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1、第2講機械振動與機械波 光專題十選考部分(3-3、3-4)高考題型1機械振動高考題型3光的折射和全反射高考題型4電磁波和光的幾種特有現象高考題型2機械波內容索引高考題型1機械振動解題方略解題方略1.簡諧運動的對稱性：振動質點在關于平衡位置對稱的兩點，x、F、a、v、Ek、Ep的大小均相等，其中回復力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.振動質點來回通過相同的兩點間的時間相等，即tBCtCB.振動質點通過關于平衡位置對稱的等長的兩線段的時間相等，即tBCtBC.如圖1所示.圖12.簡諧運動的周期性：做簡諧運動的物體，其位移、回復力、加速度、速度都隨時間按“正弦”或“
2、余弦”規(guī)律變化，它們的周期均相同.其位移隨時間變化的表達式為：xAsin (t)或xAcos (t).解析例1簡諧運動的振動圖線可用下述方法畫出：如圖2甲所示，在彈簧振子的小球上安裝一支繪圖筆P，讓一條紙帶在與小球振動方向垂直的方向上勻速運動，筆P在紙帶上畫出的就是小球的振動圖象.取振子水平向右的方向為振子離開平衡位置的位移正方向，紙帶運動的距離代表時間，得到的振動圖線如圖乙所示.則下列說法中正確的是()A.彈簧振子的周期為4 sB.彈簧振子的振幅為10 cmC.t17 s時振子相對平衡位置的位移是10 cmD.若紙帶運動的速度為2 cm/s，振動圖線上1、3 兩點間的距離是4 cmE.2.5
3、 s時振子正在向x軸正方向運動 圖2解析解析周期是振子完成一次全振動的時間，由圖知，彈簧振子的周期為T4 s，故A正確；振幅是振子離開平衡位置的最大距離，由圖知，彈簧振子的振幅為10 cm，故B正確；振子的周期為4 s，由周期性知，t17 s時振子相對平衡位置的位移與t1 s時振子相對平衡位置的位移相同，為0，故C錯誤；若紙帶運動的速度為2 cm/s，振動圖線上1、3兩點間的距離是 svt2 cm/s2 s4 cm.故D正確；由圖乙可知2.5 s時振子正在向x軸負方向運動，故E錯誤.解析預測1(2015山東理綜38(1)如圖3所示，輕彈簧上端固定，下端連接一小物塊，物塊沿豎直方向做簡諧運動.以
4、豎直向上為正方向，物塊簡諧運動的表達式為y0.1sin (2.5t) m.t0時刻，一小球從距物塊h高處自由落下；t0.6 s時，小球恰好與物塊處于同一高度.取重力加速度的大小g10 m/s2.以下判斷正確的是_.(雙選，填正確答案標號)A.h1.7 mB.簡諧運動的周期是0.8 sC.0.6 s內物塊運動的路程是0.2 mD.t0.4 s時，物塊與小球運動方向相反 圖20.6 s內物塊運動的路程是3A0.3 m，選項C錯誤；預測2某同學用單擺測當地的重力加速度.他測出了擺線長度L和擺動周期T，如圖4(a)所示.通過改變擺線長度L，測出對應的擺動周期T，獲得多組T與L，再以T2為縱軸、L為橫軸
5、畫出函數關系圖象如圖(b)所示.由圖象可知，擺球的半徑r_ m，當地重力加速度g_ m/s2；由此種方法得到的重力加速度值與實際的重力加速度值相比會_(選填“偏大”“偏小”或“一樣”).圖4解析1.01022一樣 答案返回根據以上推導，斜率不變，重力加速度不變，故對g沒有影響，一樣.返回高考題型2機械波解題方略解題方略1.波動圖象描述的是在同一時刻，沿波的傳播方向上的各個質點偏離平衡位置的位移.在時間上具有周期性、空間上具有重復性和雙向性的特點.2.深刻理解波動中的質點振動.質點振動的周期(頻率)波源的周期(頻率)波的傳播周期(頻率).3.要畫好、用好振動圖象，并正確地與實際情景相對應.要正確
6、畫出波形圖，準確寫出波形平移距離、質點振動時間與波長、周期的單一解或多解表達式.4.分析簡諧運動中各物理量的變化情況時，一定要以位移為橋梁，位移增大時，振動質點的回復力、加速度、勢能均增大，速度、動能均減小；反之，則產生相反的變化.另外，各矢量均在其值為零時改變方向.5.“一分、一看、二找”巧解波動圖象與振動圖象的綜合問題(1)分清振動圖象與波動圖象.只要看清橫坐標即可，橫坐標為x則為波動圖象，橫坐標為t則為振動圖象.(2)看清橫、縱坐標的單位，尤其要注意單位前的數量級.(3)找準波動圖象對應的時刻.(4)找準振動圖象對應的質點.解析答案由vT得，簡諧波的波長30 cm 答案答案4 s7.5
7、cm/s30 cm(2)質點O的位移隨時間變化的關系式.解析解析設質點O的位移隨時間變化的關系為質點O的位移隨時間變化的關系式為解析答案解析預測3(2016全國丙卷34(1)由波源S形成的簡諧橫波在均勻介質中向左、右傳播.波源振動的頻率為20 Hz，波速為16 m/s.已知介質中P、Q兩質點位于波源S的兩側，且P、Q和S的平衡位置在一條直線上，P、Q的平衡位置到S的平衡位置之間的距離分別為15.8 m、14.6 m.P、Q開始振動后，下列判斷正確的是_.A.P、Q兩質點運動的方向始終相同B.P、Q兩質點運動的方向始終相反C.當S恰好通過平衡位置時，P、Q兩點也正好通過平衡位置D.當S恰好通過平
8、衡位置向上運動時，P在波峰E.當S恰好通過平衡位置向下運動時，Q在波峰預測4如圖5所示為一列簡諧橫波某時刻的波形圖，介質中有P、Q、M三個質點，此時的縱坐標分別為yP2 cm，yQ2 cm，下列說法正確的是_.A.P、Q兩質點的速度方向總是相同B.Q、M兩質點的加速度總是相同C.P、M兩質點的速度總是大小相等、 方向相反D.在任何相等時間內，P、M兩質點通過的路程總相等E.P、M兩質點對平衡位置的位移總是大小相等、方向相反 圖5解析解析解析P、M兩點相差半個周期，所以P、M兩點的速度和距平衡位置的位移的大小總是相等、方向相反，C、D、E正確.預測5圖6(a)為一列簡諧橫波在t0.1 s時刻的波
9、形圖，P是平衡位置為x1 m處的質點，Q是平衡位置為x4 m處的質點，圖(b)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0.1 sB.該波的傳播速度為40 m/sC.該波沿x軸的負方向傳播D.t0.1 s時，質點Q的速度方向向下E.從t0.1 s到 t0.25 s，質點P通過的路程為30 cm 圖6解析返回返回由振動圖線可知，t0.1 s時刻，質點Q的振動方向向下，可知該波沿x軸的負方向傳播，選項C、D正確；從t0.1 s到 t0.25 s，經歷的時間為0.15 s0.75T，質點P不是從平衡位置(或者波峰、波谷)開始振動，故通過的路程小于3A30 cm，選項E錯誤；故選B、C
10、、D. 解析解析由振動圖象可知，該波的周期是0.2 s，選項A錯誤；高考題型3光的折射和全反射解題方略解題方略3.全反射的條件：(1)光從光密介質射向光疏介質.(2)入射角大于或等于臨界角.4.光的幾何計算題往往是光路現象與光的反射、折射、全反射(臨界點)及幾何圖形關系的綜合問題.解決此類問題應注意以下四個方面：(1)依據題目條件，正確分析可能的全反射及臨界角.(2)通過分析、計算確定光傳播過程中可能的折射、反射，把握光的“多過程”現象.(3)準確作出光路圖.(4)充分考慮三角形、圓的特點，運用幾何圖形中的角關系、三角函數、相似形、全等形等，仔細分析光傳播過程中產生的幾何關系.圖7解析答案解析
11、答案根據反射定律，有i30連接ON，由幾何關系知MANMON，故有MNO60由式得ENO30于是ENO為反射角，ON為反射光線.這一反射光線經球面再次折射后不改變方向.所以，經一次反射后射出玻璃球冠的光線相對于入射光線的偏角為180ENO150圖8解析由光路的可逆性可知，在BC邊上的入射角小于臨界角，不會發(fā)生全反射，B錯；三棱鏡兩次折射使得光線都向底邊偏折，不會與入射到E點的光束平行，故E錯誤.解析答案圖9解析解析設入射角、折射角分別為i、r，設魚餌燈離水面的深度為h2聯立解得：h22.4 m答案答案2.4 m 解析答案返回(2)若魚餌燈緩慢豎直上浮，當它離水面多深時，魚餌燈發(fā)出的光恰好無法從
12、水面PQ間射出.解析解析當魚餌燈離水面深度為h3時，水面PQ間恰好無光射出，此時魚餌燈與浮標的連線和豎直方向夾角恰好為臨界角C，則：答案答案1.59 m高考題型4電磁波和光的幾種特有現象解題方略解題方略1.機械波和光波都能發(fā)生干涉、衍射、多普勒效應等現象，是波特有的現象.偏振現象是橫波的特有現象.要觀察到穩(wěn)定的干涉現象和明顯的衍射現象需要一定的條件.2.機械波的干涉圖樣中，實線和實線的交點、虛線和虛線的交點及其連線為振動加強處；實線和虛線的交點及其連線處為振動減弱處.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，顯得振動劇烈.解析例4下列說法中正確的是_.A.不管光源與觀察者是否存在相
13、對運動，觀察者觀察到的光速是不變的B.水面上的油膜呈現彩色是光的衍射現象C.雙縫干涉實驗中，若只減小屏到擋板間距離l，兩相鄰亮條紋間距離x 將減小D.聲源向靜止的觀察者運動，觀察者接收到的頻率小于聲源的頻率E.液晶顯示器應用了光的偏振原理預測8下列說法正確的是_.A.赫茲預言了電磁波的存在并用實驗加以證實B.在高速運動的火箭上的人認為火箭的長度并沒有改變C.與平面鏡相比，全反射棱鏡的反射率高，幾乎可達100%D.單擺在驅動力作用下做受迫振動，其振動周期與單擺的擺長無關E.在磨制各種鏡面或其他精密的光學平面時，可以用衍射法檢查平面的 平整程度解析解析解析麥克斯韋預言了電磁波的存在，而赫茲用實驗加
14、以證實，故A錯誤；根據相對論原理：沿著高速運動方向的長度縮短，因此在高速運動的火箭上的人認為其他物體長度縮短，而自身的長度并沒有改變，故B正確；根據全反射原理，沒有折射光線，因此全反射棱鏡的反射率極高，故C正確；在驅動力作用下做受迫振動，其振動周期與驅動力的周期有關，與單擺的擺長無關，故D正確；磨制各種鏡面或其他精密的光學平面時，可以用光的干涉，依據光程差是半個波長的奇數倍時，處于振動減弱，而光程差是半個波長的偶數倍時，處于振動加強，從而檢查平面的平整程度，故E錯誤.解析預測9下列說法中正確的是_.A.做簡諧運動的質點，其振動能量與振幅無關B.泊松亮斑是光的衍射現象，玻璃中的氣泡看起來特別明亮
15、是光的全反 射現象C.真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源和觀察者的 運動無關D.在“用單擺測定重力加速度”的實驗中，為使實驗結果較為準確，應 選用10 cm長的細線和小鐵球E.當頻率一定的聲源向著靜止的接收器加速運動時，接收器收到的聲波頻 率增大返回解析解析做簡諧運動的質點，其振動能量與振幅有關，振幅越大，能量越大.故A錯誤；泊松亮斑是光的衍射現象，玻璃中的氣泡看起來特別明亮是光的全反射現象.故B正確；根據愛因斯坦相對論原理可知，真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的.故C正確；在“用單擺測定重力加速度”的實驗中，為減少實驗誤差，應選用1 m長的細線和小鐵球.故D錯誤；根據多普勒效應可知，E正確.返回
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