2014江苏物理《高考专题》（二轮）复习课件：专题八振动和波动光及光的本性.ppt

1、专题八振动和波动光及光的本性1.简谐运动的重要特征：(1)对称性：振动质点在关于平衡位置对称的两点x、F、a、v、Ek、Ep的_均相等；振动质点来回通过相同的两点间的_相等。大小时间(2)周期性。做简谐运动的物体，描述它的物理量x、F、a、v、Ek、Ep等都随时间做_变化。振动物体在一个周期内通过的路程为_A(A为振幅)，半个周期内通过的路程为_A。但内通过的路程可能大于、等于或小于A,这与计时起点位置有关。(3)简谐运动的两种模型是_和单摆。当单摆摆动的角度很小(10)时，可以看成简谐运动，其周期公式为T=。周期性42弹簧振子2.振动与波动的比较：(1)振动图像与波动图像的比较。两种图像比较

2、内容 振动图像波动图像研究对象_振动质点沿波传播方向上的_图像意义一质点_随时间的变化规律某时刻所有质点相对_的位移一个所有质点位移平衡位置两种图像比较内容 振动图像波动图像图像特点图像信息振动周期振幅各时刻质点位移、速度、加速度(包括大小、方向)波长、振幅任意一质点此刻的位移任意一质点在该时刻加速度方向两种图像比较内容 振动图像波动图像图像变化随时间推移图像延续,但原有形状_随时间推移,图像沿传播方向_一完整曲线对应横坐标一个_一个_不变平移周期波长(2)波特有的现象。_是波特有的现象。波同时还可以发生反射、_等现象;稳定干涉中,振动加强区内各点的振动位移不一定比减弱区内各点的振动位移大;两

3、个同样的波源发生干涉时,_决定振动加强还是振动减弱。如果路程差是_,则振动_;如果路程差是_,则振动_。干涉和衍射折射路程差波长的整数倍半波长的奇数倍减弱加强3.光及光的本性：(1)光的折射率公式。光从真空进入介质时：n。决定式：n。(2)光的全反射。产生条件：光从_进入_，入射角_临界角；临界角公式：sinC。光密介质光疏介质大于或等于(3)光的色散：白光通过三棱镜后发生_现象，说明白光是_，由_单色光组成。色散复色光七种七种单色光红、橙、黄、绿、青、蓝、紫频 率增大折射率_在同种介质中的传播速度_临界角(介质空气)_波长(同种介质中)_增大减小减小减小(4)光的干涉、衍射和偏振现象。发生干

4、涉的条件：两光源_相等，_恒定；出现明暗条纹的条件：r=_，明条纹；r=，暗条纹。相邻明(暗)条纹间距：x=。光的衍射条件：_。光的偏振现象证明光是_，偏振光平行透过偏振片时光_，垂直时_。频率相位差kd横波最强最弱1.(2011江苏高考)(1)如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是()A.同时被照亮B.A先被照亮C.C先被照亮D.无法判断(2)一束光从空气射向折射率为的某种介质，若反射光线与折射光线垂直，则入射角为_。真空中的光速为c，则光在该介质中的传播速度为_。(3)将

5、一劲度系数为k的轻质弹簧竖直悬挂，下端系上质量为m的物块。将物块向下拉离平衡位置后松开，物块上下做简谐运动，其振动周期恰好等于以物块平衡时弹簧的伸长量为摆长的单摆周期。请由单摆的周期公式推算出该物块做简谐运动的周期T。【解析】(1)列车上的观察者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C,而远离A,所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮，故只有C正确。(2)设入射角为i,折射角为90-i,根据可以得到i=60,再根据可得(3)单摆周期公式为由力的平衡条件知道kl=mg联立解得答案：(1)C (2)60 (3)见解析2.(2012江苏高考)(1)如图所示

6、，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧。旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是_。A.A、B均不变B.A、B均有变化C.A不变，B有变化D.A有变化，B不变(2)“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D。在插入第四个大头针D时，要使它_。如图是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a是描在纸上的玻璃砖的两个边。根据该图可算得玻璃的折射率n=_。(计算结果保留两位有效数字)(3)地震时，震源会同时产生两种波，一种是传播速度约为3.5 km/s的S波，另一种是传播速度约为7.0 km/s的P波。一次地震

7、发生时，某地震监测点记录到首次到达的P波比首次到达的S波早3 min。假定地震波沿直线传播，震源的振动周期为1.2 s，求震源与监测点之间的距离x和S波的波长。【解析】(1)对白炽灯而言，无论偏振片P转动到哪个方向，获得的都是单一振动方向、强度都相同的偏振光，转动偏振片P时，只有透射方向和偏振片Q的透射方向相同时，才能有光透过，其他光的光照强度均为零，所以答案选C。(2)插第四个大头针D时，应使它挡住C及A、B的像。连接A、B并延长交直线a于一点O，连接C、D并延长交直线a于一点O，连接O、O。以O为圆心，作辅助圆交AB于E，交OO于G，分别过E、G作法线的垂线，垂足为F、H。用刻度尺量出EF

8、、GH的长度，则折射率(3)设P波的传播时间为t，则x=vPt,x=vS(t+t)解得代入数据得x=1 260 km由=vST，解得=4.2 km。答案：(1)C (2)挡住C及A、B的像1.8(1.61.9都算对)(3)1 260 km 4.2 km3.(2013江苏高考)(1)如图所示的装置，弹簧振子的固有频率是4 Hz。现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1 Hz，则把手转动的频率为()A.1 Hz B.3 HzC.4 Hz D.5 Hz(2)如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上测得它们相距为L

9、，则A测得两飞船间的距离_(选填“大于”“等于”或“小于”)L。当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为_。(3)如图为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，ABBC。光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出。若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是多少？(计算结果可用三角函数表示)【解析】(1)转动把手后，弹簧振子开始做受迫振动，受迫振动是按照外界驱动力的频率振动的，既然振子稳定后的振动频率为1 Hz，则把手转动的频率即为1 Hz。(2)根据相对论原理，当物体运动速度接近光速时，空间距离会变短，A与B是相对静止的，

10、但相对于地球却以接近光速的速度在飞行，故在地面上测得的距离会比较短，而在飞船上测得的距离会比较长。根据相对论的光速不变原理，A测得信号的速度为光速。(3)由题意知，入射角=22.5，光线在CD面和EA面上发生了全反射，则折射率最小值为答案：(1)A (2)大于光速(3)热点考向 1振动与波动的综合应用【典例1】(2013邯郸二模)如图甲所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,P是离原点x1=2m的一个介质质点,Q是离原点x2=4m的一个介质质点,此时离原点x3=6m的介质质点刚刚要开始振动。图乙是该简谐波传播方向上的某一质点的振动图像(计时起点相同)。由此可知()A这列波的波

11、长4 mB这列波的传播速度v2 m/sC这列波的波源起振方向为向上D乙图可能是图甲中质点Q的振动图像【解题探究】(1)请认真观察图像，回答问题：由波动图像读出波长 _，由振动图像读出周期_；请写出波长、周期和波速的关系式：。(2)“x36 m的介质质点刚刚要开始振动”的含义是什么？提示：说明波刚传到该点，该点的起振方向和波源相同。=4 mT=2 s【解析】选A、B、D。由波动图像可知波长=4 m，由振动图像可知周期T=2 s，故传播速度选项A、B正确；由波动图像可知质点起振方向向下，结合波动图像和振动图像的关系可知Q质点振动方向向上，形式与振动图像完全一致，选项C错误，D正确。【总结提升】波动

12、图像和振动图像的应用技巧求解波动图像与振动图像综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法：(1)分清振动图像与波动图像，此问题最简单，只要看清横坐标即可，横坐标为x则为波动图像，横坐标为t则为振动图像。(2)看清横、纵坐标的单位，尤其要注意单位前的数量级。(3)找准波动图像对应的时刻。(4)找准振动图像对应的质点。【变式训练】(2013江苏模拟)如图甲为一列简谐波在某一时刻的波形图，Q、P是波上的质点，图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图像，从该时刻起，下列说法中正确的是()A.经过0.05 s，质点Q的加速度大于质点P的加速度B.经过0.05 s，质点Q的加速度小于质点P的加速度C.经过0

13、.1 s，质点Q的运动方向沿y轴负方向D.经过0.1 s，质点Q的运动方向沿y轴正方向【解析】选B、C。由图乙可知，质点的振动周期T0.2 s，经过0.05 s，即周期，质点P到达负向的最大位移处，而此时质点Q处在x轴上方的某一位移处，位移越大，加速度越大，故B正确。经过0.1 s，即周期，质点Q在从正位移回到平衡位置的途中，运动方向沿y轴负方向，故C正确。【变式备选】(2012福建高考)一列简谐横波沿x轴传播,t=0时刻的波形如图甲所示,此时质点P正沿y轴负方向运动,其振动图像如图乙所示,则该波的传播方向和波速分别是()A.沿x轴负方向,60 m/s B.沿x轴正方向,60 m/sC.沿x轴

14、负方向,30 m/s D.沿x轴正方向,30 m/s【解析】选A。由题图甲知此时质点P向下振动，据同侧法可知该波沿x轴负方向传播，B、D错。由题图甲知波长=24 m，由题图乙知周期T=0.4 s，因此波速v=60 m/s，A对、C错。热点考向 2光的折射与全反射【典例2】(2013唐山二模)如图所示，某透明介质的截面为直角三角形ABC，其中A30，AC边长为L，一束单色光从AC面上距A为的D点垂直于AC面射入，恰好在AB面发生全反射。已知光速为c。求：(1)该介质的折射率n；(2)该光束从射入该介质到第一次穿出经历的时间t。【解题探究】(1)发生全反射的条件是光从_射入_且入射角_临界角；(2

15、)求临界角的公式为：。(3)请试着画出光路图：光密介质光疏介质大于等于【解析】(1)由于光线垂直于AC面射入，故光线在AB面上的入射角为30，由题意知，光线恰好在AB面上发生全反射，由全反射条件可求得：解得：n=2(2)由图可知，DFADtan30FE2DFEGECcos30故光在介质中的传播距离为：sDFFEEG光在该介质中的传播速度：v光在介质中的传播时间：答案：(1)2 (2)【总结提升】解决光的折射和全反射题型的思路(1)确定研究的光线，该光线往往已知是入射光线，还有可能是反射光线或折射光线。(2)有时不明确，需据题意分析、寻找，如临界光线、边界光线等。(3)找入射点，确认界面，并画出

16、法线。(4)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。(5)根据反射定律、折射定律作出光路图，结合几何关系，具体求解。【变式训练】(2013江苏模拟)单色细光束射到折射率的透明球表面，光束在过球心的平面内，入射角i45，经折射进入球内后又经内表面反射一次，再经球表面折射后射出的光线，如图所示(图上已画出入射光线和出射光线)。(1)在图上大致画出光线在球内的路径和方向；(2)求入射光线与出射光线之间的夹角；(3)如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问哪种颜色光的角最大，哪种颜色光的角最小？【解析】(1)如图所

17、示。(2)由折射定律得:sinr=由几何关系及对称性，有4r-2i，把r30，i45代入得:=30。(3)利用折射定律根据几何关系及对称性求出角的大小，根据光的折射率判断透明球对红光的折射率最小，折射角r最大，圆周角最大，故最大，同理紫光的角最小。答案:(1)见解析(2)30 (3)红光的角最大，紫光的角最小热点考向 3光的波动性【典例3】如图所示，两束单色光a、b从水下射向A点后，光线经折射合成一束光c，则下列说法中正确的是()A用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距B用a、b光分别做单缝衍射实验时，它们的衍射条纹宽度都是均匀的C在水中a光的速度

18、比b光的速度小Da光在水中的临界角大于b光在水中的临界角【解题探究】(1)介质对a光和b光的折射率大小关系:_。(2)求折射率的表达式为：。(3)光的干涉和衍射所形成的条纹是否都间距相等？提示：光的干涉所形成的条纹是明暗相间、等间距的条纹；光的衍射所形成的条纹是明暗相间、不等间距的条纹，中央最亮、最宽。nanb【解析】选A、D。由题图知，a光的折射率小，波长长，波速大，临界角大，故A、D正确，C错误；任何光的衍射条纹宽度都不均匀，故B错误。【总结提升】分析光的干涉现象的三点注意(1)干涉条件：频率相同、相位差恒定、振动方向在同一条直线上。(2)明暗条纹形成条件；r=k，k=0,1,2，3明条纹

19、；r=k=0,1,2，3暗条纹。(3)条纹间距：用双缝干涉实验测光波波长的原理：【变式训练】(2013南京一模)以下说法中正确的是()A.水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是光的干涉现象B.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，并通过实验加以证实C.两列波在同一空间相遇，相互叠加一定会形成稳定的干涉图样D.运动物体的速度可以大于真空中的光速【解析】选A。水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是光的干涉现象，选项A正确；麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹通过实验加以证实，选项B错误；频率相同的两列波在同一空间相遇，相互叠加才会形成稳定的干涉图样，选项C错误；运动物体的速度不可以大于真空中的光速，

20、选项D错误。1.(2013无锡模拟)(1)如图，观看2012年底热门3D立体电影少年派的奇幻漂流时所戴的特制眼镜实际上是一对偏振片。立体电影技术的理论基础是()A.光的传播不需要介质B.光是横波C.光能发生衍射D.光有多普勒效应(2)一个等腰直角三棱镜的截面ABC如图甲所示，一细束绿光从AB面的P点沿平行于底面BC的方向射入棱镜后，经BC面反射，再从AC面的Q点射出，且有PQBC(图中未画光在棱镜内的光路)。若棱镜对绿光的折射率是则绿光在棱镜中的传播速度是_m/s；如果将一束蓝光沿同样的路径从P点射入三棱镜，也有光线从AC射出，请在图乙中定性作出出射光线(虚线表示绿光的出射光线)。(3)一列简

21、谐波沿x轴传播，t=0时刻的波形如图，此时质点P振动方向为+y，6 s后P第一次处于波谷，求简谐波传播的速度大小和方向。【解析】(1)偏振现象说明了光是横波，B项正确。(2)绿光在棱镜中的传播速度光路图如图所示(在Q上侧,且与入射光平行)。(3)由P的振动方向可以判断波沿x轴负方向传播，由题可知波的周期T=8 s,波长=4 m,所以答案:(1)B (2)见解析图(3)0.5 m/s沿x轴负方向2.(2013扬州模拟)(1)下列说法中正确的是()A.光的干涉和衍射说明光是横波B.红外线与紫外线相比频率高，热效应明显C.在真空中电磁波的频率越高，传播速度越大D.在不同惯性系中，光在真空中沿不同方向

22、的传播速度相同(2)如图所示，图甲为沿x轴负方向传播的一列简谐横波在t=0时刻的波动图像，乙图为图甲中某质点的振动图像，则图乙表示质点_(从质点A、B、C、D中选填)的振动图像，该波的波速为_m/s。(3)如图所示，一束光线以与水平面成30的夹角斜射到水平桌面上的A点，若将厚度的玻璃砖平放在桌面上，则该光束射到桌面上的B点(图中未画出)，已知光在玻璃砖中的折射率为，求A、B间的距离。【解析】(1)光的偏振说明光是横波，A项错误；红外线与紫外线相比频率低，热效应明显，B项错误；在真空中电磁波传播速度都一样，为光速，C项错误；根据光速不变原理判断D项正确。(2)从乙图中看到质点在平衡位置开始计时时

23、向下振动，所以只有B点符合。由图中看到波长为6 m，周期为2 s，所以波速为3 m/s。(3)光路示意图如图所示。由sin=nsin得=30由题意及光路图得AB=OA-OB=dtan60-dtan30=4 cm 答案:(1)D (2)B 3 (3)4 cm3.(2013宿迁一模)(1)如图所示，坐标O点是一列横波的波源，从波源起振开始计时，波向x轴正、负方向传播，t=0.4 s时，x轴正方向的波形如图所示。以下判断正确的是()A.t=0时刻波源的起振方向是沿y轴的正方向B.t=0.4 s时刻x=-3 m处的点B在波峰处C.波传到x=-6 m处的点A时，B点运动的路程为3 mD.从t=0.4 s

24、时刻起再经过0.9 s，点A第二次出现波峰(2)半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，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为圆柱面的顶点，光线2的入射点为B，AOB60。已知该玻璃对红光的折射率求两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离d。若入射的是单色蓝光，则两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离d将比上面求得的结果大还是小，请定性说明。【解析】(1)由波形图可知波前沿y轴的负方向开始振动，因此t=0时刻波源的起振方向是沿y轴的负方向，A错；由于波向x轴正、负方向传播，t=0.4 s时刻x=-3 m 处的质点B在波谷处，B错；波传到x=-6

25、 m处时，B点运动通过的路程为3 cm，C错；t=0.4 s时刻x=-1 m处质点处于波峰，再经过0.5 s，点A第一次出现波峰，因此从t=0.4 s时刻起再经过0.9 s，点A第二次出现波峰，D对。故选D。(2)光路如图所示，可知160由折射率可得230由几何关系及折射定律公式得：330，460所以在OCD中可得dODOCtan30由于单色蓝光比单色红光波长小、折射率n大，所以向OC偏折更明显，d将减小。答案：(1)D(2)减小，原因见解析4.(2013苏锡常镇一模)(1)下列说法中正确的是()A.人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射B.麦克斯韦预言并用实验证实了电磁波的存在C.在高速运动的

26、火箭里的人认为火箭本身变短了D.单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长有关(2)如图所示是一列简谐横波在t0时的波形图，此时P点沿y轴的正方向运动，已知波的传播速度为2 m/s，则该波沿_传播。经过t0.4 s，质点P通过的路程为_。(3)如图所示，平行玻璃板的厚度d=4 cm。光线AB以入射角i=60从空气射到平行玻璃板的上表面，经两次折射后从玻璃板的下表面射出。己知玻璃的折射率求出射光线CD相对于入射光线AB侧移的距离。【解析】(1)人耳能听到的声波波长长，比超声波更容易发生衍射，A项是正确的；赫兹用实验证明了电磁波的存在，B项错误；根据相对论知地面上的人看火箭变短，C项错误；单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关，D项错误。(2)P点沿y轴的正方向运动，说明前质点在P点的左方，因此波向x轴正方向传播。经过t0.4 s，质点P通过的路程为(3)设折射角为r,由折射定律得r=30,由图中的几何关系得侧移量=答案:(1)A (2)x轴正方向0.4 m (3)