专题13 机械振动和机械波 光高考物理考纲解读及热点难点试题演练.docx

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专题13机械振动和机械波光高考物理考纲解读及热点难点试题演练

（1）机械波的形成和产生、机械波的特点．

（2）简谐运动图象和波的图象及二者的关系．

（3）波速、波长、周期之间的关系：

λ＝vT

（4）光的折射和全反射的理解与应用

（5）光的干涉、衍射及双缝干涉实验．

（6）电磁波的有关性质

【命题趋势】

1．以图象为主，考查简谐运动的特点和波传播的空间关系，题型仍为选择题．

2．以几何光学中的光的折射率和光的全反射为重点进行考查．考查形式有两种：

一种是以常规模型为背景，如平行玻璃板、三棱镜、玻璃砖等；一种是以实际生活材料为情景，考查折射率、全反射等基本规律的应用，题型为选择题或计算题．

3．电磁波部分内容是近几年课标卷的冷考点，今后也应该重视．　　

考点1、机械振动、机械波与光的折射、全反射的组合

1.简谐振动

（1）函数关系：

x＝Asinωt

（2）图象

（3）波速v＝

　v＝

3．光的折射、全反射

（1）折射率n＝

　n＝

（2）全反射　sinC＝

【例1】（2013·山东卷，37）

（1）

如图6－13－5所示，在某一均匀介质中，A、B是振动情况完全相同的两个波源，其简谐运动表达式均为x＝0.1sin（20πt）m，介质中P点与A、B两波源间的距离分别为4m和5m，两波源形成的简谐横波分别沿AP、BP方向传播，波速都是10m/s.

①求简谐横波的波长．

②P点的振动________（填“加强”或“减弱”）

（2）

如图6－13－6所示，ABCD是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入．已知棱镜的折射率n＝

，AB＝BC＝8cm，OA＝2cm，∠OAB＝60°.

①求光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向．

②第一次的出射点距C________cm.

【变式探究1】

（1）波速均为v＝1.2m/s的甲、乙两列简谐横波都沿x轴正方向传播，某时刻两列波的图象分别如图6－13－7所示，其中P、Q处的质点均处于波峰．关于这两列波，下列说法中正确的是（　　）．

A．如果这两列波相遇可能产生稳定的干涉图样

B．甲波的周期大于乙波的周期

C．甲波中P处质点比M处质点先回到平衡位置

D．从图示时刻开始，经过1.0s，P、Q质点通过的路程均为1.2m

（2）如图6－13－8所示，

△ABC为一直角三棱镜的截面，其顶角θ＝30°，P为垂直于直线BCD的光屏，现一宽度等于AB的单色平行光束垂直射向AB面，在屏P上形成一条宽度等于

AB的光带，求棱镜的折射率．

【变式探究2】

（1）如图6－13－9所示，一列简谐波在均匀介质中传播，图甲表示t＝0时刻的波形图，图乙表示图甲中P质点从t＝0时刻开始的振动图象，则这列波（　　）．

A．从左向右传播

B．波的频率为2Hz

C．波速为4m/s

D．P质点和D质点在振动过程中同一时刻位移总相同

（2）用圆

弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出大头针的位置和圆弧状玻璃砖的轮廓如图所示（O为两圆弧圆心；图6－13－10中已画出经P1、P2点的入射光线）．

①在图上补画出所需的光路图．

②为了测出玻璃砖的折射率，需要测量入射角i和折射角r，请在图中标出这两个角．

③用所测物理量计算折射率的公式是n＝________.

④为了保证在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应尽量________．（选填“小一些”“无所谓”或“大一些”）

难点1、光的干涉、衍射、电磁波与机械振动、机械波的组合

1.双缝干涉．

①形成明、暗相间的间距相等的条纹．

②相邻条纹间距Δx＝

λ.

2．光的衍射：

①产生明显衍射的条件：

障碍物或孔的尺寸与光的波长差不多或比光的波长小．

②形成明、暗相间的间距不相等的条纹．

【例1】

（1）以下说法中正确的是（　　）．

A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉

B．对于同一障碍物，波长越大的光波，越容易绕过去

C．白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种干涉现象

D．用光导纤维传播信号是光的全反射的应用

（2）渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位．已知某超声波频率为1.0×105Hz，某时刻该超声波在水中传播的波动图象如图6－13－11所示．

①从该时刻开始计时，画出x＝7.5×10－3m处质点做简谐运动的振动图象（至少一个周期）．

②现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4s，求鱼群与渔船间的距离（忽略船和鱼群的运动）．

【变式探究】

（1）下列说法中正确的是（　　）．

A．X射线穿透物质的本领比γ射线更强

B．红光由空气进入水中，波长变长、颜色不变

C．狭义相对论认为物体的质量与其运动状态有关

D．观察者相对于频率一定的声源运动时，接收到声波的频率可能发生变化

（2）

图6－13－12实线是简谐横波在t1＝0时刻的波形图象，虚线是t2＝0.2s时刻的波形图象，试回答：

若波沿x轴正方向传播，则它的最大周期为________s；若波的传播速度为55m/s，则波的传播方向是沿x轴的________方向（选填“正”或“负”）．

（3）一束光由空气射入某种介质中，当入射光线与界面间的夹角为30°时，折射光线与反射光线恰好垂直，这种介质的折射率为________，已知光在真空中传播的速度为c＝3×108m/s，这束光在此介质中传播的速度为______m/s.

【变式探究】

（1）关于6－13－13下列四图，以下说法正确的是（　　）．

A．甲图可能是单色光线形成的双缝干涉图样

B．在乙漫画中，由于光的折射，鱼的实际位置比人看到的要深一些

C．丙图为一束含有红光、紫光的复色光c，沿半径方向射入半圆形玻璃砖，由圆心O点射出，分为a、b两束光，则用同一装置做双缝干涉实验时，用a光要比用b光条纹间距更大

D．丁图是光从玻璃射入空气时的光路图，其入射角是60°

（2）一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝0时刻的波形图象如图6－13－14甲所示，波此时恰好传播到M点．图乙是质点N（x＝3m）的振动图象，则

①Q点（x＝10m）开始振动时，振动方向如何？

简单说明理由．

②从t＝0开始，经过多长时间，Q点第一次到达波峰？

1．

（1）一列简谐横波在某一时刻的波形图如图6－13－15甲所示，图中P、Q两质点的横坐标分别为x1＝1.5m和x2＝4.5m．P点的振动图象如图乙所示．

在下列四幅图中，质点Q的振动图象可能是（　　）．

（2）用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知所用双缝间的距离d＝0.1mm，双缝到屏的距离l＝6.0m，测得屏上干涉条纹中相邻明条纹的间距是3.8cm，氦氖激光器发出的红光的波长是多少？

假如把整个干涉装置放入折射率为

的水中，这时屏上的明条纹间距是多少？

2．

（1）

如图6－13－16所示，沿x轴正方向传播的一列简谐横波在某时刻的波形图为一正弦曲线，其波速为200m/s，下列说法中正确的是（　　）．

A．图示时刻质点b的加速度正在减小

B．从图示时刻开始，经过0.01s，质点a通过的路程为20cm

C．若此波遇到另一列波并发生稳定的干涉现象，则另一列波的频率为50Hz

D．若该波传播中遇到宽约4m的障碍物，能发生明显的衍射现象

（2）

某种透明物质制成的直角三棱镜ABC，折射率为n，角A等于30°.一细束光线在纸面内从O点射入棱镜，如图6－13－17所示，当入射角为α时，发现刚好无光线从AC面射出，光线垂直于BC面射出．求：

①透明物质的折射率n.

②光线的入射角α.（结果可以用α的三角函数表示）

设该透明物质的临界角为C，由几何关系可知C＝θ1＝θ2＝60°，sinC＝

，解得n＝

3．

（1）

图6－13－18

2013年6月11日17时38分“神舟十号”顺利升空．“神舟十号”的完美升空离不开雷达站，地面上科研人员利用雷达发射的电磁波对“神舟十号”发出指令，进行地面控制．结合自己所学的知识，判断下列说法不正确的是________．

A．雷达所用的无线电波的波长比短波更短

B．雷达只有连续发射无线电波，才能发现目标

C．雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端

D．根据光速不变原理：

“神舟十号”接收到的雷达站发射的电磁波的速度仍是光速

（2）如图6－13－19所示，一根柔软的弹性绳子右端固定，左端自由，A、B、C、D、…为绳子上的等间隔的点，点间间隔为50cm，现用手拉着绳子的端点A使其上下振动，若A点刚开始向上振动，经0.1秒第一次达到最大位移处，C点恰好开始振动，则绳中形成的向右传播的横波速度为________m/s，从A点开始振动计时，经________s的时间J点第一次向下达到最大位移．

如图6－13－20所示，等边三角形ABC为透明柱状介质的横截面，一束平行于角平分线BD的单色光由AB面射入介质，经AB面折射的光线恰平行于BC.求：

①介质对此单色光的折射率n；

②若光在真空的传播速度为c，则光在此介质中的传播速度为多少，折射光线在AC面上能否发生全反射．

4．

（1）下列有关光现象的说法正确的是________．

A．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大

B．以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射

C．光在任何惯性参考系中的速度都相同是相对论原理之一

D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度

（2）

如图6－13－21，实线是一列简谐横波在t＝0时的波形图，经过Δt＝0.5s的波形图如图6－13－21中虚线所示，已知0<Δt

（3）

如图6－13－22，一横截面为扇形的玻璃砖，半径为R，∠ABC＝135°，一束平行光照射到BC面上，方向与BA平行，玻璃对光的折射率为

，求光能从圆弧面上射出部分的弧长．

πR

5．

（1）

两束平行的光斜射到平行玻璃砖，经玻璃砖折射后如图6－13－23所示，则关于这两束光的说法中正确的是________．

A．A光的折射率比B光的折射率小

B．A光在水中的传播速度比B光在水中的传播速度小

C．从玻璃砖下表面射出的两束光可能不平行

D．若分别把这两束光用同一装置做双缝干涉实验，则A光在光屏上形成的条纹间距较小

E．增大A光在上界面的入射角，则进入玻璃砖的光线在下界面可能发生全反射

（2）

如图6－13－24所示是一列简谐横波在某时刻的波动图象，从该时刻开始，此波中d质点第一次到达波谷的时间比e质点第一次到达波谷的时间早0.05s.

①求此列波的传播方向和波速；

②若b质点的平衡位置为x＝1.5m，求至少经过多长时间b质点经过平衡位置且向下运动以及b质点在这段时间内经过的路程．

6．

（1）下列说法正确的是（　　）．

A．弹簧振子从平衡位置向最大位移处运动的过程中，振子做匀减速运动

B．火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高

C．当水波通过障碍物时，若障碍物的尺寸与波长差不多，或比波长小时，将发生明显的衍射现象

D．用两束单色光A、B，分别在同一套装置上做干涉实验，若A光的条纹间距比B光的大，则说明A光波长大于B光波长

E．赫兹建立了经典电磁场理论，并证实了电磁波的存在

（2）

如图6－13－25所示，MN为半圆形玻璃砖的对称轴．O为玻璃砖圆心，某同学在与MN平行的直线上插上两根大头针P1、P2，在MN上插大头针P3，从P3一侧透过玻璃砖观察P1、P2的像，调整P3位置使P3能同时挡住P1、P2的像，确定了的P3位置如图所示，他测得玻璃砖直径D＝8cm，P1、P2连线与MN之间的距离d1＝2cm，P3到O的距离d2＝6.92cm.取

＝1.73.求该玻璃砖的折射率．

7.一列简谐横波沿x轴传播，某时刻t=0的图象如图所示，经过Δt=1.2s的时间，这列波恰好第三次重复出现图示的波形。

（1）该列波的传播速度;

（2）画出t=0.6s时刻的波形。

8如图是半径为R的玻璃半圆柱体横截面，圆心为O，两条平行单色红光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直。

光线1的入射点A为圆柱面顶点，光线2的入射点为B，∠AOB=60°，玻璃对红光的折射率为

。

求两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离d。