福建省漳浦县道周中学2014年高考物理总复习专题十振动和波光学

1、福建省漳浦县道周中学2014年高考物理总复习 专题十 振动和波 光学1、 考点回顾从近几年的试题看，对选修34的考查主要是对光的折射、全反射和机械振动、机械波两个知识点命题，题型以选择题和填空题为主，试题难度中等偏下，考查学生基本知识为主，试题立足于对本模块基础知识和基本研究方法的考查。本模块的重点内容主要是光学、机械振动和机械波其中光的折射和光的全反射是光学中的重点考查内容；机械振动、机械波两部分内容往往结合出题，重点内容是对机械振动和机械波的基本概念、两种图象、机械振动的表达式和机械波的干涉与叠加的考查。二、重、难点知识突破 （一）简谐运动的描述 此类题目主要涉及5个知识点：简谐运动的动力

2、学方程：F=-kx，a= - x；简谐运动的运动学特征：周期性，其位移、回复力、速度和加速度都随时间按“正弦”或“余弦”的规律变化，变化周期相同；两种典型的物理模型：弹簧振子和单摆；简谐运动方程；简谐运动图象的物理意义及内含息。 提高解答准确率的关键是对上述知识点的正确理解例1 一列简谐横波以1m/s的速度沿绳子由A向B传 播.质点A、B间的水平距离x=3m,如图所示若t=0时质点A刚从平衡位置开始向上振动,其振动方程为y=2sin t cm.则B 点的振动图象为下图中的( )【解析】本题以绳波为背景，考查振动图象和机械波的形成及传播解题关键在于各质元的起振方向都是相同的解：由振动方程可得振幅

3、为2cm，周期为4s，波速为1m/s，则波由A传到B处用了3秒的时间，从0时刻起3秒后B点开始起振,振动方向向上. B选项正确 答案：B (二)波形图和波的多解问题 此类题目主要涉及几个问题：机械波的产生条件及传播特点，波的图象物理意义及内含信息，波传播方向和振动方向之间的相互判断，波在传播过程中时间、空间的周期性及传播方向上的双向性导致波动问题多解等。提高思维的广阔性是得分的关键。 例2 (2010·福建卷)一列简谐横波在t=0时刻的波形如图中的实线所示，t=0.02s时刻的波形如图中虚线所示。若该波的周期T大于0.02s，则该波的传播速度可能是() A2m/s B3m/sC4m/

4、s D5m/s【解析】本题考查提取横波图象内含信息的能力和波速公式若波向右传播，则波的传播距离为x1=0.02m，则波速v1= = m/s =1m/s；若波向左传播，则波传播的距离为x2=0.06m，则波速v2= = m/s=3m/s，故正确的选项为B。 答案：B 方法技巧小结： 由于本题已限制该波的周期T大于0.02s，故只要进行传播方向的多解的分析，而不必进行空间周期性的分析，题目难度中等本题也可以用T=0.02s及v= 求解。 （三）波动与振动关系的分析 振动图象和波的图象均为正、余弦图象，都具有空间周期性，且内含信息十分丰富，在振幅、位移、加速度等物理量上交叉点较多，属于易混淆的问题关

5、键是要从三个方面抓住它们的不同：图象坐标轴所表示的物理意义不同，图象描述的对象不同，随着时间的推移，振动图象原来的形状不再发生变化，而波的图象由于各质点总在不断地振动，因此随着时间的推移，原有的图象将发生周期性变化 例3 (2010·福州质检)质点以坐标原点O为中心位置在y轴上做简谐运动，其振动图象如图所示，振动在介质中产生的简谐横波向x轴正方向传播，波速为1.0m/s.0.4s后，此质点立即停止运动，再经过0.1s后的波形图是下图中的( ) 【解析】本题要正确理解振动图象和波形图的关系，由振动图看出波源起振方向是从平衡位置开始沿y轴正方向。解：由振动图象知质点的振动周期为0.4s，

6、因此该波的波长为 =vt=1.0×0.4m/s=0.4m. t=0.5s时振动传到x=0.5m处，该质点振动方向沿y轴正方向，故A、B错误由于0.4s后波源已停止振动，所以00.1m之间的质点由于没有振动能量，均静止在平衡位置故C错D对。答案：D 方法技巧小结： 本题考查对振动图象和波动图象信息的正确提取能力错误原因有两个，一是不能从振动图象中分析质点的起振方向，二是不能理解波传播振动形式和能量的涵义 变式训练：(2010·福州市模拟)已知一列平面简谐波在x轴上传播，t时刻波的图象如图甲所示，原点O的振动图象如图乙所示，根据这两个图象无法求出的是( )A波的频率B波速大小C

7、t=0时刻原点O的加速度方向Dt=0时刻x=3m处质点的振动方向 【解析】从波动图象知 =4m，由振动图象知T=0.4s，因此v=10m/s.t=0时刻原点O处于波峰，加速度方向指向y轴负方向t=0时刻x=3m处质点处于平衡位置，由于不知道传播方向，因此无法确定振动方向。答案：D (四)光的折射现象中数学知识的应用 在应用光的折射定律解答此类问题时，(1)要判断入射介质是光密介质还是光疏介质，当光从光密介质射向光疏介质时，要确定入射角与临界角的关系，看看是否会发生全反射；(2)根据题设的条件作出光路图，找出入射角和折射角；(3)根据数学知识确定角的大小，有时还要应用数学的近似关系；(4)最后根

8、据折射定律列式进行解答。作出光路图并利用数学知识确定角度大小是解决问题的重要手段。 例4.如图所示，半径为R的半圆柱形玻璃砖某一截面的圆心为O点有两条光线垂直于水平柱面射入玻璃砖中，其中一条光线通过圆心O，另一条光线通过A点，且 。这两条光线射出玻璃砖后相交于一点，该点到O点距离为R，求玻璃砖的折射率。分析：从平面上的不同点入射的光线到达圆弧面上的入射角不同，从O点入射的光线未发生折射，从A点入射的光线发生折射，最后射出玻璃砖的光线相交于一点，画出光路图并应用数学知识找出角度大小是关键。解析：光路图如图所示，在圆弧面上，OBD为法线，则入射角满足关系：可得：设两条出射光线交点为S ，根据几何关

9、系可知： 所以，所以 BCSBCO则BSC=30°，折射r=SBD=60°由折射定律：变式训练：空中有一只鸟，距水面 ，其正下方距水面 深的水中有一条鱼，已知水的折射率为 ，求：(1)鸟看鱼距本身多远？(2)鱼看鸟距本身多远？解析：(1)如图所示，设鱼在S点处，深度为OS=H=2m由于一般眼的瞳孔线度为23mm，所以，能进入眼的光线在水面的入射点O、A距离很近鱼成的虚像在 处，即鸟看鱼的深度为 .在A点，入射角i和折射角r都很小根据数学知识可知：根据光的折射定律知：则所以，鸟看到鱼距本身(2)同理，如果从折射率为 的介质中，观察正上方距液面高为H的物体，可得视高 ， 所以，

10、鱼看鸟的视高为：鱼看鸟距本身（5） 光的干涉和光的衍射的比较 光的波动性主要包括光的干涉、衍射和偏振，都是要求不高的容易题，一般以选择题的形式出现此类题考查的主要是光的干涉和衍射的相关概念，要求考生能真正理解有关概念，尤其是能区分干涉和衍射的产生条件、条纹特点及在实际中的应用 例5.下列关于光的干涉的说法中正确的是() A两只相同的灯泡发出的光束相遇能发生干涉现象 B用白光做光的干涉实验时，偏离中央明条纹较远的是紫光 C从竖立肥皂膜上看到的彩色条纹是从膜的两表面反射光相干涉的结果 D涂有增透膜的照相机镜头，增强了对紫光的透射程度 分析：本题要求能正确应用光的干涉产生条件、条纹间距特点进行分析判

11、断 解析：能产生稳定的光的干涉现象的条件是，两束光是相干光，相同的灯泡发出的光束频率不同，无法产生干涉现象；由双缝干涉观察到的彩色干涉条纹间距表达式 可知，用同一装置做实验，条纹间距 ，在七种颜色的单色光中红光的波长最长，所以偏离中央明条纹最远的是红光；肥皂膜上的条纹是由膜的前后两个表面反射的光叠加而成的；增透膜增透的是人视觉最敏感的绿光，从而使像既亮又清晰 正确选项为C. 变式训练： 下面几种现象中，哪种是由于光的衍射现象造成的( )A夜间观察到天边的星座的位置比实际位置偏高B让太阳光照射到一个三棱镜上，在后面的光屏上会看到彩色的光带C架在空中的电线，在太阳光照射下，地面上可能会出现电线的影

12、子D用激光束垂直照射一个不透光的小圆屏，在后面的圆屏阴影中心会出现一个亮点 解析：星座的位置比实际位置偏高是由于光的折射形成的；彩色的光带是由于光的色散形成的；电线的影子是由于光的直线传播形成的；阴影中心出现的这点是泊松亮斑，是光的衍射现象造成的 正确选项为D.（六）棱镜的作用和光的色散的特点 在几何光学中，高考命题频率较高的知识点是：不同色光在棱镜或其他介质中的色散或偏折现象，要求考生真正理解棱镜对光线的作用和光的色散特点，熟练掌握各种色光在同一种介质中的折射率、传播速度、临界角、频率、波长等的大小关系，并注意将几何光学与光的本性的知识结合起来综合考虑。 例6.如图所示，ABC为全反射棱镜，

13、主截面是等腰直角三角形.一束白光垂直入射到AB面上，在BC面上发生全反射若光线入射点O的位置保持不变，改变光的入射方向(不考虑自AC面上反射的光线)，则() A使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出BC面，则红光将首先射出B使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出BC面，则紫光将首先射出C使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出BC面D使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出BC面 分析：白光入射方向改变时，折射光线在BC面上的入射角也会随着改变，同时棱镜对不同色光的临界角是不同的 解析：在七种色光中，相对于同一种介质，紫光的折射率最大

14、，红光的折射率最小，由临界角公式： 可知，紫光的临界角最小，红光的临界角最大，即在相同条件下紫光最容易发生全反射，红光最不容易发生全反射当入射白光顺时针方向逐渐偏转时，在AB面上入射角增大，折射角也增大；如右图所示，进入棱镜的折射光线在BC面上的入射角减小，而红光的临界角最大，且红光入射角也最大，所以，红光将因为入射角小于临界角而首先从BC面上折射出棱镜 同理分析，当入射白光逆时针方向逐渐偏转时，进入棱镜的折射光线在BC面上的入射角增大，如右图所示,各种色光的入射角均大于各自的临界角，全都发生全反射，没有任何色光从BC面上射出 正确选项为A.（七）光的粒子性1光电效应(1)现象：在光的照射下物

15、体发射电子(光电子)的现象(2)规律：任何金属都存在极限频率，只有用高于极限频率的光照射金属时，才会发生光电效应在入射光的频率大于金属的极限频率的情况下，从光照射到金属上到金属逸出光电子的过程，几乎是瞬时的光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与光的强度无关单位时间内逸出的光电子数与入射光的强度成正比2光电效应方程：mvm2hW3光子说：即空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份的能量等于h(为光子的频率)，每一份叫做一个光子4光的波粒二象性：光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应表明光具有粒子性，因此光具有波粒二象性5物质波：任何一个运动的物体(小到电子大到行星)都有一个波

16、与它对应，波长(p为物体的动量)例7.如图所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验电器指示归零用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，发现验电器的指针张角减小，此现象说明锌板带_(填“正”或“负”)电；若改用红外线重复以上实验，结果发现验电器指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率_(填“大于”或“小于”)红外线的频率【解析】因锌板被紫外线照射后发生光电效应，验电器指针带正电荷而偏转；毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，与锌板接触时，电子与验电器指针上的正电荷中和，而使张角减小；用红外线照射锌板时，验电器指针的偏角不变，锌板未发生光电效应，说明锌板的极限频率

17、大于红外线的频率答案正大于【点评】光电效应在物理学史上具有较重要的意义，需要熟记其现象、清楚地理解其产生的机制3、 强化训练1. 图甲为一列简谐横波在t=0. 10 s时刻的波形图，P是平衡位置为x=1 m处的质点，Q是平衡位置为x=4 m处的质点，图乙为质点Q的振动图像，则（）A. t=0. 15 s时，质点Q的加速度达到正向最大B. t=0. 15 s时，质点P的运动方向沿y轴负方向C. 从t=0. 10 s到t=0. 25 s，该波沿x轴正方向传播了6 mD. 从t=0. 10 s到t=0. 25 s，质点P通过的路程为30 cm2. 图示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波，实线为t=0时

18、刻的波形图，虚线为t=0. 6 s时的波形图，波的周期T>0. 6 s，则（）A. 波的周期为2. 4 sB. 在t=0. 9 s时，P点沿y轴正方向运动C. 经过0. 4 s，P点经过的路程为4 mD. 在t=0. 5 s时，Q点到达波峰位置3. 一列波长大于1 m的横波沿着x轴正方向传播. 处在x1=1 m和x2=2 m的两质点A、B的振动图像如图所示. 由此可知（）A. 波长为mB. 波速为1 m/sC. 3 s末A、B两质点的位移相同D. 1 s末A点的振动速度大于B点的振动速度4. 介质中坐标原点O处的波源在t=0时刻开始振动，产生的简谐波沿x轴正向传播，t0时刻传到L处，波形

19、如图所示. 下列能描述x0处质点振动的图像是（）5. 有两列简谐横波a、b在同一媒质中沿x轴正方向传播，波速均为v=2. 5 m/s. 在t=0时两列波的波峰正好在x=2. 5 m处重合，如下图所示. （1）求两列波的周期Ta和Tb. （2）求t=0时两列波的波峰重合处的所有位置. （3）辨析题：分析并判断在t=0时是否存在两列波的波谷重合处. 某同学分析如下：既然两列波的波峰与波峰存在重合处，那么波谷与波谷重合处也一定存在. 只要找到这两列波半波长的最小公倍数，即可得到波谷与波谷重合处的所有位置. 你认为该同学的分析正确吗?若正确，求出这些点的位置. 若不正确，指出错误处并通过计算说明理由.

20、 6. 波源S1和S2振动方向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA=2 m，如图所示. 两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4 m/s. 已知两波源振动的初始相位相同. 求：（）简谐横波的波长；（）OA间合振动振幅最小的点的位置. 7. 下图为某一报告厅主席台的平面图，AB是讲台，S1、S2是与讲台上话筒等高的喇叭，它们之间的相互位置和尺寸如图所示. 报告者的声音放大后经喇叭传回话筒再次放大时可能会产生啸叫. 为了避免啸叫，话筒最好摆放在讲台上适当的位置，在这些位置上两个喇叭传来的声音因干涉而相消. 已知空气中声速为340 m/s，若报告人声音的频率为13

21、6 Hz，问讲台上这样的位置有多少个?8. 渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位. 已知某超声波频率为1. 0×105 Hz，某时刻该超声波在水中传播的波动图象如图所示. 从该时刻开始计时，画出x=7. 5×10-3 m处质点做简谐运动的振动图象（至少一个周期）. 现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4 s，求鱼群与渔船间的距离（忽略船和鱼群的运动）. 9.甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，设相邻两个亮条纹的中心距离为x，若x甲>x乙，则下列说法正确的是（）A. 甲光能发生偏振现象，乙光则不能发生B. 真空中甲光的波长一定大于乙光的波

22、长C. 甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量D. 在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光10.一棱镜的截面为直角三角形ABC，A=30°，斜边AB=a. 棱镜材料的折射率为n=. 在此截面所在的平面内，一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜. 画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置（不考虑光线沿原路返回的情况）. 11.一个半径为R的透明圆柱，其横截面积如图20所示，该透明圆柱的折射率为，AB是圆的一条直径。现有一平行光沿AB方向射入圆柱体。其中一条光线经过一次折射后恰好经过B点，问：这条入射光线到AB的距离是多少？参考答案1. AB【解析】由质点Q的振动图像可

23、知，t=0. 15 s时，Q正处于最低点，加速度达到正向最大，选项A对；t=0. 10 s时，Q正处于平衡位置向下运动，故波是向左传播的，所以t=0. 15 s时，质点P运动方向沿y轴负方向，选项B对；由图像可知，波长=8 m，周期T=0. 20 s，所以波速v=40 m/s，所以从t=0. 10 s到t=0. 25 s，波传播的距离为s=vt=40×0. 15 m=6 m，方向沿x轴负方向，选项C错；从t=0. 10 s到t=0. 25 s，经历时间t=0. 15 s=T，但t=0. 1 s时P没有位于平衡位置或最大位移处，所以质点P通过的路程不等于30 cm，选项D错. 2.D【

24、解析】波沿x轴负方向传播，T>0. 6 s，由波形图可知=x，时间t=0. 6 s=T，T=0. 8 s，A错误. t=0. 9 s=T+0. 1 s，P点沿y轴负方向运动，经0. 4 s，P点运动半个周期，经过的路程为0. 4 m，B、C错误. t=0，x=10 m 处质点处在波峰，经0. 5 s，波峰向左传x'=5 m，故D正确. 3.A【解析】由A、B两质点的振动图像及传播可画出t=0时刻的波动图像如图，由此可得= m，A选项正确；由振动图像得周期T=4 s，故v= m/s= m/s，B选项错误；由振动图像得出3 s末A点位移为-2 cm，B点

25、位移为0，故C选项错误；由振动图像知1 s末A点处于波峰，振动速度为零，B点处于平衡位置，振动速度最大，故D选项错误. 4.C【解析】因波沿x轴正向传播，由“上下坡法”可知t=t0时L处的质点振动方向向下，可知x0处的质点起振方向向下，故A、B两项均错；还可判断t=t0时x0处的质点振动方向也向下，故C项正确，D项错误. 5.（1）1 s1. 6 s（2）25±20k m（k=0，1，2，3）（3）不正确理由见解析【解析】（1）从图中可以看出两列波的波长分别为a=2. 5 m、b=4. 0 m，因此它们的周期分别为Ta= s=1 sTb= s=1. 6 s（2）两列波波长的最小公倍数为s=20 mt=0时，两列波的波峰重合处的所有位置为x=（25±20k）m（k=0，1，2，3）（3）该同学的分析不正确.要找两列波的波谷与波谷重合处，必须从波峰重合处出发，找到这两列波半波长的整数倍恰好相等的位置. 设距离x=2. 5 m处为L处两列波的