2021高考物理二轮复习专题8振动和波动光学案

1、专八振和动光考情速览明规律高考命题点命题轨迹卷 2016卷 情境图201720182019卷 卷 卷 卷 卷 卷 17(1)34 题17(3)34 题18(1)34 题机械振动和机械波18(3)34 题2020卷 卷 19(1)34 19(2)34 题- 1 -20(3)34 题2016卷 卷 卷 2017 卷 卷 卷 2018 卷 卷 16(1)34 题 16(3)34 题2019卷 卷 17(1)34 题17(2)34 题光的折射和全反射17(3)34 题卷 2020 卷 卷 18(1)34 题18(2)34 题18(3)34 题- 2 -19(1)34 题19(3)34 题20(1)34

2、 题20(2)34 题光 ( 波 ) 的特 有现象 波2019卷 2020 卷 20(3)34 题19(2)34 题核心知识提素养 “理念构一、机械振动与机械波- 3 -1知识体系2波的叠加规律(1)两个振动情况相同的波源形的波空间某点振动加强的条件为 振减弱的条件为 .两个振动情况相反的源形成的波空间某点振动加强的条件为2 ，动减弱的条件为 .2(2)振动加强点的位移随时间而变，振幅最大二、光的折射、光的波动性、电磁波与相对论1知识体系2光的波动性(1)光的干涉产生的条件：发生涉的条件是两光源频率相等，相位差恒定l(2)两列光波发生稳定干涉现象，光的频率相等，相位差恒定，条纹间距 d- 4

3、-(3)发生明显衍射的条件是障碍或小孔的尺寸跟光的波长相差不多或比光的波长小“学维展一、机械振动与机械波1分析简谐运动的技巧(1)物理量变化分析：以位移为梁，位移增大时，振动质点的回复力、加速度、势能均 增大，速度、动能均减小；反之，则产生相反的变化(2)矢量方向分析：矢量均在其为零时改变方向2波的传播问题中四个问题(1)沿波的传播方向上各质点的振方向与波源的起振方向一致(2)传播中各质点随波振动，但不随波迁移(3)沿波的传播方向上每个周期播一个波长的距离(4)在波的传播过程中，同一时如果一个质点处于波峰，而另一质点处于波谷，则这两 个质点一定是反相点二、光的折射和全反射1依据题目条件，正确分

4、析可的全反射及临界角2通过分析、计算确定光传播程中可能的折射、反射，把握光的“多过程”现象 3几何光学临界问题的分析画出正确的光路图，从图中找出各种几何关系；利用好光路图中的临界光线，准确地判 断出恰好发生全反射的临界条件命题热点巧突破考一 机振和械考向 1 简运动 单1(2020新课标卷)用一个长为 80.0 cm 的摆做实验，要求摆动的最大角度小于 5，则开始时将摆球拉离平衡置的距离应不超_6.9_cm(留 1 位小数(提示：单摆 被拉开小角度的情况下，所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程)某同学想设计一个新单摆，要求新单摆摆动 10 个期的时间与原单摆摆动 11 个周的 时间相等新单摆的

5、摆长应该取_96.8_cm.5【解析】 拉平衡位置的距离 280 cm 6.97 cm360题中要求摆动的最大角度小于 5留 位小拉离平衡位置的不超过 6.9 cm；根据单摆周期公式 2L结合题意可知 11T g- 5 -g 2 g 2 代入数据为 10 L11 80解得新单摆的摆长为 L cm2(2019全国卷，34(1)如 1，长为 的绳下方悬挂一小球 ，绳的另一端固定3在天花板上 O 处，在 点下方 l 的 处有一固定细铁钉将小球向右拉开，使细绳与4竖直方向成一小角度约为 2)由静止释放并从释放时开始计时当球 a 至最低位置 时，细绳会受到铁钉的阻挡设小球相对于其平衡位置的水平位移为x，

6、向右为下列图像 中，能描述小球在开始一个周期内的 x 关系( A )【解析】 摆为 l 时摆的周期 T 2l 1 ，振幅 A 为摆角，长为 l 时 g 4单摆的周期 T 21l4l 1 A 为角机械能守恒得 mgl(1 g 2 4l cos ) (1 )，利用 12sin ，cos 12sin ，以及 sin 4 2 21tan ( 小)解得 ，故 A A 故选项 A 确 考向 2 波传播规律3多选)(2020浙江高考真)如图所示 轴上2 m m 处有个振动周期均为 4 s、振幅均为 1 cm 的相的波源 S 、 ，0 刻同时开始竖直向下振动，产生波长均为 4 m 沿 x 轴传的简谐横波P、

7、分别是 x 轴 2 、5 m 8.5 m 的个点，下列说法正确 的是( CD )- 6 -A6.0 s 时 、 三均已振动B8.0 s 后 点位移始终是 2 cmC10.0 s 后 点位移始终是 0D10.5 s 时 点振动方向竖直向下 4【解析】 波为 m/s1 m/s， 6 内两列波传播了 6 ，则此时 两T 4点已振动，但是 M 点未振动，A 误；因 M 点两个振源的距离相等，则 M 是振动加强点， 振幅为 2 cm，但不是位移始终 2 ，B 错误 点两振源的距离只差为 cm，为半波长 的 3 倍则该点为振动减弱点，振幅为零，即 10.0 后 点的位移始终为零C 正； 波10.5源的振动

8、传到 点时间为 s10.5 ，则 10.5 s 时 Q 点 引起的振动为竖直向下；13.5S 波的振动传到 Q 点时间为1s3.5 ，则 10.5 s 时 Q 点由 引的振动已经振动了7 s，此时在最高点，速度为零则 10.5 s 时刻 点振动速为竖直向下D 确故选 CD4.(2020新课标卷)一动片以频率 f 做简振动时，固定在振动片上的两根细杆同 步周期性地触动水面上 ab 两点两波源发出波在水面上形成稳定的干涉图样 是面 上的一点，、 间距离均为 ，如图所示已知除 c 外，在 连上还有其他振幅3极大的点，其中距 c 最的点到 c 的距为 l.求：8(1)波的波长；(2)波的传播速度1 1

9、【答案】 (1) l (2) fl4 43 5【解析】 (1)设与 c 点近的振幅极大点为 ， l l8 8bd 72cos 60 l8根据干涉加强点距离差的关系： x 1bd 4- 7 -1所以波长为 41(2)由于受迫振动的频率取决于迫源的频率由 知，v fl4考向 3 振与波动的图像问题T5(5 选 新标全国)简谐横波沿 x 轴正方向传，在 时刻，该波2的波形图如(a)所示，、Q 是介质中的两个质点(表介质中某质点的振动图像下 列说法正确的是( CDE )A质点 Q 的振动图像与图b)相同B在 0 时刻，质点 的率比质点 Q 大C在 0 时刻，质点 的速度的大小比质点 Q 大D平衡位置在

10、坐标原点的质点振动图像如(b)示E在 0 时刻，质点 与平衡位置的距离比质点 Q 的T【解析】 由图(b)可知，在 t 时刻质点正在向 y 轴方向振动，而从(a)可知，2T 质点 Q 在 正在 正方向运动，故 A 错误；由 的波图推知0 刻，质点 P 2 2正位于波谷，速率为零；质点 Q 正在衡位置，故在 0 时刻，质点 的速小于质点 Q， 故 B 错；0 时，质点 P 正位于波谷，具有沿 轴正向最大加速度，质点 Q 在平位 置，加速度为零，故 C 正；0 时，衡位置在坐标原点处质点，正处于平衡位置， 沿 正方向运动，(b)图吻合，故 D 正确t0 时刻，质点 正于波谷，偏离平衡位置 位移最大

11、，质点 Q 在衡位置，偏离平衡位置位移为零，故 E 正确故本题选 CDE.6(2020天津高考真)一列谐横波沿 x 轴方向传播，周期为 T，0 的波形如 T图所示 时( C )4- 8 -A质点 a 速度方向沿 y 轴方B质点 b 沿 轴方向迁移了 1 mC质点 c 的加速度为零D质点 d 的位移为 cmT 【解析】 经 周，波向右传播了 ，波形如图所示，由图可知，质点 a 点恰好运动4 4到平衡位置且沿着 y 轴方向运动A 错；质点 点只竖直方向上运动不会随波迁移B 错误；质点 恰运动到平衡，速度最大，加速度为零C 正；质点 d 的位为 cm，D 误故选 C7(2020新课标卷)如图，列简谐

12、横波平行于 x 轴传播，图中的实线和虚线分别为 t0 和 t0.1 时的形图已知平衡位置在 6 m 处质点，在 到 0.1 时间运动 方向不变列简谐波的周期_0.4_s速为_播方向沿 x 轴负向_(填“正 方向”或“负方向”【解析】 因 x6 处质点在 00.1 s 内运方向不变，所以该处质点从正向位1移最大处经过四分之一个周期向下运动至平衡位置处，即 T0.1 ，解得周期为 0.4 s，4 4 所以波速为 v 10 ，在虚线上，6 m 处质点向下运动，根据同侧法可知T 0.4 s波沿 x 轴负方向传播- 9 -3 5 1 3 5 1 58(2020山高考真)一列简横波在均匀介质中沿 x 轴方

13、向传播知 x 处42 3质点的振动方程为 Acos( )，则 t T 时刻波形图正确( D )T 4【解析】 根题意可知， T 时在 的质点处于 cos 4 4 4 2 3 3 Acos 4 0则此时质点位于平衡位置下一时刻，该质点向上运动，远离平衡位置，根据题意，横波沿 x 轴负向传播，根据同侧法判断可知ABC 错误D 正确 考向 3 振与波动的多解性、周期性问题9(2018北京高考真题4)如所示，一列简谐横波向右传播、Q 两点衡位置 相距 0.15 m当 P 运动到上方最大位移处时， 刚好运动到下方最大位移处，则这列波的波 长可能是 B )A0.60 mC0.20 mB mD m【解析】

14、由意，P、 两之间的距离为 0.15 m，0,1,2，故 02时，0.30 m， 时，0.10 m，选项 B 正，、C、D 误10(2019广东深圳市二模)如图a)，一列简谐横波沿 x 轴播，实线和虚线分别为 t0 时和 t 时的波形图PQ 分是平衡位置为 x 1.0 和 4.0 的两质点( 为质点 Q 的振图像，求：- 10 -(1)波的传播速度和 的大小；(2)质点 P 的位移随时间变化的关系式【答案】 见析【解析】 (1)由图(知长 8 m；由图(知点振动周期 0.2 s 传播速度 vT解得 40 m/s结合图a)、(b)可知，横波沿正 x 方向播，故从 t 0 到 t 时 n2vtvt

15、 解 0.20.05 s(0,1，2， 2(2)质点 P 做简谐运动的位移表达式 y 由图(a)知 A10 cm，0 5 2 cm 且 方运动3解得 10sin 4 cm规总1判断波的传播方向和质点振方向的方法(1)特殊点法；(2)微平移法(波形移动法)2周期、波长、波速的计算(1)周期：可根据质点的振动情计算，若 t 时间内，质点完成了 次 可能不是整)t 全振动，则 T ；还可根据公式 T 计n l(2)波长：可根据波形图确定， 的距离上有 n ( 可能不是整数)波长，则 ；n也可根据公式 计算x (3)波速：可根据波形传播的时、距离利用公式 计算；也可根据公式 v 计算t T3利用波传播

16、的周期性、双向解题(1)波的图像的周期性：相隔时为周期整数倍的两个时刻的波形相同，从而使题目的解 答出现多解的可能(2)波传播方向的双向性：在题未给出波的传播方向时，要考虑到波可沿 x 轴正向或负- 11 -h h 向传播的两种可能性考二 光折和反考向 1 折定律的应用1(2019新课标全国卷)如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水 面 3 m距水面 4 的湖底 点出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光4束与竖直方向的夹角为 53(取 sin 53已知水的折射率为 .3(1)求桅杆到 P 点的水平距离；(2)船向左行驶一段距离后停止调整由 点出的激光束方向，当其与竖

17、直方向夹角为 45时，从水面射出后仍然照射在桅杆顶端，求船行驶的距离【答案】 (1)7 m (2)5.5 m【解析】 (1)设光束从水面射的点到桅杆的水平距离为 ， 点水平距离为 x ； 桅杆高度为 ， 处水深为 h ：激束在水中与竖直方向的夹角为 .由何关系有 xtan 53xtan h由折射定律有sin 53nsin 设桅杆到 P 点的水平距离为 x，则x 联立式并代入题给数据得x7 m(2)设光束在水中与竖直方向的夹角为 时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为 i，由折射定律有sin insin 45设船向左行驶的距离为 此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为 x 到 P 点的水平距离为

18、 ，则x xtan ih- 12 -hhxtan 45联立式并代入题给数据得x 23)m5.5 m考向 2 光折射和全反射2.(2020新课标卷如，一折射率为 3的材料制作的三棱镜，其横截面为直角三角 形 ，A90，30.一束平行光平行于 边从 AB 边射入棱镜，不计光线在棱镜 内的多次反射，求 边与 BC 边上有光出射区域的长度的比值【答案】 2【解析】 设 点入射的光线折射后恰好射向 点光在 边的射角为 ，折射角为 ，图所示由折射定律有 sin n 设从 DB 范入射的光折射后在 边上的入射角为 几关系有 30代入题中数据解得 3060nsin 所以从 DB 范围入射的光折射后 边发生全反

19、射反光线垂直射到 边 边上 全部有光射出设从 范入的光折射后在 边上的入射角为 ，如图所示由几何关系可知 90根据已知条件可知 sin 即从 范围入射的光折射后在 AC 边上生全反射，反射光线直射到 边设 BC 边上有光线射出的部分为 CF，由何关系得 sin 30ACAC 边与 BC 边有光射出区域的长比值为 2CF3.(2020新课标卷)直棱镜的折射率 n1.5，其横截面如图所示，图中C90，- 13 -30.截面内一细束与 BC 边行的光线，棱镜 边的 D 点入，经折射后射到 边上(1)光线在 BC 边上是否会发生全反射？说明理由；(2)不考虑多次反射，求从 边射出的光线与最初的入射光线

20、夹的正弦值2 2 3【答案】 (1)光线在 E 点生反射 (2)sin r4【解析】 (1)如图，设光线在 D 点的射角为 i，折射角为 折射光线射到 BC 边上的 E 点设光线在 点入射角为 ，由几何关系，90(30)60根据题给数据得1sin sin 60 n即 大于全反射临界角，因此光线在 E 点发全反射(2)设光线在 边的 F 点射棱镜光线的入射角为 i折角为 r由几何关系、 反射定律及折射定律，有i30isin isin rnsin isin 联立式并代入题给数据，得2 2 3sin r 4由几何关系即 边射出的光线与最初的入光线的夹角规总光的折射和全反射题型的分析思路- 14 -(

21、1)确定要研究的光线，有时需据题意，分析、寻找临界光线、边界光线为研究对象 (2)找入射点，确认界面，并画法线(3)明确两介质折射率的大小关若光疏光密：一定有反射光线和折射光线若光密光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射(4)根据反射定律、折射定律列关系式，结合几何关系，联立求解考向预测1(2018新课标全国卷)如， 为玻三棱镜的横截面，30，一束红 光垂直 边射入 AC 边上的 D 点出折射角为 玻璃对红光的折射率为 3 . 若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在 D 点射出时的折射射角大_(“小于”“等于”或 “大于”)60.【解析】根据题述和图示可知， 60，r30，由折射定律，玻

22、璃对光的折射sin率 3.若改蓝光沿一路径入射，由于玻璃对蓝光的折射率大于玻璃对红光的折 sin射率，则光线在 D 点出时的折射角大于 60.2(2020新课标卷)如所，圆心为 O半径为 的圆形玻璃砖置于水平桌面上， 光线从 P 点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形面发生全反射；当入射角 60时，光 线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行已知真空中的光速为 ，则( C )A玻璃砖的折射率为 2RB 之的距离为2C光在玻璃砖内的传播速度为33cD光从玻璃到空气的临界角为 30【解析】 作两种情况下的光图，如图所示- 15 -1 x设 OP，在 处生全反射故有 sin .于出射光平行可知，在 B

23、射出，故 nn sin 60sin 由于 sin OBPx 3 3 .联立可得 故 AB 错误 可得 vR 3 n 31 3c，故 正；于 sin C ，所以临界角不为 30故 D 错误故选 Cn 33多选)(2020山东高考真题)截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示 为在 三棱镜内部紧贴 面线状单色可见光光源， 与三棱镜的 ABC 面垂直 位线段 BC 的中点图乙为图甲中 面正视图三棱镜对该单色光的折射率为 2，考虑由 DE 直接射向侧面 AA 的光线下列说法正确的是( AC )1A光从 AA 面射的区域占该侧面总面积的22B光从 AA 面射的区域占该侧面总面积的3C若 DE 发出的单色光

24、频率变小AA 面光出射的区域面积将增大 D若 DE 发出的单色光频率变小AA 面光出射的区域面积将减小【解析】 由可知 sin 1，可知临界角为 45，因此从 点发的光，直向上 2从 M 点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同时 C 点恰好是出射光线的边缘，如图所示， 因此光线只能从 MC 段出，根据几何关系可知 恰好 AC 的点，因此在 平上有一半的面积有光线射出，A 正， 错误；由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光 的频率变小，折射率也会变小，导致临界角会增大，这时 点上方也会有光线出射，因此出 射光线区域的面积将增大C 正D 误故选 AC- 16 -4.(2019新课标全国卷)如，直角

25、三角形 ABC 为棱的横截面，A90， 30.一束光线平行于底边 BC 射 AB 边上并进入棱镜，然后直于 AC 边射出(1)求棱镜的折射率；(2)保持 AB 边上的入射点不变，渐减小入射角，直到 边上恰好有光线射出求此时 AB 边上入射角的正弦【答案】 (1) 3 (2)3 22【解析】 (1)光路图及相关量图所示光束在 边上折射，由折射定律得sin isin 式中 是镜的折射率由几何关系可知60由几何关系和反射定律得联立式，并代入 60得n 3(2)设改变后的入射角为 i，折角为 ，由折射定律得sin isin 1依题意，光束在 BC 边上入射角为全反射的临角 ， sin c 由几何关系得

26、 30由式得入射角的正弦为- 17 -sin i3 22考三光波的有象电波1 选 3)(2020新标卷)下列现象中，可以用多普勒效应解释的( BCE ) A雷雨天看到闪电后，稍过一儿才能听到雷声B超声波被血管中的血流反射，探测器接收到的超声波频率发生变化C观察者听到远去的列车发出汽笛声，音调会变低D同一声源发出的声波，在空和水中传播的速度不同E天文学上观察到双(相距较、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒)光谱随 时间的周期性变化【解析】 之以不能同时观察是因为声音的传播速度比光的传播速度慢，所以 错 误；超声波与血液中的血小板等细胞发生反射时，由于血小板的运动会使得反射声波的频率 发生变化B

27、 正确列车和人的置相对变化了，所以听得的声音频率发生了变化，所C 正 确；波动传播速度不一样是由于波的频率不一样导致的 错误；双星在周期性运动时，会使 得到地球的距离发生周期性变化，故接收到的光频率会发生变化E 正确故选 BCE.2(5 选 3)(2019新课标全国)水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个 振动片上振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源两波源发出的波 在水面上相遇在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样关于两列波重叠区域内水面上振动 的质点，下列说法正确的( BDE A不同质点的振幅都相同B不同质点振动的频率都相同C不同质点振动的相位都相同D不同质点振动的周期都与振片的周期相同E同一质点处，两列波的相位不随时间变化【解