2019版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題七 選考模塊 第2講 機械振動和機械波 光 電磁波課件.ppt

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第2講機械振動和機械波光電磁波 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 1 機械振動和機械波 2 光電磁波 1 分析簡諧運動的技巧 1 物理量變化分析 以位移為橋梁 位移增大時 振動質(zhì)點的回復(fù)力 加速度 勢能均增大 速度 動能均減小 反之 則產(chǎn)生相反的變化 2 矢量方向分析 矢量均在其值為零時改變方向 2 波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向判斷方法 1 上下坡 法 沿波的傳播方向 上坡 時質(zhì)點向下振動 下坡 時質(zhì)點向上振動 2 同側(cè) 法 波形圖上某點表示傳播方向和振動方向的箭頭在圖線同側(cè) 3 微平移 法 將波形沿傳播方向進行微小的平移 再通過因波形平移引起質(zhì)點的運動方向來確定 規(guī)律方法 3 幾何光學(xué)臨界問題的分析畫出正確的光路圖 從圖中找出各種幾何關(guān)系 利用好光路圖中的臨界光線 準確地判斷出恰好發(fā)生全反射的臨界條件 4 數(shù)學(xué)知識 1 平行線 三角形 圓等有關(guān)幾何定理 2 三角函數(shù)知識 3 相似三角形的性質(zhì) 4 勾股定理 5 正弦 余弦定理 5 數(shù)理轉(zhuǎn)化幾何光學(xué)的求解通常要畫出臨界光線與邊界光線 用相關(guān)的幾何知識與數(shù)學(xué)方法進行求解 典例1 2018 全國卷 34 1 5分 聲波在空氣中的傳播速度為340m s 在鋼鐵中的傳播速度為4900m s 一平直橋由鋼鐵制成 某同學(xué)用錘子敲擊一下橋的一端發(fā)出聲音 分別經(jīng)空氣和橋傳到另一端的時間之差為1 00s 橋的長度為 m 若該聲波在空氣中的波長為 則它在鋼鐵中的波長為 的 倍 振動 或波動 與光的折射 全反射的組合 2 10分 如圖1 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(jīng)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 圖1 求出射光相對于D點的入射光的偏角 為實現(xiàn)上述光路 棱鏡折射率的取值應(yīng)在什么范圍 2 光線在BC面上折射 由折射定律有sini1 nsinr1 式中 n為棱鏡的折射率 i1和r1分別是該光線在BC面上的入射角和折射角 光線在AC面上發(fā)生全反射 由反射定律有i2 r2 式中i2和r2分別是該光線在AC面上的入射角和反射角 光線在AB面上發(fā)生折射 由折射定律有nsini3 sinr3 式中i3和r3分別是該光線在AB面上的入射角和折射角 由幾何關(guān)系得i2 r2 60 r1 i3 30 F點的出射光相對于D點的入射光的偏角為 r1 i1 180 i2 r2 r3 i3 由 式得 60 光線在AC面上發(fā)生全反射 光線在AB面上不發(fā)生全反射 有nsini2 nsinC nsini3 式中C是全反射臨界角 滿足nsinC 1 典例2 2018 全國卷 34 1 5分 一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播 在t 0和t 0 20s時的波形分別如圖2中實線和虛線所示 已知該波的周期T 0 20s 下列說法正確的是 填正確答案標(biāo)號 選對1個得2分 選對2個得4分 選對3個得5分 每選錯1個扣3分 最低得分為0分 圖2 A 波速為0 40m sB 波長為0 08mC x 0 08m的質(zhì)點在t 0 70s時位于波谷D x 0 08m的質(zhì)點在t 0 12s時位于波谷E 若此波傳入另一介質(zhì)中其波速變?yōu)? 80m s 則它在該介質(zhì)中的波長為0 32m 2 10分 如圖3 某同學(xué)在一張水平放置的白紙上畫了一個小標(biāo)記 圖中O點 然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個標(biāo)記上 小標(biāo)記位于AC邊上 D位于AB邊上 過D點做AC邊的垂線交AC于F 該同學(xué)在D點正上方向下順著直線DF的方向觀察 恰好可以看到小標(biāo)記的像 過O點做AB邊的垂線交直線DF于E DE 2cm EF 1cm 求三棱鏡的折射率 不考慮光線在三棱鏡中的反射 圖3 2 過D點作AB邊的法線NN 連接OD 則 ODN 為O點發(fā)出的光線在D點的入射角 設(shè)該光線在D點的折射角為 如圖所示 根據(jù)折射定律有nsin sin 式中n為三棱鏡的折射率 由幾何關(guān)系可知 60 EOF 30 在 OEF中有EF OEsin EOF 由 式和題給條件得OE 2cm 根據(jù)題給條件可知 OED為等腰三角形 有 30 1 1 5分 波源S在t 0時刻從平衡位置開始向上振動 形成向左 右兩側(cè)傳播的簡諧橫波 S a b c和a b c 是沿波傳播方向上的間距為1m的6個質(zhì)點 t 0時刻各質(zhì)點均處于平衡位置 如圖4所示 已知波的傳播速度為8m s 當(dāng)t 0 125s時波源S第一次達最高點 則 填正確答案標(biāo)號 選對1個得2分 選對2個得4分 選對3個得5分 每選錯1個扣3分 最低得分為0分 圖4 A 任意時刻質(zhì)點c與質(zhì)點c 振動狀態(tài)完全相同B t 0 28s時質(zhì)點a的速度正在減小C t 2 375s時質(zhì)點b 處于波谷D 波傳到c點時 質(zhì)點c開始向上振動E 若波源S向距它40m的接收器勻速靠近 接收器接收到的頻率將大于2Hz 圖5 2 延長ab 過P作ab的垂線交于c 連接PS1與液面交點為O 設(shè)折射角為i1 入射角為i2 2 1 5分 在做 用單擺測定重力加速度 的實驗中 下列說法正確的是 填正確答案標(biāo)號 選對1個得2分 選對2個得4分 選對3個得5分 每選錯1個扣3分 最低得分為0分 圖6 A 用擺線長作為擺長 測出的重力加速度值會偏小B 在同質(zhì)量的鋁球和銅球中選擇 應(yīng)選擇鋁球作為擺球C 取單擺擺角小于5 進行實驗 是為了減小實驗的偶然誤差D 擺球運動經(jīng)過平衡位置時開始計時 用機械秒表測得經(jīng)過40個周期的時間如圖6所示 則此單擺周期為1 81sE 測量單擺振動40個周期的時間除以40算出的周期與直接測量振動1個周期的時間相比 是為了減小實驗的偶然誤差 圖7 2 光線在介質(zhì)中的光路圖如圖所示 3 1 5分 如圖8所示 一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播 t 0時的波形如圖所示 此時波剛好傳到x 5m處的P點 t 1 2s時x 6m處Q點第一次有沿y軸正方向的最大速度 則以下說法正確的是 填正確答案標(biāo)號 選對1個得2分 選對2個得4分 選對3個得5分 每選錯1個扣3分 最低得分為0分 圖8 圖9 紅光從哪些面射出 射出的光線在光屏上能接收到嗎 如果能接收到 紅光射到屏上的位置距A點的距離是多少 如果光屏能接收到紅光 求紅光從射入該材料磚到光屏接收到紅光的時間 2 如圖所示 光射向半圓形玻璃磚的圓心O時在半圓內(nèi)不改變傳播方向 射到AC邊時入射角是30 說明全反射的臨界角大于30 由此可知紅光在AC面發(fā)生反射和折射 由幾何關(guān)系可知反射光線垂直BA邊射出 與光屏無交點 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(jù)題意 分析 尋找臨界光線 邊界光線為研究對象 2 找入射點 確認界面 并畫出法線 3 明確兩介質(zhì)折射率的大小關(guān)系 若光疏 光密 定有反射 折射光線 若光密 光疏 如果入射角大于或等于臨界角 一定發(fā)生全反射 4 根據(jù)反射定律 折射定律列出關(guān)系式 結(jié)合幾何關(guān)系 聯(lián)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(guān)系 三角函數(shù) 相似形 全等形等 仔細分析光傳播過程中產(chǎn)生的幾何關(guān)系 典例 2018 全國卷 34 1 5分 如圖10 ABC為一玻璃三棱鏡的橫截面 A 30 一束紅光垂直AB邊射入 從AC邊上的D點射出 其折射角為60 則玻璃對紅光的折射率為 若改用藍光沿同一路徑入射 則光線在D點射出時的折射角 填 小于 等于 或 大于 60 光學(xué)基本知識與波動 或振動 的組合 圖10 圖11 波速及波的傳播方向 質(zhì)點Q的平衡位置的x坐標(biāo) 1 1 5分 如圖12所示 一束復(fù)色光射到三棱鏡上 從三棱鏡另一面射出兩單色光A B 兩種色光中折射率較小的是 如果增大入射角 則先發(fā)生全反射的是 如果A B兩種光使用同一裝置做雙縫干涉實驗 條紋間距較大的是 圖12 2 10分 一列簡諧波沿x軸正方向傳播 該波在t 1 0s時的圖象如圖13甲所示 介質(zhì)中質(zhì)點P的振動圖象如圖乙所示 求 圖13 該列簡諧波的波速v 在0 10s時間內(nèi)質(zhì)點M的路程s和位移 2 1 5分 圖示14為 用雙縫干涉測光的波長 的實驗裝置 從左到右依次放置 光源 紅色濾光片 遮光筒 光屏 下列說法正確的是 填正確答案標(biāo)號 選對1個得2分 選對2個得4分 選對3個得5分 每選錯1個扣3分 最低得分為0分 圖14 2 10分 在圖15甲中 輕彈簧上端固定 下端系一質(zhì)量為m 0 2kg的小球 現(xiàn)讓小球在豎直方向上做簡諧運動 小球從最高點釋放時開始計時 小球相對平衡位置的位移y隨時間t按正弦規(guī)律變化 如圖乙所示 取g 10m s2 圖15 寫出小球相對平衡位置的位移y的表達式 求0 9 2s內(nèi)小球的總路程s 并指出t 9 2s時小球的位置 2 由題圖乙可知 周期T 0 8s振幅A 0 1m 3 1 5分 如圖16所示 等邊三角形AOB為透明柱狀介質(zhì)的橫截面 一束單色光PQ平行于角平分線OM射向OA 在界面OA發(fā)生折射 折射光線平行于OB且恰好射到M點 不考慮反射光線 則 填正確答案標(biāo)號 選對1個得2分 選對2個得4分 選對3個得5分 每選錯1個扣3分 最低得分為0分 圖16 2 10分 如圖17所示 虛線是一列簡諧橫波在t 0時刻的波形 實線是這列波在t 1s時刻的波形 圖17 若波沿x軸正方向傳播 則從t 1s時刻開始 x 3m處的質(zhì)點第一次回到平衡位置需要的時間最長為多少 若波速大小為75m s 則波的傳播方向如何 2 由圖象可知 波長 8m當(dāng)波沿x軸正方向傳播時 波在 t 1s內(nèi)傳播距離為 當(dāng)波沿x軸負方向傳播時 波在 t 1s內(nèi)傳播距離為s 8n 3 m 其中n 0 1 2 若波速大小為75m s 則1s內(nèi)波傳播的距離s vt 75 1m 75m因為s 75m 9 8 3 m 所以波沿x軸負方向傳播 答案 1 ABD 2 0 2s x軸負方向 1 巧解波動圖象與振動圖象綜合問題的基本方法采用 一分 一看 二找 的方法 2 波的多解問題的分析思路 典例 1 5分 關(guān)于電磁波 下列說法正確的是 填正確答案標(biāo)號 選對1個得2分 選對2個得4分 選對3個得5分 每選錯1個扣3分 最低得分為0分 A 電磁波有偏振現(xiàn)象B 電磁波是一種縱波 是麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的C 電磁波由空氣進入水中時 波速變小 波長變短D 采用閉合電路 才能使振蕩電路有效地向空間輻射電磁波E 在場強E 200sin106t N C 的電場周圍一定產(chǎn)生磁場 并能向遠處傳播形成電磁波 電磁波 相對論與光學(xué)或機械波的組合 2 10分 某同學(xué)用激光筆做測定某透明體的折射率實驗 透明體的截面如圖18所示的直角三角形 B 60 BC 6cm 他先將激光筆發(fā)出的光線PQ始終對準AC邊上的Q點 讓PQ與QA的夾角從90 緩慢減小 同時在AB邊的左側(cè)觀察 當(dāng)PQ與QA的夾角為 時 剛好看不到出射光線 此時光線從BC邊中點N射出 射出的光線剛好與BC垂直 已知光在真空中的傳播速度c 3 0 108m s 求 透明體的折射率n和cos 的值 光在透明體中的傳播時間t 圖18 解析 1 電磁波是麥克斯韋預(yù)言的 赫茲用實驗證實了電磁波的存在 電磁波是橫波 橫波有偏振現(xiàn)象 選項A正確 B錯誤 電磁波由空氣進入水中時 頻率f不變 波速v變小 由v f得 波長 變短 選項C正確 采用開放電路 才能使振蕩電路有效地向空間輻射電磁波 選項D錯誤 場強E 200sin106t N C 即該電場是周期性變化的電場 周圍一定會產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場 并能向遠處傳播形成電磁波 選項E正確 由幾何關(guān)系知 B 60 1 5分 下列說法正確的是 填正確答案標(biāo)號 選對1個得2分 選對2個得4分 選對3個得5分 每選錯1個扣3分 最低得分為0分 A 在真空中傳播的電磁波 當(dāng)它的頻率增加時 它的傳播速度不變 波長變短B 手機 電視 光纖通信都是通過電磁波來傳遞信息的C 醫(yī)院中用于檢查病情的 B超 是利用了電磁波的反射原理D 車站 機場安全檢查時 透視 行李箱的安檢裝置是利用紅外線實現(xiàn)成像的E 電磁波中電場能量最大時 磁場能量為零 磁場能量最大時 電場能量為零 2 從坐標(biāo)原點產(chǎn)生的簡諧橫波分別沿x軸正方向和負方向傳播 t 0時刻的波形圖如圖19所示 此時波剛好傳播到M點 x 1m處的質(zhì)點P的位移為10cm 再經(jīng) t 0 1s 質(zhì)點P第一次回到平衡位置 圖19 求波源的振動周期 從t 0時刻起經(jīng)多長時間位于x 81m處的質(zhì)點N 圖中未畫出 第一次到達波峰位置 并求出在此過程中質(zhì)點P運動的路程 解析 1 在真空中傳播的電磁波 傳播速度等于光速 當(dāng)它的頻率增加時 波長變短 選項A正確 手機 電視 光纖通信都是通過電磁波來傳遞信息的 選項B正確 醫(yī)院中用于檢查病情的 B超 是利用了超聲波的反射原理 選項C錯誤 車站 機場安全檢查時 透視 行李箱的安檢裝置是利用X射線實現(xiàn)成像的 選項D錯誤 振蕩電場和磁場向外傳播 形成電磁波 所以電磁波中電場能量最大時 磁場能量為零 磁場能量最大時 電場能量為零 選項E正確 在此過程中質(zhì)點P運動的路程為s 6 5 4A 6 5 4 0 2m 5 2m 答案 1 ABE 2 1 2s 7 8s5 2m