2022届高考物理第二轮复习专题十一振动和波光学

专题十一振动和波、光学（选修3-4）抓基础探技法研考向提能力[备考方向要明了]主要问题①机械振动和机械波；②光的传播、光的波动性主要考点①简谐运动的特点；②机械波的形成和传播规律；③振动图像和波动图像；④光的折射和全反射；⑤光的干涉、衍射、偏振现象主要方法①简谐运动的周期性；②波的传播方向和质点振动方向的判断方法；③波的周期性和多解性主要策略复习时既要重视对基本概念和规律的理解，又要重视知识点间的相互联系。注意把机械波的规律与光学知识相结合理解，相对论知识只需知道其基本概念，不必深究一、简谐运动的重要特征1．简谐运动的对称性(1)振动质点在关于平衡位置对称的两点，x、F、a、v、Ek、Ep的大小均相等，其中回复力F、加速度a与位移x的方向相反，而v与位移x的方向可能相同，也可能相反。(2)振动质点来回通过相同的两点间的时间相等，则tBC＝tCB，质点经过关于平衡位置对称的等长的两线段时间相等，即Tbc图11－1

＝tB′C′，如图11－1所示。二、机械波1．波长、波速和频率(1)波长λ：反映了波动在空间上的周期性，即沿波的传播方向相隔nλ的两质点振动情况(位移、速度、加速度)完全相同。(2)波速：在同一种均匀介质中同一类机械波波速是一恒量，它只与介质有关，与波的频率无关。但电磁波的波速既与介质有关，还与频率有关。(3)频率：波的频率，即波源振动的频率，只与波源有关，与介质无关。(4)关系式：v＝λf。三、振动图像与波动图像的比较振动图像波动图像研究对象某振动质点所有质点研究内容某质点位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象物理意义某质点在各时刻的位移某时刻各质点的位移振动图像波动图像图像变化随时间推移，图像延续，但已有形状不变随时间推移，图像沿传播方向平移一完整曲线表示一个周期表示一个波长图像信息(1)振动周期(2)振幅(3)各时刻质点的位移(4)各时刻质点速度及加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意质点在此时刻的位移(3)任意质点在此时刻加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判(2)薄膜干涉。①形成：由透明薄膜前后表面反射的光叠加而成。(薄膜一般指肥皂膜或空气膜等)②条纹特点：彼此平行的亮暗相间条纹。若白光入射，得到平行的彩色条纹。③应用：增透膜，其厚度至少为光在薄膜中波长的四分之一；检查工件表面的平整度。5．光的衍射6．光的偏振光的偏振证明了光是一种横波。衍射名称现象特点单缝衍射屏上出现明暗相间的条纹狭缝越窄，衍射现象越明显，图样越暗圆孔衍射屏上出现明暗相间的圆环圆环远远超过孔的直线照明范围圆板衍射圆板阴影中心有一亮斑泊松亮斑内容图像上下坡法图像上沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动同侧法波形上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧微平移法将波形图沿传播方向进行微小平移，再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定1．如图11－2所示为一列在均匀介质中传播的简谐横波在某时刻的波形图，波速为2m/s，此时P点振动方向沿y轴负方向，则(

)图11－2A．该波传播的方向沿x轴正方向B．P点的振幅比Q点的小C．经过Δt＝4s，质点P将向右移动8mD．经过Δt＝4s，质点Q通过的路程是0.4m答案：AD解析：由P点振动方向沿y轴负方向可判断该波传播的方向沿x轴正方向，选项A正确；均匀介质中传播的简谐横波各质点振幅相同，因此选项B错误；各质点只在自己的平衡位置附近振动，并没有随波移动，而且Δt＝4s＝2T，路程s＝8A＝0.4m，选项C错，D对。

波动问题的一个显著特点是多解性，波的多解问题一直是高考的热点。造成波的多解的主要因素有：1．波的空间周期性x＝nλ＋x0(n＝0,1,2，…)的质点振动情况相同。2．波的时间周期性t＝kT＋t0(k＝0,1,2，…)时的波的图像与t0时刻的图像相同。3．波传播方向的双向性波既可以沿x轴正方向传播，也可以沿x轴负方向传播。4．波的对称性波源的振动，要带动它左、右相邻质点的振动，波要向左、右两方向传播，对称性是指波在介质中向左、右同时传播时，关于波源对称的左右两质点振动情况完全相同。2．如图11－3所示，实线为某介质中t＝0时刻的一列简谐横波的波形，虚线为t时的波形，OB间距离1.5λ。则如何确定这列波的波速和波的传播方向？图11－3答案：见解析[命题视角1]

如图11－4所示，图甲为一列沿x轴传播的简谐波在t＝0.1s时刻的波形。图乙表示该波传播的介质中x＝2m处的质点a从t＝0时起的振动图像。则 (

)

图11－4A．波沿x轴正方向传播B．波传播的速度为20m/sC．t＝0.25s时，x＝4m处的质点b的加速度沿y轴负方向D．t＝0.25s时，质点a的加速度沿y轴负方向[命题视角2]

一列简谐横波以10m/s的速度沿x轴正方向传播，t＝0时刻这列波的波形如图11－5所示。则a质点的振动图像为图11－6中的 (

)图11－5图11－6[冲关锦囊]分析波动图像与振动图像问题的思路(1)分清振动图像与波动图像。横坐标为x则为波动图像，横坐标为t则为振动图像。(2)看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。(3)根据振动图像确定某一质点在波形图中某一时刻的振动方向，再由波形图判断波的传播方向。[命题视角1]一列横波沿x轴传播，传播方向未知。t时刻与t＋0.4s时刻波形相同，两时刻在x轴上－3m～3m的区间内的波形如图11－7所示。由图像可以判定(

)图11－7①该波最大速度为10m/s②在t＋0.2s时，x＝3m的质点位移为零③质点振动周期的最大值为0.4s④若波沿x轴正方向传播，各质点刚开始振动时的方向向上。上述说法中正确的是 (

)A．①②

B．②③C．③④

D．①④[命题视角2]

一列简谐横波在t＝0时刻的波形如图11－8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 (

)图11－8A．2m/s B．3m/sC．4m/s D．5m/s[冲关锦囊]波的多解问题的求解策略解决波的多解问题的一般思路是采用从特殊到一般的思维方法，仔细分析是哪种情况引起的多解，一般来说有下列几种情况：(1)如果是由于时间的周期性，则应写出时间与周期的关系式；(2)如果是由于波形的周期性，则写出距离与波长的关系式；(3)如果是由于双向性，则应分两种情况进行讨论。对于有限制条件的问题，要在解出通式以后再限制解，这样可避免漏解。[命题视角1](2011·新课标全国卷)一半圆柱形透明物体横截面如图11－9所示，底面AOB镀银(圆中粗线)，O表示半圆截面的圆心。一束光线在横截面内从M点入射，经过图11－9AB面反射后从N点射出。已知光线在M点的入射角为30°，∠MOA＝60°，∠NOB＝30°。求(1)光线在M点的折射角；(2)透明物体的折射率。[规范解题]

(1)如图11－10，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面EF对称，Q、P和N三点共线。设在M点处，光的入射角为i，折射角为r，∠OMQ＝α，∠PNF＝β。根据题意有α＝30°①由几何关系得，∠PNO＝∠PQO＝r，于是β＋r＝60°②且α＋r＝β③图11－10由①②③式得r＝15°④[自主尝试]由反射定律和折射定律，准确作出光路图，当在玻璃界面的入射角小于45°时便有光线射入空气了。[答案]

(1)45°光路图见自主尝试(2)2.1×108m/s[冲关锦囊]光的