專題17 機械振動機械波光學（原卷版）

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1、 2020年高考物理二輪溫習熱點題型與提分秘籍 專題17 機械振動機械波 光學 題型一 簡諧運動的特征 【典例分析】 (2020·河南天一高三第一次聯考)如圖所示,一質點在AB之間做簡諧運動,C為平衡位置,E、F分別為AC和CB之間的點,且EC和CF的距離相等。質點從E點向右運動經過時間t1第一次經過F點,再經過時間t2第4次經過F點,則該質點的振動周期為________。若此簡諧運動分別在空氣和水中進行,則形成的兩列波的波長________(填“相同”“不相同”或“不能確定”)。 【典例分析2】．(2020·江西重點中學聯考)如圖所示,曲軸上掛一個彈簧振子,轉動搖把,曲軸可

2、帶動彈簧振子上下振動．開始時不轉動搖把,讓振子自由振動,測得其頻率為2 Hz.現勻速轉動搖把,轉速為240 r/min.則(　　) A．當振子穩(wěn)定振動時,它的振動周期是0.5 s B．當振子穩(wěn)定振動時,它的振動頻率是4 Hz C．當轉速增大時,彈簧振子的振幅增大 D．當轉速減小時,彈簧振子的振幅增大 E．振幅增大的過程中,外界對彈簧振子做正功 【提分秘籍】 1.簡諧運動的五大特征 受力特征 回復力F＝－kx,F(或a)的大小與x的大小成正比,方向相反 運動特征 靠近平衡位置時,a、F、x都減小,v增大；遠離平衡位置時,a、F、x都增大,v減小 能量特征 振幅越大,

3、能量越大．在運動過程中,系統(tǒng)的動能和勢能相互轉化,機械能守恒 周期性特征 質點的位移、回復力、加速度和速度隨時間做周期性變化,變化周期就是簡諧運動的周期T；動能和勢能也隨時間做周期性變化,其變化周期為 對稱性特征 關于平衡位置O對稱的兩點,速度的大小、動能、勢能相等,相對平衡位置的位移大小相等；由對稱點到平衡位置O用時相等 2.對共振的理解 (1)共振曲線： 如圖所示,橫坐標為驅動力頻率f,縱坐標為振幅A.它直觀地反映了驅動力頻率對某振動系統(tǒng)受迫振動振幅的影響,由圖可知,f與f0越接近,振幅A越大；當f＝f0時,振幅A最大． (2)受迫振動中系統(tǒng)能量的轉化：受迫振動系統(tǒng)

4、機械能不守恒,系統(tǒng)與外界時刻進行能量交換． 【突破訓練】 1.(2020·北京海淀區(qū)模擬)如圖所示,一輕質彈簧上端固定在天花板上,下端連接一物塊,物塊沿豎直方向以O點為中心點,在C、D之間做周期為T的簡諧運動．已知在t1時刻物塊的動量為p、動能為Ek.下列說法正確的是(　　) A．如果在t2時刻物塊的動量也為p,則t2－t1的最小值為T B．如果在t2時刻物塊的動能也為Ek,則t2－t1的最小值為T C．當物塊通過O點時,其加速度最小 D．物塊運動至C點時,其加速度最小 2．(2020·湖北宜昌高三模擬)如圖所示為兩個單擺的受迫振動的共振曲線,則下列說法正確的是(　　)

5、 A．若兩個受迫振動分別在月球上和地球上進行,且擺長相同,則圖線Ⅰ表示月球上單擺的共振曲線 B．若兩個受迫振動是在地球上同一地點進行,則兩個擺長之比LⅠ∶LⅡ＝25∶4 C．圖線Ⅱ若是在地面上完成的,則該單擺擺長約為1 m D．若擺長均為1 m,則圖線Ⅰ是在地面上完成的 E．若兩個單擺在同一地點均發(fā)生共振,圖線Ⅱ表示的單擺的能量一定大于圖線Ⅰ表示的單擺的能量 題型二 波的形成、傳播與圖象 【典例分析】(2018·高考全國卷Ⅲ)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t＝0和t＝0.20 s時的波形分別如圖中實線和虛線所示．已知該波的周期T ＞0.20 s．下列說法正確的是(　　) A．波

6、速為0.40 m/s B．波長為0.08 m C．x＝0.08 m的質點在t＝0.70 s時位于波谷 D．x＝0.08 m的質點在t＝0.12 s時位于波谷 E．若此波傳入另一介質中其波速變?yōu)?.80 m/s,則它在該介質中的波長為0.32 m 【提分秘籍】 1．機械波的傳播特點 (1)波傳到任意一點,該點的起振方向都和波源的起振方向相同． (2)介質中每個質點都做受迫振動,因此,任一質點振動頻率和周期都和波源的振動頻率和周期相同． (3)波從一種介質進入另一種介質,由于介質的情況不同,它的波長和波速可能改變,但頻率和周期都不會改變． (4)波經過一個周期T完成一次全振動,

7、波恰好向前傳播一個波長的距離,所以v＝＝λf. 2．波的圖象特點 (1)質點振動nT(波傳播nλ)時,波形不變． (2)在波的傳播方向上,當兩質點平衡位置間的距離為nλ(n＝1,2,3…)時,它們的振動步調總相同；當兩質點平衡位置間的距離為(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)時,它們的振動步調總相反． (3)波源的起振方向決定了它后面的質點的起振方向,各質點的起振方向與波源的起振方向相同． 【突破訓練】 1.(2020·煙臺模擬)如圖甲所示,O、P為介質中的兩點,O為波源,OP間距為6 m．t＝0時刻O點由平衡位置開始向上振動,向右產生沿直線傳播的簡諧橫波,圖乙表示t＝0時刻開始P

8、點振動的圖象．則以下說法不正確的是(　　) A．該波的波長為12 m B．該波的波速為2 m/s C．該波的周期為4 s D．從開始振動到t＝10 s,質點P經過的路程為1.6 m 2.一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t＝0時刻的波形如圖所示,質點P的x坐標為3 m．已知任意振動質點連續(xù)2次經過平衡位置的時間間隔為0.4 s,下列說法正確的是(　　) A．波速為4 m/s B．波的頻率為1.25 Hz C．x坐標為15 m的質點在t＝0.6 s時恰好位于波谷 D．x坐標為22 m的質點

9、在t＝0.2 s時恰好位于波峰 E．當質點P位于波峰時,x坐標為17 m的質點恰好位于波谷 題型三 振動與波兩種圖象綜合問題 【典例分析】(2020·河北石家莊調研)如圖甲為一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖,圖乙為介質中x＝2 m處的質點P以此時刻為計時起點的振動圖象．下列說法正確的是(　　) A．這列波的傳播方向是沿x軸正方向 B．這列波的傳播速度是20 m/s C．經過0.15 s,質點P沿x軸的正方向傳播了3 m D．經過0.1 s,質點Q的運動方向沿y軸正方向 E．經過0.35 s, 質點Q距平衡位置的距離小于質點P距平衡位置的距離 【提分秘籍】 (1)振動與波兩

10、種圖象綜合問題的處理思路 ①定位：依據已知條件明確波的圖象對應的時刻,依據質點振動圖象找出該時刻質點振動的位移及振動方向。再根據此位移及振動方向,在波的圖象中找出該質點,則所有問題將解決。 ②定時：依據已知條件找到波的圖象中對應的質點,讀出該質點的位移并判斷其振動方向,依據位移在振動圖象中確定該質點處在此位移對應的時刻。 (2)巧解波動圖象與振動圖象綜合問題的基本方法 求解波動圖象與振動圖象綜合類問題可采用“一分、一看、二找”的方法： 【突破訓練】 1.一列簡諧橫波,某時刻的波形圖如圖甲所示,從該時刻計時,波上質點A的振動圖象如圖乙所示,則(　　) A．若此波傳播過程中遇

11、到頻率為1.25 Hz的同類波,一定會發(fā)生干涉,產生穩(wěn)定的干涉圖樣 B．若此波傳播過程中遇到波長為20 m的同類波,一定會發(fā)生干涉,產生穩(wěn)定的干涉圖樣 C．若此波傳播過程中遇到的障礙物的尺寸為2 000 m,可能發(fā)生明顯衍射現象 D．該波的傳播速度為2.5 m/s E．該波的傳播速度為25 m/s 2.(2019·四川德陽二診)一列波沿x軸傳播,t＝2 s時刻的波形如圖1所示,如圖2是某質點的振動圖象,則下列說法正確的是(　　) A．波的傳播速度為1 m/s B．波如果向右傳播,則圖2是x＝0、4 m處質點的振動圖象 C．波如果向左傳播,則圖2是x＝0、4 m處質點的振動圖

12、象 D．波如果向左傳播,則x＝2 m處質點經過1 s到達x＝2 m處 E．無論波向左傳播還是向右傳播,x＝2 m處在2 s內路程都為2A 3.(2019·四川宜賓二診)(多選)圖甲為一列簡諧橫波在t＝0 s時刻的波形圖,P是平衡位置為x＝1 m處的質點,Q是平衡位置為x＝4 m處的質點,圖乙為質點Q的振動圖象,則下列說法正確的是(　　) A．該波的周期是0.10 s B．該波的傳播速度是40 m/s C．該波沿x軸的正方向傳播 D．t＝0.10 s時,質點Q的速度方向向下 E．從t＝0 s到t＝0.15 s,質點P通過的路程為30 cm 題型四 波的特有現象和電磁波 【

13、典例分析】(2019·湖南衡陽二模)(多選)以下物理學知識的相關敘述中,正確的是(　　) A．交警通過發(fā)射超聲波測量車速是利用了波的多普勒效應 B．用透明的標準樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的偏振 C．通過手指間的縫隙觀察日光燈,可以看到彩色條紋,說明光具有波動性 D．紅外線的顯著作用是熱作用,溫度較低的物體不能輻射紅外線 E．在“用單擺測重力加速度”的實驗中,為了減小測量單擺周期的誤差,應選小球運動中的最低點為計時起點,測其n次全振動的時間 【提分秘籍】 1.機械波和光波都能發(fā)生干涉、衍射、多普勒效應等波特有的現象,偏振現象是橫波特有的現象。要觀察到穩(wěn)定的干涉現象和明顯

14、的衍射現象需要一定的條件。 (1)干涉條件：頻率相同、相位差恒定、振動方向相同。 (2)發(fā)生明顯衍射現象的條件：縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多,或者比波長更小。 2．機械波的干涉圖樣中,波峰和波峰相遇的點、波谷和波谷相遇的點及其連線上的所有點都是振動加強點；波峰和波谷相遇的點及其連線上的所有點都是振動減弱點。振動加強點有時位移也為零,只是振幅為兩列波的振幅之和,振動更加劇烈。 3．光的干涉 (1)光的雙縫干涉 ①條紋間隔均勻,亮度均勻,中央為亮條紋。 ②條紋間距Δx＝λ,l、d相同時,Δx∝λ,例如,其他條件相同,雙縫干涉時可見光中的紅光條紋間距最大,紫光最小。 ③如

15、用白光做實驗,中央為白色亮條紋,兩邊為彩色條紋。 (2)光的干涉現象：薄膜干涉(油膜、空氣膜、增透膜、牛頓環(huán))。 4．光的衍射 (1)光的單縫衍射 ①條紋寬度和間隔不均勻,亮度不均勻,中央亮條紋最寬最亮。 ②單縫衍射裝置等其他條件相同時,可見光中紅光的中央亮條紋最寬,紫光最窄。 ③如用白光做實驗,中央為白色亮條紋,兩邊為彩色條紋。 (2)光的衍射現象：圓孔衍射、泊松亮斑。 5．多普勒效應：當波源與觀察者相互靠近時,觀察者接收到的頻率變大；當波源與觀察者相互遠離時,觀察者接收到的頻率變小。 6．電磁波的特點 (1)是橫波。 (2)傳播不需要介質。 (3)在真空中傳播速度等

16、于光速。 【突破訓練】 1．(2019·西安高三第三次質檢)下列說法正確的是(　　) A．雷達是利用超聲波工作的 B．紅外線比紫外線更容易發(fā)生衍射現象 C．真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的 D．在同一個周期里,波上的質點沿波傳播的方向移動的距離為一個波長 E．做簡諧運動的物體每次通過同一位置時,其速度不一定相同,但加速度一定相同 2.(2019·東北三省三校二模)關于振動和波動,下列說法中正確的是(　　) A．各種波均會發(fā)生偏振現象 B．單擺做簡諧運動的周期與擺球的質量有關 C．在波的干涉中,振動加強點的位移不一定始終最大 D．部隊過橋不能齊步走而要便步走,是為

17、了避免橋梁發(fā)生共振現象 E．我們在地球上接收到來自遙遠星球的光波的波長變長,可以判斷該星球正在遠離我們 題型五 光的折射和全反射 【典例分析1】(2018·全國卷Ⅱ)如圖,△ABC是一直角三棱鏡的橫截面,∠A＝90°,∠B＝60°,一細光束從BC邊的D點折射后,射到AC邊的E點,發(fā)生全反射后經AB邊的F點射出。EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中點。不計多次反射。 (1)求出射光相對于D點的入射光的偏角； (2)為實現上述光路,棱鏡折射率的取值應在什么范圍？ 【典例分析2】. (2019·山東青島二模)(多選)如圖,光源S從水下向空氣中射出一束由紅光、

18、黃光和藍光組成的復色光,在水面上的P點分裂成a、b、c三束單色光,下列說法正確的是(　　) A．c光為紅色光 B．在水中傳播時a光速度最大,c光波長最小 C．逐漸增大入射角,c光最先發(fā)生全反射 D．b光比a光更容易發(fā)生明顯的衍射現象 E．a、b、c三種色光分別用同一雙縫干涉實驗裝置發(fā)生干涉,a光相鄰亮條紋間距最大 【提分秘籍】 1.光的折射和全反射題型的分析思路 (1)確定要研究的光線,有時需根據題意,分析、尋找臨界光線為研究對象。 (2)找入射點,確認界面,并畫出法線。 (3)明確兩介質折射率的大小關系。 ①若光疏→光密：定有反射、折射光線。 ②若光密→光疏：如果

19、入射角大于或等于臨界角,一定發(fā)生全反射。 (4)根據反射定律、折射定律列出關系式,結合幾何關系,聯立求解。充分考慮三角形、圓的特點,運用幾何圖形中的邊角關系、三角函數、相似形、全等形等,仔細分析光傳播過程中的幾何關系。 2.光的色散現象 (1)現象：一束白光通過三棱鏡后在屏上會形成彩色光帶． (2)成因：棱鏡材料對不同色光的折射率不同,對紅光的折射率最小,紅光通過棱鏡后的偏折程度最小,對紫光的折射率最大,紫光通過棱鏡后的偏折程度最大,從而產生色散現象． (3)．各種色光的比較 顏色 紅橙黃綠青藍紫 頻率ν 低―→高 同一介質中的折射率 小―→大 同一介質中速度 大

20、―→小 波長 大―→小 臨界角 大―→小 通過棱鏡的偏折角 小―→大 【突破訓練】 1.(2019·全國卷Ⅲ)如圖,直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面,∠A＝90°,∠B＝30°。一束光線平行于底邊BC射到AB邊上并進入棱鏡,然后垂直于AC邊射出。 (1)求棱鏡的折射率； (2)保持AB邊上的入射點不變,逐漸減小入射角,直到BC邊上恰好有光線射出。求此時AB邊上入射角的正弦。 2.(2019·四川內江三模) 如圖所示,一單色細光束AB從真空中以入射角i＝45°,入射到折射率n＝的某透明球體的表面上B點。經研究發(fā)現光束在過球心O

21、的平面內,從B點折射進入球內后,又經球的內表面只反射一次,再經球表面上的C點折射后,以光線CD射出球外,真空中的光速為3×108 m/s。則： (1)光束在球內的傳播速度是多少？ (2)出射光線CD相對入射光線AB方向改變的角度是多少？ 3. (2019·湖北武漢二模)內徑為r,外徑為r的透明介質半球殼折射率n＝2,如圖為其截面示意圖。 (1)將點光源放在球心O處,求光射出球殼的最短時間； (2)將光源移至O點正上方內殼上的P點,使其發(fā)出的光射向球殼外,求透明球殼外表面發(fā)光區(qū)域在截面上形成的弧長。

22、 4.(2019·四川南充三診)(多選)如圖所示,一束復色光由某介質射入真空后分解為a、b兩束單色光。以下說法正確的是(　　) A．真空中a光的波長比b光的大 B．在同一介質中,a光的傳播速度比b光慢 C．光由同一介質射入空氣時,a光的臨界角比b光小 D．a、b通過相同的單縫衍射實驗裝置,b光的中央亮條紋較寬 E．a、b通過相同的雙縫干涉實驗裝置,b光的干涉條紋間距較小 5．(2019·內蒙古呼和浩特市二模)(多選)下列說法正確的是(　　) A．肥皂泡呈現彩色是光的干涉現象,露珠呈現彩色是光的色散現象,通過狹縫看太陽光呈現彩色是光的衍射現象 B．橫波和縱波都能發(fā)生干涉、衍射和偏振現象 C．做雙縫干涉實驗時,用綠光照射單縫,在光屏P上觀察到干涉條紋,用紅光代替綠光照射單縫將得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣 D．真空中的光速在不同的慣性系中不相同 E．在真空中傳播的電磁波,當它的頻率增大時,它的傳播速度不變,波長變短 知識改變命運 15