2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題十三 振動與波動 光導(dǎo)（含解析）.doc

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2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題十三 振動與波動 光導(dǎo)（含解析）xx高考導(dǎo)航熱點(diǎn)視角備考對策本講考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)：波的圖象；波長、波速和頻率及其相互關(guān)系；波的傳播特性；光的折射及全反射；光的干涉、衍射及雙縫干涉實驗；簡諧運(yùn)動的規(guī)律及振動圖象；電磁波的有關(guān)性質(zhì)命題形式基本上都是小題的拼盤.在復(fù)習(xí)本部分內(nèi)容時應(yīng)加強(qiáng)對基本概念和規(guī)律的理解，抓住波的傳播特點(diǎn)和圖象分析、光的折射定律和全反射這兩條主線，兼顧振動圖象和光的特性(干涉、衍射、偏振)、光的本性，強(qiáng)化典型問題的訓(xùn)練，力求掌握解決本部分內(nèi)容的基本方法.一、簡諧運(yùn)動1動力學(xué)特征回復(fù)力及加速度與位移大小成正比，方向總是與位移的方向相反，始終指向平衡位置其表達(dá)式為：Fkx，ax，回復(fù)力的來源是物體所受到的合力2能量特征：振動的能量與振幅有關(guān)，隨振幅的增大而增大振動系統(tǒng)的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能守恒3周期性：做簡諧運(yùn)動的物體，其位移、回復(fù)力、加速度、速度都隨時間按“正弦”或“余弦”的規(guī)律變化，它們的周期T均相同其位移隨時間變化的表達(dá)式為：xAsin(t0)或xAcos(t0)(注意動能和勢能的變化周期為T/2)4對稱性振動質(zhì)點(diǎn)在關(guān)于平衡位置對稱的兩點(diǎn)，x、F、a、v、Ek、Ep的大小均相等，其中回復(fù)力F、加速度a與位移x的方向相反，而v與x的方向可能相同，也可能相反振動質(zhì)點(diǎn)來回通過相同的兩點(diǎn)間的時間相等5兩個模型彈簧振子與單擺當(dāng)單擺擺動的角度光線在玻璃磚內(nèi)會發(fā)生三次全反射，最后由G點(diǎn)射出，如圖，由反射定律和幾何關(guān)系得OGOCR射到G點(diǎn)的光有一部分被反射，沿原路返回到達(dá)C點(diǎn)射出答案(1)R(2)光線從G點(diǎn)射出時，OGOCR，射到G點(diǎn)的光有一部分被反射，沿原路返回到達(dá)C點(diǎn)射出方法技巧光的折射和全反射問題的解題技巧(1)在解決光的折射問題時，應(yīng)先根據(jù)題意分析光路，即畫出光路圖，找出入射角和折射角，然后應(yīng)用公式來求解，找出臨界光線往往是解題的關(guān)鍵.(2)分析全反射問題時，先確定光是否由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)、入射角是否大于臨界角，若不符合全反射的條件，則再由折射定律和反射定律確定光的傳播情況.(3)在處理光的折射和全反射類型的題目時，根據(jù)折射定律及全反射的條件準(zhǔn)確作出幾何光路圖是基礎(chǔ)，正確利用幾何關(guān)系、折射定律是關(guān)鍵.)熱點(diǎn)三對光的波動性的考查命題規(guī)律：該知識點(diǎn)為近幾年高考選考的熱點(diǎn)，題型為選擇題，命題角度有以下幾點(diǎn)：(1)單純考查光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象及對光現(xiàn)象的解釋(2)結(jié)合光的折射考查不同色光的干涉、衍射情況(3)考查光的干涉、衍射在實際中的應(yīng)用1.光在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，下列說法正確的是()A用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象B用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的衍射現(xiàn)象C在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射現(xiàn)象D光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象E在光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光由紅光改為綠光，則干涉條紋間距變窄解析用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的薄膜干涉現(xiàn)象，A錯誤；用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的折射形成的色散現(xiàn)象，B錯誤；在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射現(xiàn)象，C正確；光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，D正確；由x知E正確答案CDE2.(xx中山二模)如圖所示，兩束單色光a、b從水下射向A點(diǎn)后，光線經(jīng)折射合成一束光c，則下列說法中正確的是()A用同一雙縫干涉實驗裝置分別以a、b光做實驗，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距B用a、b光分別做單縫衍射實驗時，它們的衍射條紋寬度都是均勻的C在水中a光的速度比b光的速度小Da光在水中的臨界角大于b光在水中的臨界角Ea光的頻率小于b光的頻率解析由題圖可判斷a光的折射率小，頻率小，波長長，因此同一裝置的干涉條紋間距大，故A、E正確衍射條紋都是不均勻的，故B錯由v知，a光在水中的傳播速度大，故C錯由sin C知，a光臨界角大，故D正確答案ADE3.(xx成都摸底)如圖所示為條紋總寬度相同的4種明暗相間的條紋，其中有兩種是紅光、藍(lán)光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣，還有兩種是黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(灰黑色部分表示亮紋)則圖中從左向右排列，亮條紋的顏色依次是()A紅黃藍(lán)紫B紅紫藍(lán)黃C藍(lán)紫紅黃 D藍(lán)黃紅紫解析由雙縫干涉條紋間距公式可知，左側(cè)第一個是紅光通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣，第三個是藍(lán)光通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣；由單縫衍射可知，左側(cè)第二個是紫光通過同一個單縫形成的衍射圖樣，左側(cè)第四個是黃光通過同一個單縫形成的衍射圖樣，所以選項B正確答案B光學(xué)實驗命題規(guī)律：光學(xué)實驗包括測折射率和雙縫干涉實驗，對折射定律結(jié)合幾何知識計算折射率以及與雙縫干涉實驗相關(guān)問題的考查，預(yù)計將成為xx高考的命題點(diǎn) 解析(1)由x知：增大雙縫間距d，x將變??；綠光換為紅光，即增大，x將變大(2)螺旋測微器的讀數(shù)時應(yīng)該：先讀整數(shù)刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動刻度圖乙讀數(shù)為13.870 mm，圖甲讀數(shù)為 2.320 mm，所以相鄰條紋間距x mm2.310 mm由條紋間距公式x得：代入數(shù)值得：6.6107 m6.6102 nm.答案(1)變小變大(2)13.8702.3106.6102最新預(yù)測1如圖所示，有一圓柱形容器，底面半徑為R，在容器底面的中心O處有一點(diǎn)光源S，點(diǎn)光源S發(fā)出的光經(jīng)時間t可以傳到容器的邊緣P.若容器內(nèi)倒?jié)M某液體，點(diǎn)光源S發(fā)出的光經(jīng)時間2t可以傳到容器的邊緣P且恰好發(fā)生全反射(光在空氣中的傳播速度可近似等于光在真空中的傳播速度)求：(1)液體的折射率n；(2)容器的高度h.解析：(1)設(shè)O、P之間的距離為d，光在空氣中的傳播速度為c，光在該液體中的傳播速度為v，則dct，d2vt液體的折射率n所以n2.(2)如圖所示，光線在P處恰好發(fā)生全反射時，入射角設(shè)為C，則sin C所以C30得hR.答案：(1)2(2)R最新預(yù)測2某同學(xué)設(shè)計了一個測定激光波長的實驗裝置，如圖甲所示，激光器發(fā)出的一束直徑很小的紅色激光進(jìn)入一個一端裝雙縫、另一端裝有感光片的遮光筒，感光片的位置上出現(xiàn)一排等距的亮點(diǎn)，圖乙中的黑點(diǎn)代表亮點(diǎn)的中心位置(1)通過量出相鄰光點(diǎn)的距離可算出激光的波長據(jù)資料介紹：若雙縫的縫間距離為a，雙縫到感光片的距離為L，感光片相鄰兩光點(diǎn)間的距離為b，則光的波長.該同學(xué)測得L1.000 0 m，雙縫間距a0.220 mm，用帶十分度游標(biāo)的卡尺測感光片上的點(diǎn)間距離時，尺與點(diǎn)的中心位置如圖乙所示圖乙中第1個光點(diǎn)到第4個光點(diǎn)的距離是_mm.實驗中激光的波長_m(保留兩位有效數(shù)字)(2)如果實驗時將紅激光換成藍(lán)激光，屏上相鄰兩光點(diǎn)間的距離將_解析：(1)由乙圖可知第1個光點(diǎn)到第4個光點(diǎn)間的距離b8.6 mm，b2.9 mmb2.9103 m6.4107 m.(2)如果實驗時將紅激光換成藍(lán)激光，變小了，由b可得，屏上相鄰兩光點(diǎn)的間距將變小答案：(1)8.66.4107(2)變小1對如圖所示的圖片、示意圖或?qū)嶒炑b置圖，下列判斷準(zhǔn)確無誤的是()A甲圖是小孔衍射的圖樣，也被稱為“泊松亮斑”B乙圖是薄膜干涉的應(yīng)用，用來檢測平面的平整程度C丙圖是雙縫干涉原理圖，若P到S1、S2的路程差是半波長的偶數(shù)倍，則是亮紋D丁圖是薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置圖，在附有肥皂膜的鐵絲圈上，出現(xiàn)豎直干涉條紋E戊圖是波的振動圖象，其振幅為8 cm，振動周期為4 s解析：選BCE.甲圖是小孔衍射的圖樣，但不是“泊松亮斑”，故A錯丁圖是薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置圖，但其干涉條紋應(yīng)為水平的，故D錯2(xx高考福建卷)在均勻介質(zhì)中，一列沿x軸正向傳播的橫波，其波源O在第一個周期內(nèi)的振動圖象如右圖所示，則該波在第一個周期末的波形圖是()解析：選D.由波的形成規(guī)律可知，一個周期內(nèi)x0處，質(zhì)點(diǎn)剛好完成一次全振動，結(jié)合振動圖象知，質(zhì)點(diǎn)在平衡位置向下運(yùn)動；x(為該波波長)處，質(zhì)點(diǎn)振動了個周期，質(zhì)點(diǎn)位于正向最大位移處；x處的質(zhì)點(diǎn)，振動了個周期，質(zhì)點(diǎn)位于負(fù)向最大位移處選項D正確3(xx高考北京卷)一簡諧機(jī)械橫波沿x軸正方向傳播，波長為，周期為T.t0時刻的波形如圖甲所示，a、b是波上的兩個質(zhì)點(diǎn)圖乙是波上某一質(zhì)點(diǎn)的振動圖象下列說法正確的是()At0時質(zhì)點(diǎn)a的速度比質(zhì)點(diǎn)b的大Bt0時質(zhì)點(diǎn)a的加速度比質(zhì)點(diǎn)b的小C圖乙可以表示質(zhì)點(diǎn)a的振動D圖乙可以表示質(zhì)點(diǎn)b的振動解析：選D.圖甲為波的圖象，圖乙為振動圖象t0時刻，a質(zhì)點(diǎn)在波峰位置，速度為零，加速度最大；b質(zhì)點(diǎn)在平衡位置，加速度為零，速度最大，故選項A、B錯；在波的圖象中，根據(jù)同側(cè)法由傳播方向可以判斷出質(zhì)點(diǎn)的振動方向，所以t0時刻，b點(diǎn)在平衡位置且向下振動，故選項C錯D對4一列簡諧橫波沿直線由A向B傳播，A、B相距0.45 m，如圖是A處質(zhì)點(diǎn)的振動圖象當(dāng)A處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動到波峰位置時，B處質(zhì)點(diǎn)剛好到達(dá)平衡位置且向y軸正方向運(yùn)動，這列波的波速可能是()A4.5 m/sB3.0 m/sC1.5 m/sD0.9 m/s E0.5 m/s解析：選ADE.橫波是由A向B傳播的，而且在A到達(dá)波峰的時刻，B處于平衡位置向上運(yùn)動，則：A、B相距l(xiāng)n，所以(n0,1,2，)根據(jù)v m/s(n0,1,2，)當(dāng)n0時v4.5 m/s，當(dāng)n1時v0.9 m/s，當(dāng)n2時v0.5 m/s等，正確答案為ADE.5(xx高考重慶卷)打磨某剖面如圖所示的寶石時，必須將OP、OQ邊與軸線的夾角切磨在12，光線一定在OP邊發(fā)生全反射B若2，光線會從OQ邊射出C若1，光線會從OP邊射出D若2，光線不能在OP邊上發(fā)生全反射；若0)現(xiàn)已有針對某些電磁波設(shè)計制作的人工材料，其折射率可以為負(fù)值(n0)，稱為負(fù)折射率材料位于空氣中的這類材料，入射角i與折射角r依然滿足n，但是折射線與入射線位于法線的同一側(cè)(此時折射角取負(fù)值)現(xiàn)空氣中有一上下表面平行的負(fù)折射率材料，一束電磁波從其上表面射入，下表面射出若該材料對此電磁波的折射率n1，正確反映電磁波穿過該材料的傳播途徑的示意圖是()解析：選B.由題意知，折射線和入射線位于法線的同一側(cè)，n1，由折射定律可知，入射角等于折射角，所以選項B正確7(1)一列簡諧橫波沿直線傳播，某時刻該列波上正好經(jīng)過平衡位置的兩質(zhì)點(diǎn)相距6 m，且這兩質(zhì)點(diǎn)之間的波峰只有一個，則該簡諧波可能的波長為_A4 mB6 mC8 mD10 m E12 m(2)兩束平行的細(xì)激光束，垂直于半圓柱玻璃的平面射到半圓柱玻璃上，如圖所示已知其中一條光線沿直線穿過玻璃，它的入射點(diǎn)是O；另一條光線的入射點(diǎn)為A，穿過玻璃后兩條光線交于P點(diǎn)已知玻璃截面的圓半徑為R，OA，玻璃材料的折射率為，求OP的長度解析：(1)根據(jù)題意，兩質(zhì)點(diǎn)之間的波峰只有一個，可能情況有：6 m，12 m6 m6 m，4 m，故選項ABE正確(2)畫出如圖所示光路圖自A點(diǎn)入射的光線在B點(diǎn)發(fā)生折射：n且sin iOA/OB得r60可知OPBPOB30故OP2Rcos 30R.答案：(1)ABE(2)R8.(1)某同學(xué)用單色光進(jìn)行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到如圖甲所示的條紋，僅改變一個實驗條件后，觀察到的條紋如圖乙所示他改變的實驗條件可能是_A減小光源到單縫的距離B減小雙縫之間的距離C增大雙縫到光屏之間的距離D換用頻率更高的單色光源E換用頻率更低的單色光源(2)太空教師王亞平在“天宮一號” 中授課時做了一個“水球”實驗現(xiàn)在我們借用王亞平的“水球”來研究另一個光學(xué)問題：設(shè)“水球”的半徑為R，折射率為n，AB是“水球”的一條直徑，現(xiàn)有一細(xì)光束沿與AB平行的方向在某點(diǎn)射入“水球”，經(jīng)過一次折射后恰好經(jīng)過B點(diǎn)，則入射光束到AB的距離是多少？解析：(1)在雙縫干涉中，相鄰明條紋間的距離x，由題圖知干涉條紋間距變寬，故可增大l、或減小d.根據(jù)c知要增大，應(yīng)減小.選項B、C、E正確，選項A、D錯誤(2)設(shè)光線P經(jīng)C折射到B點(diǎn)，光路如圖所示根據(jù)折射定律n由幾何關(guān)系得：2聯(lián)立上式得：60，30所以Rsin 60R.答案：(1)BCE(2)R9(xx湖北八校聯(lián)考)(1)在t0時刻向平靜水面的O處投下一塊石頭，水面波向東西南北各個方向傳播開去，當(dāng)t1 s時水面波向西剛剛傳到M點(diǎn)(圖中只畫了東西方向，南北方向沒畫出)，OM的距離為1 m，振動的最低點(diǎn)N距原水平面15 cm，如圖所示，則以下分析正確的是_At1 s時O點(diǎn)的運(yùn)動方向向上B該水面波的波長為2 mC振動后原來水面上的M點(diǎn)和N點(diǎn)永遠(yuǎn)不可能同時出現(xiàn)在同一水平線上Dt1.25 s時刻M點(diǎn)和O點(diǎn)的速度大小相等方向相反Et2 s時刻N(yùn)點(diǎn)處于平衡位置(2)如圖所示，在MN的下方足夠大的空間是玻璃介質(zhì)，其折射率為n，玻璃介質(zhì)的上邊界MN是屏幕玻璃中有一正三角形空氣泡，其邊長l40 cm，頂點(diǎn)與屏幕接觸于C點(diǎn)，底邊AB與屏幕平行一束激光a垂直于AB邊射向AC邊的中點(diǎn)O，結(jié)果在屏幕MN上出現(xiàn)兩個光斑求兩個光斑之間的距離L；若任意兩束相同激光同時垂直于AB邊向上入射進(jìn)入空氣泡，求屏幕上相距最遠(yuǎn)的兩個光斑之間的距離解析：(2)畫出光路圖如圖甲所示在界面AC，a光的入射角160由光的折射定律有：n代入數(shù)據(jù)求得折射角230由光的反射定律得反射角360由幾何關(guān)系易得：ODC是邊長為l/2的正三角形，COE為等腰三角形，CEOCl/2，故兩光斑之間的距離LDCCE40 cm.光路圖如圖乙所示，屏幕上相距最遠(yuǎn)的兩個光斑之間的距離為PQ2l80 cm.答案：(1)ABD(2)40 cm80 cm10(xx西城區(qū)二模)(1)鋪設(shè)鋼軌時，每兩根鋼軌接縫處都必須留有一定的間隙，勻速運(yùn)行的列車經(jīng)過軌端接縫處時，車輪就會受到一次沖擊由于每一根鋼軌長度相等，所以這個沖擊力是周期性的，列車受到周期性的沖擊做受迫振動普通鋼軌長為12.6 m，列車固有振動周期為0.315 s下列說法正確的是_A列車的危險速率為40 m/sB列車過橋需要減速，是為了防止列車發(fā)生共振現(xiàn)象C列車運(yùn)行的振動頻率和列車的固有頻率總是相等的D列車運(yùn)行的振動頻率總等于其驅(qū)動力的頻率E增加鋼軌的長度有利于列車高速運(yùn)行(2)一半徑為R的半圓形玻璃磚橫截面如圖所示，O為圓心，一束平行光線照射到玻璃磚MO面上，中心光線a沿半徑方向射入玻璃磚后，恰在O點(diǎn)發(fā)生全反射，已知aOM45.求：玻璃磚的折射率n；玻璃磚底面MN出射光束的寬度是多少？(不考慮玻璃磚MON面的反射)解析：(1)列車在行駛過程中與鋼軌間隙的碰撞，給列車施加了一個周期性的驅(qū)動力，要使列車不發(fā)生危險，應(yīng)使驅(qū)動力的周期遠(yuǎn)離列車的固有周期，因固有周期T00.315 s，所以驅(qū)動力周期TT00.315 s時使列車發(fā)生共振，振幅最大，最為危險，則由T得危險速度v40 m/s，所以A項正確列車過橋時應(yīng)防止橋梁發(fā)生共振導(dǎo)致橋梁坍塌，而不是防止列車發(fā)生共振，基本的做法是減小列車速度，所以B項錯誤物體受迫振動時的振動頻率總等于驅(qū)動力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)，所以C項錯誤，D正確增加鋼軌的長度，使驅(qū)動力頻率遠(yuǎn)離列車的固有頻率，是提高列車車速的一種措施，所以E項正確(2)由n得n.分析可知：進(jìn)入玻璃磚入射到MO的光線均發(fā)生全反射，從O點(diǎn)入射的光的路徑如圖所示由n得30，可知30、45，出射光束平行ODRtan 30R出射光束的寬度dODsin 45R.答案：(1)ADE(2)R