时的波形如图5－9甲所示，图乙是这列波中质点P的振动图线，那么该波的传播速度和传播方向是（）
图5－9
A、v＝0.25m/s，向右传播B、v＝0.50m/s，向右传播
C、v＝0.25m/s，向左传播D、v＝0.50m/s，向左传播
解析：
选B由题图乙可知，T＝2s，t＝5.0s时P点经平衡位置向下振动，对应甲图可知，波向右传播，而λ＝1.00m，故v＝＝0.50m/s，B正确。
5、2017年诺贝尔物理学奖授予科学家高锟以及威
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