第2课 机械振动与机械波

1、第2课机械振动与机械波、光学考点一 描述简谐运动的物理量考点二 机械波的传播与图象1波的传播方向和质点振动方向判断：(1)若已知某时刻A点振动方向向上，则波向x轴负方向传播(2)若已知波向x轴正方向传播，则该时刻B点向上振动2由t时刻的波形确定tt时刻的波形：(1)波向右传播teq f(T,4)的时间和向左传播teq f(3T,4)的时间波形相同(2)若tT，可以采取“舍整取零头”的办法3波速公式：振源经过一个周期T完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离，所以有veq f(,T)f.4波的图象特点：(1)质点振动nT(波传播n)时，波形不变(2)在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离

2、为n时(n1，2，3，)，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n1)eq f(,2)(n0，1，2，3，)时，它们的振动步调总相反(3)波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方向，各质点的起振方向与波源的起振方向相同考点三 折射定律及折射率的应用1对折射率的理解：(1)公式理解：公式neq f(sin 1,sin 2)中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，1总是真空中的光线与法线间的夹角，2总是介质中的光线与法线间的夹角(2)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小veq f(c,n).2本质理解(1)折射率由介质本身性质决定，与入

3、射角的大小无关(2)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质，光疏介质不是指密度小的介质3特性理解(1)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小(2)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同4应用光的折射定律解题的一般思路：(1)根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整的光路图(2)充分利用光路图中的几何关系，确定各角之间的联系，根据折射定律求解相关的物理量：折射角、折射率等(3)注意在折射现象中，光路是可逆的考点四 单缝衍射与双缝干涉的比较课时过关 一、单项选择题1(2014东城区模拟)如图甲所

4、示，弹簧振子以点O为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动取向右为正方向，振子的位移x随时间t的变化如图乙所示，下列说法正确的是(A)At0.8 s时，振子的速度方向向左Bt0.2 s时，振子在O点右侧6 cm处Ct0.4 s和t1.2 s时，振子的加速度完全相同Dt0.4 s到t0.8 s的时间内，振子的速度逐渐减小解析：从t0.8 s起，再过一段微小时间，振子的位移为负值，因为取向右为正方向，故t0.8 s时，速度方向向左，A对；由图象得振子的位移x12sin eq f(10,8)t(cm)，故t0.2 s时，x6eq r(2) cm，故B错；t0.4 s和t1.2 s时，振子的位移方向相反

5、，由aeq f(kx,m)，知加速度方向相反，C错；t0.4 s到t0.8 s的时间内，振子的位移逐渐变小，故振子逐渐靠近平衡位置，其速度逐渐变大，故D错2(2015四川高考)平静湖面传播着一列水面波(横波)，在波的传播方向上有相距3 m的甲、乙两小木块随波上下运动，测得两个小木块每分钟都上下30次，甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰这列水面波(C)A频率是30 Hz B波长是3 mC波速是1 m/s D周期是0.1 s解析：木块的上下运动反映了所在位置水面质点的振动情况，即波传播方向上的质点每分钟完成30次全振动，因此其周期为：Teq f(60,30) s2 s，故选项D错误；频率

6、为：feq f(1,T)0.5 Hz，故选项A错误；又因为甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰，所以sABeq f(3,2)，解得波长为：eq f(2sAB,3)2 m，故选项B错误；根据波长、波速、周期间关系可知，这列水面波的波速为：veq f(,T)eq f(2,2) m/s1 m/s，故选项C正确3(2015福建高考)简谐横波在同一均匀介质中沿x轴正方向传播，波速为v.若某时刻在波的传播方向上，位于平衡位置的两质点a、b相距为s，a、b之间只存在一个波谷，则从该时刻起，下列四副波形中质点a最早到达波谷的是(D)解析：由图A知，波长2s，周期Teq f(2s,v)，由图知质点a向上

7、振动，经eq f(3T,4)第一次到达波谷，用时t1eq f(3,4)Teq f(3s,2v)，B图对应波长s，周期Teq f(s,v)，由图知质点a向下振动，经eq f(T,4)第一次到达波谷，用时t2eq f(1,4)Teq f(s,4v)，C图对应波长s，周期Teq f(s,v)，由图知质点a向上振动，经eq f(3T,4)第一次到达波谷，用时t3eq f(3,4)Teq f(3s,4v)，D图对应波长eq f(4s,5)，由图知质点a向下振动，经eq f(T,4)第一次到达波谷，用时t4eq f(1,4)Teq f(s,5v)，所以D正确4(2015北京高考)周期为2.0 s的简谐横波

8、沿x轴传播，该波在某时刻的图象如图所示，此时质点P沿y轴负方向运动，则该波(B)A沿x轴正方向传播，波速v20 m/sB沿x轴正方向传播，波速v10 m/sC沿x轴负方向传播，波速v20 m/sD沿x轴负方向传播，波速v10 m/s解析：机械振动与机械波为每年必考题目，难度都不大根据机械波的速度公式veq f(,T)，由图可知波长为20 m，再结合周期为2 s，可以得出波速为10 m/s.应用“同侧法”等方法判断波沿x轴正方向传播因此答案为B.5(2015四川高考)直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图a、b光相比(C)A玻璃对a光的折射

9、率较大B玻璃对a光的临界角较小Cb光在玻璃中的传播速度较小Db光在玻璃中的传播时间较短解析：由于a、b光平行且关于过球心O的直线P1P2对称，因此它们的入射角i相等，根据图中几何关系可知，b光在玻璃球中的光路偏离进入球之前方向较多，即b光的折射角较小，根据折射定律有：neq f(sin i,sin )，所以玻璃对b光的折射率越大，故选项A错误；根据临界角公式有：sin Ceq f(1,n)，所以玻璃对a光的临界角较大，故选项B错误；根据折射率的定义式有：neq f(c,v)，所以b光在玻璃中的传播速度v较小，故选项C正确；根据图中几何关系可知，a、b光进入玻璃球后，b光的光程d较大，根据匀速直

10、线运动规律有：teq f(d,v)，所以b光在玻璃中的传播时间较长，故选项D错误6(2014江苏高考)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到甲图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如乙图所示他改变的实验条件可能是(B)A减小光源到单缝的距离B减小双缝之间的距离C减小双缝到光屏之间的距离D换用频率更高的单色光源解析：根据xeq f(l,d)，其中l是双缝到光屏之间的距离，d是双缝之间的距离，是波长，又c，是频率，B选项正确7(2014大纲版全国卷)在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm

11、，则双缝的间距为(C)A2.06107 m B2.06104 mC1.68104 m D1.68103 m解析：由xeq f(l,d)可得：deq f(l,x)eq f(1.00,0.350102)589109 m1.68104 m，所以选项C正确二、多项选择题8(2015海南高考)一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t0时刻的波形如图所示，质点P的x坐标为3 m已知任意振动质点连续2次经过平衡位置的时间间隔为0.4 s下列说法正确的是(BDE)A波速为4 m/sB波的频率为1.25 HzCx坐标为15 m的质点在t0.2 s时恰好位于波谷Dx的坐标为22 m的质点在t0.2 s时恰好位于波峰E当

12、质点P位于波峰时，x坐标为17 m的质点恰好位于波谷解析：任意振动质点连续2次经过平衡位置的时间间隔为0.4 s，则eq f(1,2)T0.4 s，解得T0.8 s从图象中可知4 m，所以根据公式veq f(,T)eq f(4,0.8)5 m/s，故A错误；根据公式feq f(1,T)可得波的频率为1.25 Hz，B正确；x坐标为15 m的质点和x坐标为3 m的质点相隔12 m，为波长的整数倍，即两质点为同相点，而x坐标为3 m的质点经过t0.2 s即四分之一周期振动到平衡位置，所以x坐标为15 m的质点在t0.2 s时振动到平衡位置，C错误；x的坐标为22 m的质点和x的坐标为2 m的质点为

13、同相点，x的坐标为2 m的质点经过t0.2 s即四分之一周期恰好位于波峰，故x的坐标为22 m的质点在t0.2 s时恰好位于波峰，D正确；当质点P位于波峰时，经过了半个周期，而x坐标为17 m的质点和x坐标为1 m的质点为同相点，经过半个周期x坐标为1 m的质点恰好位于波谷，E正确；9如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是(AC)A干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表

14、面反射光叠加形成的C干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的解析：由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故A正确，B错由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化的，形成不等间距的干涉条纹，故C正确，D错三、非选择题10(1)(多选)如图所示是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图，图中是光源、是滤光片、是单缝、是双缝、是光屏下列操作能增大光屏上相邻两条亮纹之间距离的是()A增大和之间的距离B增大和之间的距离C将绿色滤光片改成红色滤光片D增大双缝之间的距离(2)如果将灯

15、泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是_(填数字代号)(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，读下手轮的读数如图甲所示继续转动手轮，使分划板中心刻度线对准第10条亮纹，读下手轮的读数如图乙所示则相邻两亮条纹的间距是_mm.(4)如果已经量得双缝的间距是0.30 mm、双缝和光屏之间的距离是900 mm，则待测光的波长是_m.(取三位有效数字)解析：(1)由xeq f(l,d)知相邻两条亮纹之间的距离与单缝和双缝之间的距离无关，A错；增大和之间的距离即是增大l，x增大，B正确；红光的波长大于绿光的波长，C正确；增大双缝之间的距离，x减小，D错误(2)由于激光是相

16、干光源，故可以去掉的部件是、.(3)甲图读数是0.045 mm，乙图读数是14.535 mm，它们的差值是14.490 mm，中间跨越了1019个条纹间距，所以相邻两亮条纹间距是xeq f(14.490,9) mm1.610 mm.(4)光的波长eq f(xd,l)5.37107 m.答案：(1)BC(2)(3)1.610(4)5.3710711(2015宁波模拟)(1)如图所示是一观察太阳光谱简易装置，一加满清水的碗放在有阳光的地方，将平面镜M斜放入水中，调整其倾斜角度，使太阳光经水面折射再经水中平面镜反射，最后由水面折射回空气射到室内白墙上，即可观察到太阳光谱的七色光带逐渐增大平面镜的倾斜

17、角度，各色光将陆续消失，则此七色光带从上到下的排列顺序以及最先消失的光分别是()A红光紫光，红光 B紫光红光，红光C红光紫光，紫光 D紫光红光，紫光(2)一束细光束由真空沿着直径方向射入一块半圆柱形透明体，如图甲所示，对其射出后的折射光线的强度进行记录，发现折射光线的强度随着的变化而变化，如图乙的图线所示此透明体的临界角为_，折射率为_(3)如图所示，ABCD是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入已知棱镜的折射率neq r(2)，ABBC8 cm，OA2 cm，OAB60.求光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向_第一次的出射点距C_cm.解析：(1)由于可见

18、光中红光折射率最小，全反射临界角最大，所以七色光从上到下的排列顺序为红光紫光，最先消失的是紫光，选项C正确(2)由图乙的图线可知，当小于等于30时，即入射角大于等于60，折射光线的强度为零，所以此透明体的临界角为60，由临界角公式sin Ceq f(1,n)，解得neq f(2r(3),3).(3)根据公式neq f(1,sin C)将neq r(2)代入，该玻璃的临界角为C45光线从O点垂直AD射入后不发生偏转，恰好射到AB的中点，根据截面的几何关系可知，入射角等于60，大于临界角，发生全反射，恰好射到BC的中点，入射角仍等于60，在此位置再一次发生全反射，射到CD边上的O点，入射角等于30，设折射角为，光路图如图所示由折射定律及光路可逆原理可得：neq f(sin ,sin 30)解得45由光路图，根据几何知识可得：第一次出射点O距C的距离为OCeq f(BC,2)