2021版江蘇專用高考物理二輪復習講義 第二部分 倒計時第2天 選修3-4 機械振動和機械波 光

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1、 倒計時第 2 天 . 選修 3－4  機械振動和機 械波  光  電磁波 A．主干回憶 B．精要檢索 一、機械振動和機械波 1．簡諧運動的公式和圖象 (1)描述振動的物理量 下載后可自行編輯修改，頁腳下載后可刪除。 f ? ? T 0 . ①振幅：振動物體離開平衡位置的最大距離，用 A 表示． ②周期：做簡諧運動的物體完成一次全振動所需要的時間，用 T 表示． ③頻率：單位時間內完成全振動的次數(shù)，用 f 表示． 1 ④周期和頻率都是描述振動快慢的物理量，其關系

2、為 T＝ ． (2)簡諧運動：物體所受的力跟偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總指向 平 衡 位 置 的 振 動 ． 動 力 學 特 征 ： F ＝ － kx ． 簡 諧 運 動 的 表 達 式 為 x ＝ 2π Asin? t＋φ ÷． è ? (3)簡諧運動的圖象 簡諧運動的圖象是正弦或余弦函數(shù)曲線． 圖象的應用：①可直接讀取振幅 、周期、各時刻的位移．②判定各時刻回復 力、加速度及速度的方向．③判定某段時間內位移、回復力、加速度、速度、 動能、勢能的變化情況． 2．單擺、單擺的周期公式 在偏角很小(θ≤5°)的情況下，單擺做簡諧運動．

3、 (1)單擺的周期公式 T＝2π  l g  ．公式中 l 為單擺的等效擺長，是指懸點到擺球 球心的距離． (2)由周期公式可知，單擺的振動周期與擺球質量 m 和振幅 A 無關，只與擺長 l 和當?shù)氐闹亓铀俣扔嘘P． (3)單擺的回復力是重力沿圓弧切線方向的分力． 3．受迫振動和共振 (1)物體在外界驅動力 ( 能夠使物體發(fā)生振動的周期性外力 )作用下的振動叫做 受迫振動． (2)物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅動力的頻率，跟物體的固有 頻率無關． (3)驅動力的頻率接近物體的固有頻率時，受迫振動的振幅最大的現(xiàn)象叫做共 振．

4、 4．機械波 (1)機械波的分類：橫波和縱波 下載后可自行編輯修改，頁腳下載后可刪除。 T . 橫波是質點振動方向與波的傳播方向垂直，縱波是質點振動方向與波的傳播 方向在同一直線上． (2)機械波的特點 ①對理想的簡諧波，各質點振幅一樣． ②各質點的振動周期都與波源的振動周期一樣． ③離波源越遠的質點，振動越滯后． ④各質點只在各自的平衡位置附近振動，并不沿波的傳播方向遷移． ⑤機械波向前傳播的是運動形式，也是傳播能量和傳遞信息的方式． 5．波速、波長和頻率(周期)的關系 λ 波速與波長、周期(頻率)的關系：v＝

5、 ＝λf． (1)周期和頻率只與波源有關，波在傳播過程中周期和頻率不變． (2)波速只與介質有關，在同一種均勻介質中，波速是一個定值，與波源無關． (3)波長既與波源有關又與介質有關． 6．波的干預和衍射現(xiàn)象 (1)產生干預的條件：兩列波的頻率相等． 現(xiàn)象：兩列波相遇時，某些區(qū)域總是振動加強，某些區(qū)域總是振動減弱，且 振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)相互間隔． (2)產生明顯衍射的條件：孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不大，或者比 波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象． 7．多普勒效應：波源的頻率是不改變的，只是由于波源和觀察者之間有相對運 動，觀察者感到頻率發(fā)

6、生了變化．靠近(或遠離)波源，頻率增大(或減小)． 二、電磁波 1．變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場，電磁涉及其傳播 (1)麥克斯韋電磁場理論：變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場． (2)電磁波：變化的磁場和變化的電場交替產生，形成電磁場，電磁場由近及 遠地向外傳播形成電磁波． 電磁波是橫波，電磁波在真空中的速度為 c＝3×10  8  m/s． 2．電磁波的產生、發(fā)射和接收 (1)電磁波的產生：振蕩電路的特點——采用開放電路、頻率足夠高． 下載后可自行編輯修改，頁腳下載后可刪除。 1 sin θ v

7、1 2 n d . (2)發(fā)射電磁信號需經過調制過程，調制分調幅、調頻兩種． (3)調諧：使接收電路產生電諧振的過程． 解調：使聲音或圖象信號從高頻電流中復原出來的過程． 3．電磁波譜 電磁波按波長由長到短的排列順序為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、 X 射線、γ 射線． 三、光 1．光的折射定律 (1)折射定律：折射光線跟入射光線和法線在同一平面內，折射光線和入射光 線分居在法線兩側，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比． (2)在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的． 2．折射率 sin θ c 折射率：n＝ ＝ ，其

8、中 θ 為光在真空(空氣)中的入射角，θ 為光在介質 2 中的折射角，c 為光在真空中的傳播速度，v 為光在介質中的傳播速度． 3．全反射、光導纖維 (1)全反射條件：①光從光密介質射入光疏介質． ②入射角大于等于臨界角． (2)現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下反射光． 1 (3)臨界角：sin C＝ ，C 為折射角等于 90°時的入射角． (4)應用——光導纖維 它由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率比外套的折射率大，光傳播時在內 芯與外套的界面上發(fā)生全反射． 4．光的干預、衍射和偏振現(xiàn)象 (1)干預現(xiàn)象：兩列相干光波相疊加，某些區(qū)域的光被加強

9、，某些區(qū)域的光被 減弱，且加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔的現(xiàn)象叫光的干預現(xiàn)象． 干預條件：兩光源發(fā)出的光頻率一樣，相位差恒定． l 雙縫干預：①條紋間距：Δx＝ λ ②亮、暗條紋產生的條件：某點到雙縫的距離之差 下載后可自行編輯修改，頁腳下載后可刪除。 2 ? . ìnλ(n＝0，1，2，…) 亮條紋 ? Δx＝í λ ?(2n＋1)(n＝0，1，2，…) 暗條紋 (2)薄膜干預 ①形成：由薄膜前后外表反射的光疊加而成．(薄膜一般指肥皂膜或空氣膜等) ②條紋：彼此平行的明暗相間的條紋．假設白光入射，得到平行的彩色條紋． ③應用：增透膜

10、(其厚度應為光在薄膜中波長的四分之一)用于檢查工件外表的 平整度． (3)光的衍射 光在傳播過程中遇到障礙物時，偏離原來的直線傳播路徑，繞到障礙物后面 繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫光的衍射． (4)光的偏振 在與光波傳播方向垂直的平面內，光振動沿各個方向均勻分布的光叫自然光， 光振動只沿著某個特定方向的光叫偏振光． C．考前熱身 1．(2021· 揚州模擬)(1)(多項選擇)以下說法中正確的選項是________． A．照相機、攝影機鏡頭外表涂有增透膜，利用了光的干預原理 B．在光的雙縫干預實驗中，假設僅將入射光由綠光變?yōu)榧t光，那么條紋間距 變窄 C．

11、太陽光是偏振光 D．相對論認為空間和時間與物體的運動狀態(tài)有關 (2)某同學用插針法測半圓形玻璃磚的折射率，局部實驗步驟如下： 圖 1 A．將玻璃磚放置在固定于水平木板的白紙上，用鉛筆記錄玻璃磚直徑的兩 個端點 EF； B．先取走玻璃磚，連接 EF，作 EF 的中垂線 MN 交于 EF 于 O 點，取直線 下載后可自行編輯修改，頁腳下載后可刪除。 1 2 1 2 3 3 3 3 1 2 λ . OQ，在 OQ 上豎直地插上大頭針 P 、P ； C．再將玻璃磚放回原位置，在圖中 EF 的下方透過玻璃磚觀察

12、 P 、P ； D．為確定出射光線 OR，至少還須插 1 枚大頭針 P ，在插入第三個大頭針 P 時，要使它________． 如圖 1 是某次實驗時在白紙上留下的痕跡，根據該圖可算得玻璃的折射率 n ＝________．(計算結果保存兩位有效數(shù)字) (3)如圖 2 所示是一列沿 x 軸正方向傳播的簡諧橫波在 t＝0 時刻的波形圖， 波的傳播速度 v＝2 m/s． 圖 2 ①寫出 x＝0．5 m 處的質點做簡諧運動的表達式； ②求出 x＝0．5 m 處的質點在 0～5．5 s 內通過的路程． 【解析】 (1)照相機、攝影機鏡頭外表涂有增透膜，是 利用了光的干預

13、原理，A 正確；在光的雙縫干預實驗中， 由 Δx＝  L d  λ 可知，僅入射光由綠光換為紅光 ，那么條紋 間距變寬，B 錯誤；太陽光是自然光，C 錯誤；相對論認為空間和時間與物 體的運動速度有關，D 正確． (2)確定第三個大頭針 P 的位置的方法是：使 P 擋住 P 、P 的像．在 OQ 和 OR 上截取一樣的長度 OG 和 OH，過 G 和 H 作法線 MN 的垂線，垂足分別為 I 和 J，用 mm 刻度尺測量出 GI 和 HJ，那么玻璃的折射率 n＝  HJ GI  ＝1．7． (3)由波形圖可知，A＝

14、5 cm λ＝2．0 m． 那么波的周期 T＝ ＝1．0 s v ①x＝0．5 m 處的質點 t＝0 時的位移為 A＝5 cm 下載后可自行編輯修改，頁腳下載后可刪除。 T 1 2 . 故 x＝0．5 m 處質點做簡諧運動的表達式 2π y＝5cos t cm＝5cos 2πt cm． ②t＝5．5 s＝5．5T，故 x＝0．5 m 處質點振動的路程為 4A×5．5＝22A＝110 cm． 【答案】  (1)AD (2)擋住 P 、P 的像 (3)①y＝5cos 2πt cm  1．7(1．5～1．9 都

15、算對) ②110 cm 2．(2021· 無錫模擬)(1)(多項選擇)以下關于圖 3 所示的圖象描述和判斷中正確的 選項是________． 【導學號：17214240】 圖 3 A．圖甲是多普勒效應的圖象，B 處的觀察者接收到波的頻率大于波源發(fā)出的 頻率 B．圖甲是多普勒效應的圖象，A 處的觀察者接收到波的頻率大于波源發(fā)出的 頻率 C．圖乙是受迫振動的振幅隨驅動力頻率變化的圖象，物體做受迫振動時頻率 始終等于固有頻率 D ．圖乙是受迫振動的振幅隨驅動力頻率變化的圖象，當驅動力的頻率等于 固有頻率時振幅最大 (2)如圖 4 甲所示，A、B

16、 兩人乘坐兩艘飛船分別以 0．6c 和 0．8c 的速度相向 運動，分別向對方發(fā)射一列相干光波，設真空中光速為 c，B 觀察到 A 發(fā)出光 波的速度為 ________________，地面上的觀察者看到兩列光波相遇如圖乙所 示，實線表示光波的波峰，那么 MN 連線的中點 F 的振動________(選填“加 強〞、“減弱〞或“不振動〞)； 下載后可自行編輯修改，頁腳下載后可刪除。 sin . 圖 4 (3)光導纖維現(xiàn)已在通訊、醫(yī)療技術中大量使用，如圖 5 所示，一束光不管以 多大的入射角射到光纖的 ab 面上，經光纖傳導后都能從光纖的 cd 面射出，

17、實現(xiàn)信息的傳遞，求光纖的折射率應滿足的條件． 【解析】  圖 5 (1)波在同一種均勻介質中是勻速傳播的 ，由圖甲可知，波源在靠 近 B 處，遠離 A 處，所以 B 處的觀察者接收到波的頻率大于波源發(fā)出的頻率， A 處的觀察者接收到波的頻率小于波源發(fā)出的頻率，應選項 A 正確 ，選項 B 錯誤．根據共振的條件知選項 D 正確、C 錯誤． (2)根據相對論光速不變原理可知 ，B 觀察到 A 發(fā)出光波的速度為 c，由于光 速不變，因此兩列光的波峰到達 F 點時通過的距離相等，因此所用時間相等， 即兩波峰同時到達 F 點，那么中點 F 的振動為加強．

18、 (3)由題意“光束不管以多大的入射角射到光纖的 ab 面上，經光纖傳導后都能 從光纖的 cd 面射出〞可知，光束進入纖維后在 ad、bc 面上將發(fā)生全反射， 作出光路示意圖如以下圖所示，由折射定律有：n＝  sin i  ，顯然入射角 i 越大， 折射角 γ 越大，光束到達 ad 面上時的入射角 α 越小，要使能發(fā)生全反射 ，需 滿足：α≥C(其中 C 為臨界角)，即有 sin α≥  1 n 不妨設光束以最大入射角 i＝90°入射至 ab 面，此時有：n＝  1 sin γ 下載后可自行編輯修改，頁腳下載后可刪除。 . 由圖中幾何關系有：γ＋α＝90° 解得：n≥ 2． 【答案】  (1)AD (2)c  加強  (3)n≥ 2 下載后可自行編輯修改，頁腳下載后可刪除。