【物理】2019届一轮复习人教版选修3-4机械振动和机械波光和电磁波学案

【物理】2019届一轮复习人教版选修3-4机械振动和机械波光和电磁波学案

‎1．机械振动与机械波 高频考点1　简谐运动(Ⅰ)‎ 高频考点2　简谐运动的公式和图象(Ⅱ)‎ ‎(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＝.‎ ‎(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＝－ x.简谐运动的表达式为x＝Asin (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．‎ 高频考点3　单摆、周期公式(Ⅰ)‎ 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＝2π.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．‎ 高频考点4　受迫振动和共振(Ⅰ)‎ ‎(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．‎ 高频考点5　机械波(Ⅰ)‎ 高频考点6　横波和纵波(Ⅰ)‎ ‎(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，各质点振幅相同．‎ ‎②各质点的振动周期都与波源的振动周期相同．‎ ‎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．‎ 高频考点7　横波的图象(Ⅱ)‎ 高频考点8　波速、波长和频率(周期)的关系(Ⅱ)‎ ‎(1)波速与波长、周期(频率)的关系：v＝＝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．‎ ‎(2)简谐波的图象是一条正弦或余弦函数曲线．‎ 高频考点9　波的干涉和衍射现象(Ⅰ)‎ 高频考点10　多普勒效应(Ⅰ)‎ ‎(1)产生干涉的条件：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．‎ ‎(3)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)．‎ ‎2．电磁振荡与电磁波 高频考点11　变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，电磁波及其传播(Ⅰ)‎ ‎(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＝3×‎108 m/s.‎ 高频考点12　电磁波的产生、发射和接收(Ⅰ)‎ ‎(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：使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程．‎ 高频考点13　电磁波谱(Ⅰ)‎ 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．‎ ‎3．光 高频考点14　光的折射定律(Ⅱ)‎ ‎(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．‎ 高频考点15　折射率(Ⅰ)‎ 折射率：n＝＝，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．‎ 高频考点16　全反射、光导纤维(Ⅰ)‎ ‎(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：sin C＝，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．‎ 高频考点17　光的干涉、衍射和偏振现象(Ⅰ)‎ ‎(1)干涉现象：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涉现象．‎ 干涉条件：两光源发出的光频率相同，相位差恒定．‎ 双缝干涉：①条纹间距：Δx＝λ ‎②亮、暗条纹产生的条件：某点到双缝的距离之差 Δx＝ ‎(2)薄膜干涉 ‎①形成：由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：彼此平行的明暗相间的条纹．若白光入射，得到平行的彩色条纹．‎ ‎③应用：增透膜(其厚度应为光在薄膜中波长的四分之一)用于检查工件表面的平整度．‎ ‎(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．‎ ‎4．相对论 高频考点18　狭义相对论的基本假设(Ⅰ)质速关系、质能　关系(Ⅰ)相对论质能关系式(Ⅰ)‎ ‎(1)爱因斯坦的狭义相对论有两个基本假设 ‎①相对性原理：一切物理规律在所有的惯性参考系中具有相同的形式 ‎②光速不变原理：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的 ‎(2)质速关系、质能关系式 ‎①物体的质量随速率变化关系：m＝ .静质量：m0物体相对于惯性系静止时的质量，m是物体以速度v相对观察者运动时的质量．‎ ‎②相对论质能关系： E＝mc2　质能关系指出物质的质量和能量之间有密切的联系；‎ ΔE＝mc2说明惯性质量的增加和能量的增加相联系，能量的改变必然导致质量的相应变化． : xx ]‎ 例1　(1)有一列简谐横波的波源在O处，某时刻沿x轴正方向传播的振动形式传到‎20 cm处，此时x轴上‎10 cm处的质点已振动0.2 s，P点离O处‎80 cm，如图所示，取该时刻为t＝0时，下列说法正确的是________．‎ A．P点起振时的速度方向沿y轴负方向 B．波的传播速度为‎1 m/s C．经过1.5 s，P点第一次到达波峰 D．0～0.1 s时间内，x＝‎10 cm处的质点振动的速度逐渐增大 E．x＝‎15 cm处的质点从开始起振到P点开始起振的时间内通过的路程为52 cm[ :学 XX ]‎ ‎(2)如图所示，等腰玻璃三棱镜的折射率n1＝1.50，底部浸在水中，水的折射率为n2＝，入射的平行光与底面平行，求：角θ的正切值至少应多大才能使光线在棱镜底面上产生全反射．‎ ‎【答案】(1)ACE　(2) 说明　第(1)问考查对简谐振动和简谐波的基本概念的理解，属于容易题；第(2)问考查学生对光的折射和全反射的理解和应用，难度适中．‎ 例2　(1)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比Δx1________Δx2(填“>”“<”或“＝”)．若实验中红光的波长为630 nm，双缝到屏的距离为‎1 m，测得第1条到第6‎ 条亮条纹中心间的距离为‎10.5 mm，则双缝之间的距离为____ mm.‎ ‎(2)甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播，波速均为‎25 cm/s，两列波在t＝0时的波形曲线如图所示．求： ‎ ‎(ⅰ)t＝0时，介质中偏离平衡位置位移为‎16 cm的所有质点的x坐标；‎ ‎(ⅱ)从t＝0开始，介质中最早出现偏离平衡位置位移为－‎16 cm的质点的时间．‎ ‎【答案】(1)>　0.3‎ ‎(2)(ⅰ)x＝(50＋300n) cm　(n＝0，±1，±2，±3……)　(ⅱ)0.1 s 说明　第(1)问考查双缝干涉实验对条纹间距的计算，属于容易题；第(2)问主要考查机械波的叠加以及多解性，要求学生具有应用数学解决物理问题的能力． 学 ‎ 例3　（1）简谐运动的振动图线可用下述方法画出：如图甲所示，在弹簧振子的小球上安装一支绘图笔P，让一条纸带在与小球振动方向垂直的方向上匀速运动，笔P在纸带上画出的就是小球的振动图象.取振子水平向右的方向为振子离开平衡位置的位移正方向，纸带运动的距离代表时间，得到的振动图线如图乙所示.则下列说法中正确的是(　　)‎ ‎　‎ A.弹簧振子的周期为4 s B.弹簧振子的振幅为‎10 cm C.t＝17 s时振子相对平衡位置的位移是‎10 cm D.若纸带运动的速度为‎2 cm/s，振动图线上1、3两点间的距离是‎4 cm E.2.5 s时振子正在向x轴正方向运动 ‎（2）如图所示，玻璃球冠的折射率为，其底面镀银，底面的半径是球半径的倍；在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点，求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角.‎ ‎【答案】ABD ‎（2）设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点，光线的光路图如图所示.设光线在M点的入射角为i、折射角为r，在N点的入射角为i′，反射角为i″，玻璃折射率为n.由于△OAM为等边三角形，‎ i＝60°①‎ 由折射定律有 sin i＝nsin r②‎ 代入题给条件n＝得 r＝30°③‎ 作底面在N点的法线NE，由于NE∥AM，有 i′＝30°④‎ 根据反射定律，有 i″＝30°⑤‎ 连接ON，由几何关系知△MAN≌△MON，故有 ‎∠MNO＝60°⑥‎ 由④⑥式得 ‎∠ENO＝30°‎ 于是∠ENO为反射角，ON为反射光线.这一反射光线经球面再次折射后不改变方向.所以，经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角β为 β＝180°－∠ENO＝150°‎ ‎【答案】150°‎ 例4 （1）如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则下列说法正确的是________.‎ A.该棱镜的折射率为 B.光在F点发生全反射 C.光从空气进入棱镜，波长变短 D.光从空气进入棱镜，波速变小 E.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行 ‎（2）一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播，波长不小于‎10 cm.O和A是介质中平衡位置分别位于x＝0和x＝‎5 cm处的两个质点.t＝0时开始观测，此时质点O的位移为y＝‎4 cm，质点A处于波峰位置；t＝ s 时，质点O第一次回到平衡位置，t＝1 s时，质点A第一次回到平衡位置.求：‎ ‎(ⅰ)简谐波的周期、波速和波长；‎ ‎(ⅱ)质点O的位移随时间变化的关系式.‎ ‎【答案】ACD ‎（2）【解析】(1)设振动周期为T.由于质点A在0到1 s内由最大位移处第一次回到平衡位置，经历的是个周期，由此可知T＝4 s① 学 ‎ 由于质点O与A的距离Δx＝‎5 cm小于半个波长，且波沿x轴正向传播，O在t＝ s时回到平衡位置，而A ‎【答案】(1)4 s　‎7.5 cm/s　‎‎30 cm ‎(2)y＝0.08cos(t＋) m或y＝0.08sin(t＋) m ‎1. 下列说法中正确的是（ ）‎ A.不管光源与观察者是否存在相对运动，观察者观察到的光速是不变的 B.水面上的油膜呈现彩色是光的衍射现象 C.双缝干涉实验中，若只减小屏到挡板间距离l，两相邻亮条纹间距离Δx将减小 D.声源向静止的观察者运动，观察者接收到的频率小于声源的频率 E.液晶显示器应用了光的偏振原理 ‎【答案】ACE　‎ ‎【解析】根据相对论原理可知，不管光源与观察者是否存在相对运动，观察者观察到的光速是不变的.故A正确；水面上的油膜呈现彩色是光的薄膜干涉现象.故B错误；双缝干涉实验中，若只减小屏到挡板间距离l，根据公式Δx＝λ可知，两相邻亮条纹间距离Δx将减小.故C正确；声源向静止的观察者运动时，产生多普勒效应，则观察者接收到的频率大于声源的频率.故D错误；液晶本身是不发光的，发光体是在液晶本身的后面，只有改变发光体的角度和方向，才能改变液晶光的偏振方向，故E正确.学 ‎ ‎2. 下列说法中正确的是（ ）‎ A.做简谐运动的质点，其振动能量与振幅无关 B.泊松亮斑是光的衍射现象，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象 C.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关 D.在“用单摆测定重力加速度”的实验中，为使实验结果较为准确，应选用‎10 cm长的细线和小铁球 E.当频率一定的声源向着静止的接收器加速运动时，接收器收到的声波频率增大 ‎【答案】BCE　‎ ‎3. 《梦溪笔谈》是中国 学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”.如图1所示是彩虹成因的简化示意图，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b是两种不同频率的单色光.下列说法正确的是(　　)‎ A.雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹 B.水滴对a光的临界角大于对b光的临界角 C.在水滴中，a光的传播速度大于b光的传播速度 D.在水滴中，a光的波长小于b光的波长 E.a、b光分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距较小 ‎【答案】ADE 　‎ ‎【解析】雨后彩虹是由于太阳光入射到水滴中发生折射时不同色光偏折程度不同而形成的，即发生色散形成的.故A正确；分析可知，第一次折射时，b光的折射角较大，而入射角相等，根据折射率公式n＝得知，b光的折射率较小，由sin C＝可得：水滴对a光的临界角小于对b光的临界角.故B错误；由公式v＝得知，在水滴中，a光的传播速度小于b光的传播速度.故C错误；a光的折射率大于b光的折射率，则a光的频率大于b光的频率，a光的波长小于b光的波长.故D正确；干涉条纹的间距与波长成正比，则a光的相邻亮条纹间距较小，故E正确.‎ ‎4. 下列说法正确的是（ ）‎ A.赫兹预言了电磁波的存在并用实验加以证实 B.在高速运动的火箭上的人认为火箭的长度并没有改变 C.与平面镜相比，全反射棱镜的反射率高，几乎可达100 ‎ D.单摆在驱动力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关 E.在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时，可以用衍射法检查平面的平整程度 ‎【答案】BCD　‎ ‎【解析】麦克斯韦预言了电磁波的存在，而赫兹用实验加以证实，故A错误；根据相对论原理：沿着 ‎5．由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播.波源振动的频率为20 H ，波速为‎16 m/s.已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧，且P、Q和S 的平衡位置在一条直线上，P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为‎15.8 m、‎14.6 m.P、Q开始振动后，下列判断正确的是（ ）‎ A.P、Q两质点运动的方向始终相同 B.P、Q两质点运动的方向始终相反 C.当S恰好通过平衡位置时，P、Q两点也正好通过平衡位置 D.当S恰好通过平衡位置向上运动时，P在波峰 E.当S恰好通过平衡位置向下运动时，Q在波峰 ‎【答案】BDE　[ : +xx+ ]‎ ‎【解析】根据题意可得T＝ s＝0.05 s，v＝‎16 m/s，故波长为λ＝vT＝‎0.8 m，找P点关于S点的对称点P′，根据对称性可知P′和P的振动情况完全相同，P′、Q两点相距Δx＝(－)λ＝λ，为半波长的整数倍，P′、Q两点振动方向始终相反，即P、Q两点振动方向始终相反，A错误，B正确；P点距离S点x＝19λ，当S恰好通过平衡位置向上振动时，P点在波峰，同理Q点相距S点x′＝18λ，当S恰好通过平衡位置向下振动时，Q点在波峰，D、E正确，C错误.‎ ‎6．某同学用单摆测当地的重力加速度.他测出了摆线长度L和摆动周期T，如图(a)所示.通过改变摆线长度L，测出对应的摆动周期T，获得多组T与L，再以T2为纵轴、L为横轴画出函数关系图象如图(b)所示.由图象可知，摆球的半径r＝______ m，当地重力加速度g＝________ m/s2；由此种方法得到的重力加速度值与实际的重力加速度值相比会________(选填“偏大”“偏小”或“一样”).‎ ‎【答案】1.0×10－2　π2　一样 ‎7.如图所示为一列简谐横波某时刻的波形图，介质中有P、Q、M三个质点，此时的纵坐标分别为yP＝‎2 cm，yQ＝－‎2 cm，下列说法正确的是________.‎ A.P、Q两质点的速度方向总是相同 B.Q、M两质点的加速度总是相同 C.P、M两质点的速度总是大小相等、方向相反 D.在任何相等时间内，P、M两质点通过的路程总相等 E.P、M两质点对平衡位置的位移总是大小相等、方向相反 ‎【答案】CDE　‎ ‎【解析】P、M两点相差半个周期，所以P、M两点的速度和距平衡位置的位移的大小总是相等、方向相反，C、D、E正确. 学 …… ‎ ‎8. 图(a)为一列简谐横波在t＝0.1 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(b)为质点Q的振动图象，则下列说法正确的是(　　)‎ A.该波的周期是0.1 s B.该波的传播速度为‎40 m/s C.该波沿x轴的负方向传播 D.t＝0.1 s时，质点Q的速度方向向下 E.从t＝0.1 s到 t＝0.25 s，质点P通过的路程为‎30 cm ‎【答案】BCD　‎ ‎【解析】由振动图象可知，该波的周期是0.2 s，选项A错误；该波的传播速度为v＝＝‎ m/s＝40 ‎ ‎9. 如图所示为两列沿绳传播的(虚线表示甲波，实线表示乙波)简谐横波在某时刻的波形图，M为绳上x＝‎0.2 m处的质点，则下列说法中正确的是(　　)‎ A.图示时刻质点M的速度为零 B.M点是振动加强点 C.甲波的传播速度v1比乙波的传播速度v2大 D.由图示时刻开始，再经甲波的周期，质点M将位于波峰 E.位于原点的质点与M点的振动方向总是相反的 ‎【答案】BDE　‎ ‎【解析】质点M是两列波的波谷或波谷相遇点，振动始终加强，速度不为零，故A错误，B正确；波速由介质的性质决定，两列波均沿绳传播，同种介质，则波速相等，故C错误；甲向右传播，由波形平移法知，图示时刻M点正向下运动，再经甲波的周期，M将处于波峰，故D正确；位于原点的质点与M点相距半个波长，振动方向总是相反，故E正确.‎ ‎10. 在透明均匀介质内有一球状空气泡，一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡，A为入射点，之后a、b色光分别从C点、D点射向介质，如图所示.已知A点的入射角为30°，a色光的偏向角为45°(C点出射光线与A点入射光线的夹角)，CD弧所对的圆心角为3°，则下列结论正确的是(　　)‎ A.b色光的偏向角为42°‎ B.介质对a色光的折射率na ＝ C.在介质中，a光的频率小于b光的频率 D.b色光从介质射向空气的临界角正弦sin C＝ E.若用a、b两单色光分别通过同一双缝干涉装置，屏上的条纹间距xa < xb ‎【答案】ADE　‎ ‎11. 如图所示，ABCD是一玻璃砖的截面图，一束光与AB面成30°角从AB边上的E点射入玻璃砖中，折射后经玻璃砖的BC边反射后，从CD边上的F点垂直于CD边射出.已知∠B＝90°，∠C＝60°，EB＝10 cm，BC＝‎30 cm.真空中的光速c＝3×‎108 m/s，求：‎ ‎(1)玻璃砖的折射率；‎ ‎(2)光在玻璃砖中从E到F所用的时间.(结果保留两位有效数字)[ : xx ]‎ ‎【答案】(1)　(2)1.8×10－9 s ‎【解析】(1)光在玻璃砖中传播光路如图所示，‎