届高考物理二轮复习第2讲机械振动和机械波光电磁波学案全国通用.docx

1、届高考物理二轮复习第2讲机械振动和机械波光电磁波学案全国通用第2讲机械振动和机械波光电磁波网络构建1.机械振动和机械波2.光电磁波规律方法1.分析简谐运动的技巧(1)物理量变化分析：以位移为桥梁，位移增大时，振动质点的回复力、加速度、势能均增大，速度、动能均减小；反之，则产生相反的变化。(2)矢量方向分析：矢量均在其值为零时改变方向。2.波的传播方向与质点的振动方向判断方法(1)“上下坡”法：沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动。(2)“同侧”法：波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧。(3)“微平移”法：将波形沿传播方向进行微小的平移，再通过因波形平移引

2、起质点的运动方向来确定。3.几何光学临界问题的分析画出正确的光路图，从图中找出各种几何关系；利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的临界条件。4.数学知识(1)平行线、三角形、圆等有关几何定理。(2)三角函数知识。(3)相似三角形的性质。(4)勾股定理。(5)正弦、余弦定理。5.数理转化几何光学的求解通常要画出临界光线与边界光线，用相关的几何知识与数学方法进行求解。振动(或波动)与光的折射、全反射的组合【典例1】 (2018全国卷，34)(1)(5分)声波在空气中的传播速度为340 m/s，在钢铁中的传播速度为4 900 m/s。一平直桥由钢铁制成，某同学用锤子敲击一下桥的一端发

3、出声音，分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00 s。桥的长度为_ m。若该声波在空气中的波长为，则它在钢铁中的波长为的_倍。(2)(10分)如图1，ABC是一直角三棱镜的横截面，A90，B60。一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。图1()求出射光相对于D点的入射光的偏角；()为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？解析(1)设声波在钢铁中的传播时间为t1、传播速度为v1，在空气中的传播时间为t2、传播速度为v2，桥长为l，则lv1t1v2t2，而t2t11.00 s，代入数据解得

4、l365 m。又，声波频率不变，所以，得钢空。(2)()光线在BC面上折射，由折射定律有sin i1nsin r1式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射，由反射定律有i2r2式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。光线在AB面上发生折射，由折射定律有nsin i3sin r3式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。由几何关系得i2r260，r1i330F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为(r1i1)(180i2r2)(r3i3)由式得60()光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全反射，有nsin

5、 i2nsin Cnsin i3式中C是全反射临界角，满足nsin C1由式知，棱镜的折射率n的取值范围应为n2答案(1)365(2)()60()n2【典例2】 (2018全国卷，34)(1)(5分)一列简谐横波沿x轴正方向传播，在t0和t0.20 s时的波形分别如图2中实线和虚线所示。已知该波的周期T0.20 s。下列说法正确的是_。(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分)图2A.波速为0.40 m/sB.波长为0.08 mC.x0.08 m的质点在t0.70 s时位于波谷D.x0.08 m的质点在t0.12 s时位于波谷E.若此波

6、传入另一介质中其波速变为0.80 m/s，则它在该介质中的波长为0.32 m(2)(10分)如图3，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上。D位于AB边上，过D点做AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O点做AB边的垂线交直线DF于E；DE2 cm，EF1 cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)图3解析(1)根据波形图可知，波长16 cm0.16 m，选项B错误；根据t0时刻和t0.20 s时刻的波形图和该波的周期T0.20 s

7、可知，该波的周期T0.40 s，波速v0.40 m/s，选项A正确；简谐波沿x轴正方向传播，x0.08 m 的质点在t0时刻沿y轴正方向振动，在t0.70 s 时位于波谷，在t0.12 s时位于y0的某位置(不是位于波谷)，选项C正确，D错误；若此波传入另一介质中，周期T不变，其波速变为v0.80 m/s，由vT可得它在该介质中的波长为0.800.4 m0.32 m，选项E正确。(2)过D点作AB边的法线NN，连接OD，则ODN为O点发出的光线在D点的入射角；设该光线在D点的折射角为，如图所示。根据折射定律有nsin sin 式中n为三棱镜的折射率。由几何关系可知60EOF30在OEF中有EF

8、OEsin EOF由式和题给条件得OE2 cm根据题给条件可知，OED为等腰三角形，有30由式得n答案(1)ACE(2)1.(1)(5分)波源S在t0时刻从平衡位置开始向上振动，形成向左、右两侧传播的简谐横波。S、a、b、c和a、b、c是沿波传播方向上的间距为1 m的6个质点，t0时刻各质点均处于平衡位置，如图4所示。已知波的传播速度为8 m/s，当t0.125 s时波源S第一次达最高点，则_(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分)。图4A.任意时刻质点c与质点c振动状态完全相同B.t0.28 s时质点a的速度正在减小C.t2.375

9、 s时质点b处于波谷D.波传到c点时，质点c开始向上振动E.若波源S向距它40 m的接收器匀速靠近，接收器接收到的频率将大于2 Hz(2)(10分)横截面边长ab为3L的正方形薄壁透明容器内，盛有透明液体，在容器的右侧壁上液面下方L的位置有一点光源S。在容器左侧与容器距离为L、液面上方L处有一点P，从P点通过液面上方观察S，发现P与S的像连线的延长线与右侧器壁交于S1点，S1位于液面下方L处，其正视图如图5所示。若从P点通过侧壁沿液面与器壁交点b观察S，发现P与S的像连线的延长线与右侧器壁交于S2点。忽略器壁厚度，求：图5()透明液体的折射率n；()S2与液面的距离。解析(1)由题意知0.12

10、5 s，则T0.5 s，f2 Hz，vT4 m，c、c相对S对称，振动状态完全相同，选项A、D正确；振动状态传到a点需0.125 s，a质点开始向上振动，0.25 s末达最高点，则0.28 s时质点向平衡位置运动，速度增大，选项B错误；振动状态传到b需0.25 s，0.375 s末到达最高点，则t2.375 s时质点b处于波峰，选项C错误；根据多普勒效应知选项E正确。(2)()延长ab，过P作ab的垂线交于c，连接PS1与液面交点为O，设折射角为i1，入射角为i2，则由PcL，aS1L，bcL，ab3L，OcbcObbcabOa4LOa得OaL，Oc3L，可求n。()连接Pb并延长交侧壁于S2

11、，连接Sb，所以aS23L。答案(1)ADE(2)()()3L2.(1)(5分)在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，下列说法正确的是_。(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分)图6A.用摆线长作为摆长，测出的重力加速度值会偏小B.在同质量的铝球和铜球中选择，应选择铝球作为摆球C.取单摆摆角小于5进行实验，是为了减小实验的偶然误差D.摆球运动经过平衡位置时开始计时，用机械秒表测得经过40个周期的时间如图6所示，则此单摆周期为1.81 sE.测量单摆振动40个周期的时间除以40算出的周期与直接测量振动1个周期的时间相比，是为了减小实验的

12、偶然误差(2)(10分)如图7所示为某透明介质的截面图，圆弧AP2B的半径为R，O点为圆心，D点为半径OB的中点，OCR。某一光线P1P2射入介质，射到C点时恰好发生全反射，且从D点射出介质。求：图7()透明介质的折射率n和光线P1P2的入射角；()光线从P2点入射到D点射出所用的时间t。解析(1)由T2知，若用摆线长作为摆长，则L测量值偏小，测出的重力加速度g的值也会偏小，选项A正确；由于铝的密度比铜的密度小许多，同质量的铝球的体积比铜球大许多，铝球受到的空气阻力比铜球要大，则用铝球作为摆球进行实验，测量误差较大，所以应选择铜球作为摆球，选项B错误；原理不完善引起的误差属于系统误差，取单摆摆

13、角小于5进行实验，是为了减小实验的系统误差，选项C错误；机械秒表测量的时间t1 min12.4 s72.4 s，此单摆周期T s1.81 s，选项D正确；由于开始计时和停止计时，按下的时刻会引起偶然误差，测量单摆振动40个周期的时间，再除以40算出周期，是为了减小实验的偶然误差，选项E正确。(2)()光线在介质中的光路图如图所示，设临界角为则tan n解得n在OCP2中，根据正弦定理有根据折射定律有n联立解得30()根据正弦定理有CDn时间t联立解得t答案(1)ADE(2)()30()3.(1)(5分)如图8所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，t0时的波形如图所示，此时波刚好传到x5 m处的P

14、点。t1.2 s时x6 m处Q点第一次有沿y轴正方向的最大速度。则以下说法正确的是_(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分)。图8A.t0时P点的运动方向为沿y轴负方向B.波传播的速度是3 m/sC.x4 m处的质点的振动方程为y0.1cos(m)D.波源的起振方向沿y轴正方向E.x10 m处的质点再过2 s开始振动(2)(10分)左侧是半圆形、右侧是直角三角形的某材料砖的截面图如图9所示，BC为半圆形材料砖的直径，O为圆心，圆的半径为R。直角三角形ABC的AB边水平，A30，过A点放置了一个与水平面垂直的屏幕MN，一束红光射向半圆形

15、材料砖的圆心O，已知该材料砖对红光的折射率为，红光在真空中运动的速度为c，入射方向与BC的夹角为60。图9()红光从哪些面射出？射出的光线在光屏上能接收到吗？如果能接收到，红光射到屏上的位置距A点的距离是多少？()如果光屏能接收到红光，求红光从射入该材料砖到光屏接收到红光的时间。解析(1)波沿x轴正方向传播，所以P点运动方向为沿y轴负方向，选项A正确；波速v m/s2.5 m/s，选项B错误；t0时，x4 m处的质点位于负的最大位移处，所以其振动方程为yAcos t0.1 cos (m)，选项C正确；波源起振方向与t0时刻x5 m处的质点振动方向相同，选项D错误；t0时刻时波传到了P点，根据t

16、 s2 s，选项E正确。(2)()如图所示，光射向半圆形玻璃砖的圆心O时在半圆内不改变传播方向，射到AC边时入射角是30根据sin C可知，sin C0.58说明全反射的临界角大于30，由此可知红光在AC面发生反射和折射，由几何关系可知反射光线垂直BA边射出，与光屏无交点。折射光线根据n，得i60折射光线垂直射到屏上E点，BD2Rcos 30R，AEDBcos 30R，则AE1.5R()根据n可知，红光在该材料砖中的速度v红光在该材料砖中运动的时间t1红光在空气中运动的路程为DER红光在空气中运动的时间t2则红光从射入该材料砖至到达E点的时间为tt1t2答案(1)ACE(2)()1.5R()光

17、的折射和全反射题型的分析思路(1)确定要研究的光线，有时需根据题意，分析、寻找临界光线、边界光线为研究对象。(2)找入射点，确认界面，并画出法线。(3)明确两介质折射率的大小关系。若光疏光密：定有反射、折射光线。若光密光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射。(4)根据反射定律、折射定律列出关系式，结合几何关系，联立求解。充分考虑三角形、圆的特点，运用几何图形中的边角关系、三角函数、相似形、全等形等，仔细分析光传播过程中产生的几何关系。光学基本知识与波动(或振动)的组合【典例】 (2018全国卷，34)(1)(5分)如图10，ABC为一玻璃三棱镜的横截面，A30。一束红光垂直AB边射入

18、，从AC边上的D点射出，其折射角为60，则玻璃对红光的折射率为_。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射角_(填“小于”“等于”或“大于”)60。图10(2)(10分)一列简谐横波在t s时的波形图如图11(a)所示，P、Q是介质中的两个质点。图(b)是质点Q的振动图象。求图11()波速及波的传播方向；()质点Q的平衡位置的x坐标。解析(1)根据题述和题图可知，折射角i60，入射角r30，由折射定律光路可逆得，玻璃对红光的折射率n。若改用蓝光沿同一路径入射，由于玻璃对蓝光的折射率大于玻璃对红光的折射率，则光线在D点射出时的折射角大于60。(2)()由图(a)可以看出，该波的波长为3

19、6 cm由图(b)可以看出，周期为T2 s波速为v18 cm/s由图(b)知，当t s时，质点Q向上运动，结合图(a)可得，波沿x轴负方向传播。()设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ。由图(a)知，x0处yAsin(30)，因此xP3 cm由图(b)知，在t0时，质点Q处于平衡位置，经t s，其振动状态向x轴负方向传播至P点处，由此及式有xQxPvt6 cm由式得，质点Q的平衡位置的x坐标为xQ9 cm答案(1)大于(2)()18 cm/s波沿x轴负方向传播()9 cm1.(1)(5分)如图12所示，一束复色光射到三棱镜上，从三棱镜另一面射出两单色光A、B，两种色光中折射率较小的是_

20、；如果增大入射角，则先发生全反射的是_；如果A、B两种光使用同一装置做双缝干涉实验，条纹间距较大的是_。图12(2)(10分)一列简谐波沿x轴正方向传播，该波在t1.0 s时的图象如图13甲所示，介质中质点P的振动图象如图乙所示。求：图13()该列简谐波的波速v；()在010 s时间内质点M的路程s和位移。解析(1)由题图可知，B光折射率较大，B光的频率大，A光折射率较小，A光的频率小。由于B光的折射率较大，B光的全反射临界角较小，如果增大入射角，则B光先发生全反射。在同种介质中，A光的波长比B光的波长长，如果A、B两种光使用同一装置做双缝干涉实验，根据x知，条纹间距较大的是A光。(2)()由

21、题图甲得波长4 m由题图乙得周期T1.0 s波速v4 m/s()由题图乙可知质点P从t0.5 s开始振动该波由质点P传播到质点M所需时间t5 s所以在010 s时间内质点M振动了t4.5 s因为n4.5路程s4An40.24.5 m3.6 m010 s时间内质点M的位移为0答案(1)A光B光A光(2)()4 m/s()3.6 m02.(1)(5分)图示14为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置，从左到右依次放置光源、红色滤光片、遮光筒、光屏。下列说法正确的是_。(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分)图14A.、分别是双缝、单缝B.减小

22、双缝之间的距离，可以增大相邻暗条纹间的距离C.先放上单缝和双缝，调节光源高度使光沿遮光筒轴线照在屏中心D.若双缝的间距为d，与光屏的间距为l，用测微目镜测出6条红色条纹间的距离为a，则该红光的波长E.假若把此装置置于某液体中测量某单色光的波长，测得结果要比在真空中测得该光的波长短(2)(10分)在图15甲中，轻弹簧上端固定，下端系一质量为m0.2 kg的小球，现让小球在竖直方向上做简谐运动，小球从最高点释放时开始计时，小球相对平衡位置的位移y随时间t按正弦规律变化，如图乙所示。取g10 m/s2。图15()写出小球相对平衡位置的位移y的表达式；()求09.2 s内小球的总路程s，并指出t9.2

23、 s时小球的位置。解析(1)光源产生的光经滤光片变成单色光，通过单缝成为线光源，经过双缝获得相干波源，、分别是单缝、双缝，选项A错误；由x知，要增大相邻暗条纹间的距离，可减小双缝之间的距离d或增大双缝到屏的距离l，选项B正确；先不放单缝和双缝，调节光源高度使光沿遮光筒轴线照在屏中心，然后再放单缝和双缝，调节其位置使光屏上出现干涉条纹，选项C错误；相邻两条红色条纹间的距离x，又x，得该红光的波长，选项D正确；假若把此装置置于某种液体中，由于液体的折射率大于1，所以结果将比在真空中测得该光的波长短，选项E正确。(2)()由题图乙可知，周期T0.8 s振幅A0.1 m小球相对平衡位置的位移yAcos

24、 t即y0.1cos t(m)()由于n11.509.2 s内小球的总路程Ln4A11.540.1 m4.6 mt9.2 s时小球处于最低点答案(1)BDE(2)()y0.1cos t(m)()4.6 m小球处于最低点3.(1)(5分)如图16所示，等边三角形AOB为透明柱状介质的横截面。一束单色光PQ平行于角平分线OM射向OA，在界面OA发生折射，折射光线平行于OB且恰好射到M点(不考虑反射光线)。则_(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分)图16A.透明柱状介质对单色光PQ的折射率为B.从AMB面出射的光线与入射光线PQ的偏向角为

25、60C.保持入射点Q不变，减小入射角，一直有光线从AMB面射出D.保持入射光PQ的方向不变，增大入射光的频率，出射点将在M点下方E.增大入射光PQ的频率，光在该介质中的传播速度不变(2)(10分)如图17所示，虚线是一列简谐横波在t0时刻的波形，实线是这列波在t1 s时刻的波形。图17()若波沿x轴正方向传播，则从t1 s时刻开始，x3 m处的质点第一次回到平衡位置需要的时间最长为多少？()若波速大小为75 m/s，则波的传播方向如何？解析(1)入射角i60 ，折射角30 ，n，由光路可逆性可知光从M点折射时，折射角为60 ，由几何关系可知此出射光线与入射光线PQ的偏向角为60 ，选项A、B正

26、确；入射点Q不变，减小入射角，则折射角减小，射到AB面的入射角增大，可能发生全反射，选项C错误；增大入射光频率，则从Q点折射时的折射角变小，出射点将在M点下方，选项D正确；增大入射光频率，由n，可知光在介质中传播速度减小，选项E错误。(2)()由图象可知，波长8 m当波沿x轴正方向传播时，波在t1 s内传播距离为s(8n5) m，其中n0，1，2，v(8n5) m/s，其中n0，1，2，从t1 s时刻开始，平衡位置在x3 m处的质点第一次回到平衡位置需要的时间，即为波沿x轴传播1 m距离需要的时间，最长时间tmax s0.2 s。()当波沿x轴负方向传播时，波在t1 s内传播距离为s(8n3)

27、 m，其中n0，1，2，若波速大小为75 m/s，则1 s内波传播的距离svt751 m75 m因为s75 m(983) m，所以波沿x轴负方向传播。答案(1)ABD(2)()0.2 s()x轴负方向1.巧解波动图象与振动图象综合问题的基本方法采用“一分、一看、二找”的方法：2.波的多解问题的分析思路 电磁波、相对论与光学或机械波的组合【典例】 (1)(5分)关于电磁波，下列说法正确的是_。(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分)A.电磁波有偏振现象B.电磁波是一种纵波，是麦克斯韦发现的C.电磁波由空气进入水中时，波速变小，波长变短D

28、.采用闭合电路，才能使振荡电路有效地向空间辐射电磁波E.在场强E200sin 106t(N/C)的电场周围一定产生磁场，并能向远处传播形成电磁波(2)(10分)某同学用激光笔做测定某透明体的折射率实验，透明体的截面如图18所示的直角三角形，B60，BC6 cm。他先将激光笔发出的光线PQ始终对准AC边上的Q点，让PQ与QA的夹角从90缓慢减小，同时在AB边的左侧观察，当PQ与QA的夹角为时，刚好看不到出射光线，此时光线从BC边中点N射出，射出的光线刚好与BC垂直。已知光在真空中的传播速度c3.0108 m/s。求：图18()透明体的折射率n和cos 的值；()光在透明体中的传播时间t。解析(1

29、)电磁波是麦克斯韦预言的，赫兹用实验证实了电磁波的存在，电磁波是横波，横波有偏振现象，选项A正确，B错误；电磁波由空气进入水中时，频率f不变，波速v变小，由vf得，波长变短，选项C正确；采用开放电路，才能使振荡电路有效地向空间辐射电磁波，选项D错误；场强E200sin 106t(N/C)，即该电场是周期性变化的电场，周围一定会产生同频率的周期性变化的磁场，并能向远处传播形成电磁波，选项E正确。(2)()光在透明体中的光路如图所示，在AB边的左侧观察，刚好看不到出射光线，则光在AB边刚好发生全反射，有sin 由几何关系知B60得n根据折射定律有n得cos ()tanB3102 m26102 m由几何关系知M点为AB边的中点，6102 mcos(90