2021版江苏专用高考物理二轮复习讲义：-第二部分-倒计时第2天-选修3-4-机械振动和机械波-光-

倒计时第2天选修3－4机械振动和机械波光电磁波A．主干回忆B．精要检索一、机械振动和机械波1．简谐运动的公式和图象(1)描述振动的物理量①振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离，用A表示．②周期：做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间，用T表示．③频率：单位时间内完成全振动的次数，用f表示．④周期和频率都是描述振动快慢的物理量，其关系为T＝eq\f(1,f)．(2)简谐运动：物体所受的力跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的振动．动力学特征：F＝－kx．简谐运动的表达式为x＝Asineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)t＋φ0))．(3)简谐运动的图象简谐运动的图象是正弦或余弦函数曲线．图象的应用：①可直接读取振幅、周期、各时刻的位移．②判定各时刻回复力、加速度及速度的方向．③判定某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况．2．单摆、单摆的周期公式在偏角很小(θ≤5°)的情况下，单摆做简谐运动．(1)单摆的周期公式T＝2πeq\r(\f(l,g))．公式中l为单摆的等效摆长，是指悬点到摆球球心的距离．(2)由周期公式可知，单摆的振动周期与摆球质量m和振幅A无关，只与摆长l和当地的重力加速度有关．(3)单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向的分力．3．受迫振动和共振(1)物体在外界驱动力(能够使物体发生振动的周期性外力)作用下的振动叫做受迫振动．(2)物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关．(3)驱动力的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大的现象叫做共振．4．机械波(1)机械波的分类：横波和纵波横波是质点振动方向与波的传播方向垂直，纵波是质点振动方向与波的传播方向在同一直线上．(2)机械波的特点①对理想的简谐波，各质点振幅一样．②各质点的振动周期都与波源的振动周期一样．③离波源越远的质点，振动越滞后．④各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不沿波的传播方向迁移．⑤机械波向前传播的是运动形式，也是传播能量和传递信息的方式．5．波速、波长和频率(周期)的关系波速与波长、周期(频率)的关系：v＝eq\f(λ,T)＝λf．(1)周期和频率只与波源有关，波在传播过程中周期和频率不变．(2)波速只与介质有关，在同一种均匀介质中，波速是一个定值，与波源无关．(3)波长既与波源有关又与介质有关．6．波的干预和衍射现象(1)产生干预的条件：两列波的频率相等．现象：两列波相遇时，某些区域总是振动加强，某些区域总是振动减弱，且振动加强区和振动减弱区相互间隔．(2)产生明显衍射的条件：孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象．7．多普勒效应：波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化．靠近(或远离)波源，频率增大(或减小)．二、电磁波1．变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，电磁涉及其传播(1)麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．(2)电磁波：变化的磁场和变化的电场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远地向外传播形成电磁波．电磁波是横波，电磁波在真空中的速度为c＝3×108m/s．2．电磁波的产生、发射和接收(1)电磁波的产生：振荡电路的特点——采用开放电路、频率足够高．(2)发射电磁信号需经过调制过程，调制分调幅、调频两种．(3)调谐：使接收电路产生电谐振的过程．解调：使声音或图象信号从高频电流中复原出来的过程．3．电磁波谱电磁波按波长由长到短的排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．三、光1．光的折射定律(1)折射定律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居在法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．(2)在折射现象中，光路是可逆的．2．折射率折射率：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(c,v)，其中θ1为光在真空(空气)中的入射角，θ2为光在介质中的折射角，c为光在真空中的传播速度，v为光在介质中的传播速度．3．全反射、光导纤维(1)全反射条件：①光从光密介质射入光疏介质．②入射角大于等于临界角．(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光．(3)临界角：sinC＝eq\f(1,n)，C为折射角等于90°时的入射角．(4)应用——光导纤维它由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的折射率大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射．4．光的干预、衍射和偏振现象(1)干预现象：两列相干光波相叠加，某些区域的光被加强，某些区域的光被减弱，且加强区与减弱区互相间隔的现象叫光的干预现象．干预条件：两光源发出的光频率一样，相位差恒定．双缝干预：①条纹间距：Δx＝eq\f(l,d)λ②亮、暗条纹产生的条件：某点到双缝的距离之差Δx＝eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(nλn＝0，1，2，…亮条纹,2n＋1\f(λ,2)n＝0，1，2，…暗条纹))(2)薄膜干预①形成：由薄膜前后外表反射的光叠加而成．(薄膜一般指肥皂膜或空气膜等)②条纹：彼此平行的明暗相间的条纹．假设白光入射，得到平行的彩色条纹．③应用：增透膜(其厚度应为光在薄膜中波长的四分之一)用于检查工件外表的平整度．(3)光的衍射光在传播过程中遇到障碍物时，偏离原来的直线传播路径，绕到障碍物后面继续传播的现象叫光的衍射．(4)光的偏振在与光波传播方向垂直的平面内，光振动沿各个方向均匀分布的光叫自然光，光振动只沿着某个特定方向的光叫偏振光．C．考前热身1．(2021·扬州模拟)(1)(多项选择)以下说法中正确的选项是________．A．照相机、摄影机镜头外表涂有增透膜，利用了光的干预原理B．在光的双缝干预实验中，假设仅将入射光由绿光变为红光，那么条纹间距变窄C．太阳光是偏振光D．相对论认为空间和时间与物体的运动状态有关(2)某同学用插针法测半圆形玻璃砖的折射率，局部实验步骤如下：图1A．将玻璃砖放置在固定于水平木板的白纸上，用铅笔记录玻璃砖直径的两个端点EF；B．先取走玻璃砖，连接EF，作EF的中垂线MN交于EF于O点，取直线OQ，在OQ上竖直地插上大头针P1、P2；C．再将玻璃砖放回原位置，在图中EF的下方透过玻璃砖观察P1、P2；D．为确定出射光线OR，至少还须插1枚大头针P3，在插入第三个大头针P3时，要使它________．如图1是某次实验时在白纸上留下的痕迹，根据该图可算得玻璃的折射率n＝________．(计算结果保存两位有效数字)(3)如图2所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝0时刻的波形图，波的传播速度v＝2m/s．图2①写出x＝0．5m处的质点做简谐运动的表达式；②求出x＝0．5m处的质点在0～5．5s内通过的路程．【解析】(1)照相机、摄影机镜头外表涂有增透膜，是利用了光的干预原理，A正确；在光的双缝干预实验中，由Δx＝eq\f(L,d)λ可知，仅入射光由绿光换为红光，那么条纹间距变宽，B错误；太阳光是自然光，C错误；相对论认为空间和时间与物体的运动速度有关，D正确．(2)确定第三个大头针P3的位置的方法是：使P3挡住P1、P2的像．在OQ和OR上截取一样的长度OG和OH，过G和H作法线MN的垂线，垂足分别为I和J，用mm刻度尺测量出GI和HJ，那么玻璃的折射率n＝eq\f(HJ,GI)＝1．7．(3)由波形图可知，A＝5cmλ＝2．0m．那么波的周期T＝eq\f(λ,v)＝1．0s①x＝0．5m处的质点t＝0时的位移为A＝5cm故x＝0．5m处质点做简谐运动的表达式y＝5coseq\f(2π,T)tcm＝5cos2πtcm．②t＝5．5s＝5．5T，故x＝0．5m处质点振动的路程为4A×5．5＝22A＝【答案】(1)AD(2)挡住P1、P2的像1．7(1．5～1．9都算对)(3)①y＝5cos2πtcm②110cm2．(2021·无锡模拟)(1)(多项选择)以下关于图3所示的图象描述和判断中正确的选项是________．【导学号：17214240】图3A．图甲是多普勒效应的图象，B处的观察者接收到波的频率大于波源发出的频率B．图甲是多普勒效应的图象，A处的观察者接收到波的频率大于波源发出的频率C．图乙是受迫振动的振幅随驱动力频率变化的图象，物体做受迫振动时频率始终等于固有频率D．图乙是受迫振动的振幅随驱动力频率变化的图象，当驱动力的频率等于固有频率时振幅最大(2)如图4甲所示，A、B两人乘坐两艘飞船分别以0．6c和0．8c的速度相向运动，分别向对方发射一列相干光波，设真空中光速为c，B观察到A发出光波的速度为________________，地面上的观察者看到两列光波相遇如图乙所示，实线表示光波的波峰，那么MN连线的中点F的振动________(选填“加强〞、“减弱〞或“不振动图4(3)光导纤维现已在通讯、医疗技术中大量使用，如图5所示，一束光不管以多大的入射角射到光纤的ab面上，经光纤传导后都能从光纤的cd面射出，实现信息的传递，求光纤的折射率应满足的条件．图5【解析】(1)波在同一种均匀介质中是匀速传播的，由图甲可知，波源在靠近B处，远离A处，所以B处的观察者接收到波的频率大于波源发出的频率，A处的观察者接收到波的频率小于波源发出的频率，应选项A正确，选项B错误．根据共振的条件知选项D正确、C错误．(2)根据相对论光速不变原理可知，B观察到A发出光波的速度为c，由于光速不变，因此两列光的波峰到达F点时通过的距离相等，因此所用时间相等，即两波峰同时到达F点，那么中点F的振动为加强．(3)由题意“光束不管以多大的入射角射到光纤的ab面上，经光纤传导后都能从光纤的cd面射出〞可知，光束进入纤维后在ad、bc面上将发生全反射，作出光路示意图