2020届二轮复习专题十一 选考部分第2课时机械振动和机械波光课件(64张)

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2020届二轮复习专题十一 选考部分第2课时机械振动和机械波光课件(64张)

第 2 课时 机械振动和机械波 光 第一部分   专题 十一 选 考部分 高考命题轨迹 高考命题点 命题轨迹 情境图 机械振动和机械波与光的组合 2016 1 卷 34,3 卷 34   16(1)34 题 16(3)34 题 机械振动和机械波与光的组合 2017 1 卷 34,2 卷 34,3 卷 34         17(1)34 题 17(2)34 题 17(3)34 题 机械振动和机械波与光的组合 2018 2 卷 34,3 卷 34         18(2)34 题 18(3)34 题 机械振动和机械波与光的组合 2019 1 卷 34,3 卷 34         19(1)34 题 19(3)34 题 电磁波与机械波的组合 2015 1 卷 34,2 卷 34         2016 2 卷 34 2018 1 卷 34 物理光学与机械波的组合 15(1)34 题  15(2)34 题 18(1)34 题 3 - 4 模块实验 2019 2 卷 34         19(2)34 题 高考题型 1 机械振动 和机械波与光的组合 内容索引 NEIRONGSUOYIN 高考题型 2 光 与机械波的组合 高考题型 3 物理光学 与机械波的组合 高考题型 4 3-4 模块实验 机械振动和机械波与光的组合 题型:选择或者计算题: 5 年 4 考 高考题型 1 例 1   ( 2019· 全国卷 Ⅰ ·34)(1 ) 一简谐横波沿 x 轴正方向传播,在 t = 时刻 ,该波的波形图如图 1(a) 所示, P 、 Q 是介质中的两个质点 . 图 (b) 表示介质中某质点的振动图像 . 下列说法正确的是 ________( 填正确答案标号 ). 图 1 A. 质点 Q 的振动图像与图 (b) 相同 B. 在 t = 0 时刻,质点 P 的速率比质点 Q 的大 C. 在 t = 0 时刻,质点 P 的加速度的大小比质点 Q 的大 D. 平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图 (b) 所示 E. 在 t = 0 时刻,质点 P 与其平衡位置的距离比质点 Q 的大 CDE 解析  t = 时刻 ,题图 (b) 表示介质中的某质点从平衡位置向下振动,而题图 (a) 中质点 Q 在 t = 时刻 从平衡位置向上振动,平衡位置在坐标原点的质点从平衡位置向下振动,所以质点 Q 的振动图像与题图 (b) 不同,平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如题图 (b) 所示,选项 A 错误, D 正确 ; 在 t = 0 时刻,质点 P 处在波谷位置,速率为零,与其平衡位置的距离最大,加速度最大,而质点 Q 运动到平衡位置,速率最大,加速度为零,即在 t = 0 时刻,质点 P 的速率比质点 Q 的小,质点 P 的加速度比质点 Q 的大,质点 P 与其平衡位置的距离比质点 Q 的大,选项 B 错误, C 、 E 正确 . (2) 如图 2 ,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 m 的湖底 P 点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向的夹角为 53°( 取 sin 53° = 0.8). 已知水的折射率 为 . 图 2 ① 求桅杆到 P 点的水平距离; 答案  7 m   解析  设 光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为 x 1 ,到 P 点的水平距离为 x 2 ; 桅杆 距水面的高度为 h 1 , P 点处水深为 h 2 ; 激光束 在水中与竖直方向的夹角为 θ ,由几何关系有 由折射定律有: sin 53° = n sin θ ③ 设桅杆到 P 点的水平距离为 x , 则 x = x 1 + x 2 ④ 联立 ①②③④ 式并代入题给数据得: x = 7 m ⑤ ② 船向左行驶一段距离后停止,调整由 P 点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为 45° 时,从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离 . 答案  5.5 m 解析  设 激光束在水中与竖直方向的夹角为 45° 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 i ′ = n sin 45 ° ⑥ 设船向左行驶的距离为 x ′ ,此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为 x 1 ′ ,到 P 点的水平距离为 x 2 ′ ,则: x 1 ′ + x 2 ′ = x ′ + x ⑦ 联立 ⑤⑥⑦⑧⑨ 式并代入题给数据得: 拓展训练 1   (2019· 全国卷 Ⅲ ·34)( 1) 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,下列说法正确的是 ________. 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动片的周期相同 E. 同一质点处,两列波的相位差不随时间变化 BDE 解析  在 波的干涉实验中,质点在振动加强区的振幅是两列波振幅之和,质点在振动减弱区的振幅是两列波振幅之差, A 项错误 ; 沿 波的传播方向上,波不停地向外传播,故各质点的相位不都相同, C 项错误 ; 两 波源振动频率相同,其他各质点均做受迫振动,故频率均与振源频率相同,周期均与振动片的周期相同, B 、 D 项正确 ; 同 一质点到两波源的距离确定,故波程差恒定,即相位差保持不变, E 正确 . (2) 如图 3 ,直角三角形 ABC 为一棱镜的横截面, ∠ A = 90° , ∠ B = 30°. 一束光线平行于底边 BC 射到 AB 边上并进入棱镜,然后垂直于 AC 边射出 . ① 求棱镜的折射率; 图 3 解析  光 路图及相关量如图所示 . 光束在 AB 边上折射,由折射定律得 式中 n 是棱镜的折射率 . 由几何关系可知 α + β = 60 ° ② 由几何关系和反射定律得 β = β ′ = ∠ B ③ 联立 ①②③ 式,并代入 i = 60° 得 ② 保持 AB 边上的入射点不变,逐渐减小入射角,直到 BC 边上恰好有光线射出 . 求此时 AB 边上入射角的正弦 . 解析  设 改变后的入射角为 i ′ ,折射角为 α ′ ,由折射定律得 由几何关系得 θ c = α ′ + 30 ° ⑦ 由 ④⑤⑥⑦ 式得入射角的正弦为 拓展训练 2   (2019· 河南安阳市下学期二模 ) (1) 如图 4 甲所示为一列简谐横波在 t = 2 s 时的波形图,图乙为介质中平衡位置在 x = 1.5 m 处的质点的振动图象 . P 是平衡位置在 x = 2 m 处的质点,则下列说法正确的是 图 4 A. t = 2 s 时, x = 1.5 m 处质点的振动速度为 0.5 m/s B. t = 2 s 时, x = 1.0 m 处质点的位移为 4 cm C. 该简谐横波沿 x 轴的负方向传播 D.0 ~ 1 s 时间内, P 向 y 轴正方向运动 E.0 ~ 3 s 时间内, P 运动的路程为 12 cm √ √ √ 解析  由 题图可知波长 λ = 2 m , T = 4 s ,则波速 v = = 0.5 m/s ;此为波的传播速度,并非质点的振动速度,选项 A 错误; 质点的振幅为 4 cm , t = 2 s 时, x = 1 m 处质点位于波峰位置,位移为 A = 4 cm ,选项 B 正确; t = 2 s 时, x = 1.5 m 处质点沿 y 轴负方向运动,则该波沿 x 轴负方向传播,选项 C 正确; 0 ~ 1 s 时间内,质点 P 由波峰向平衡位置运动,沿 y 轴负方向运动,选项 D 错误 ; t = 0 时,质点 P 位于波峰,故经过 3 s 质点 P 经过的路程为 s = 3 A = 12 cm ,选项 E 正确 . (2) 如图 5 所示,一容器内装有深为 h 的某透明液体,容器底部为平面镜,到容器底部的距离 为 处 有一点光源 L ,可向各个方向发光 . 已知该透明液体的折射率为 n ,液面足够宽,真空中光的传播速度为 c ,求 : ① 能从液面射出的光,在液体中经过的最短时间 t ; 图 5 ② 液面上有光射出的区域的面积 S . 液面上有光射出的区域的面积 S = π r 2 光与机械波的组合 题型:选择或者计算题: 5 年 3 考 高考题型 2 例 2   (2019· 山东济南市 3 月模拟 )(1) 如图 6 甲所示,在平静的水面下深 h 处有一个点光源 S ,它发出的两种不同颜色的 a 光和 b 光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域,该区域的中间为由 a 、 b 两种单色光所构成的复色光圆形区域,周围为环状区域,且为 a 光的颜色 ( 见图乙 ) ,设 b 光的折射率为 n b ,则下列说法正确的是 ________. A. 在水中, a 光的波长比 b 光小 B. 水对 a 光的折射率比 b 光小 C. 在水中, a 光的传播速度比 b 光大 D . 复色光圆形区域的面积为 S = E . 在同一装置的杨氏双缝干涉实验中, a 光的干涉条纹比 b 光 窄 BCD 图 6 解析  a 光在水面上形成的圆形亮斑面积较大,知 a 光的临界角较大,根据 sin C = , 知 a 光的折射率较小,频率也小, 再由 v = = λf 可知,在水中, a 光的传播速度比 b 光大, a 光的波长比 b 光大,故 B 、 C 正确, A 错误; a 光的折射率小,波长长,根据双缝干涉条纹与波长成正比,可知相同条件下, a 光的干涉条纹比 b 光宽,故 E 错误 . (2) 有两列简谐横波 a 、 b 在同一介质中沿 x 轴正方向传播,速度均为 v = 5 m/s. 在 t = 0 时,两列波的波峰正好在 x = 2.5 m 处重合,如图 7 所示 . 图 7 ① 求 t = 0 时,两列波的波峰重合处的所有位置; 答案  x = (2.5±20 n ) m( n = 0,1,2,3 , … )   解析  从 题图中可以看出两列波的波长分别为: λ a = 2.5 m , λ b = 4.0 m 两列波波长的最小公倍数为: s = 20 m t = 0 时,两列波的波峰重合处的所有位置为: x = (2.5±20 n ) m( n = 0,1,2,3 … ) ② 至少经多长时间 x = 0 处的质点位移达到最大值 . 答案  3.5 s 解析  在 x = 0 左侧, x = 0 处的质点离两列波的波峰重合处最近点的距离为: Δ x = 17.5 m( 或者写出: x =- 17.5 m) 解得: Δ t = 3.5 s. 拓展训练 3   (2019· 东北三省四市教研联合体模拟 ) (1) 插针法测量半圆形玻璃砖的折射率 . 将半圆形玻璃砖平放在白纸上,在白纸上先画出玻璃砖的轮廓,并确定其圆心 O 的位置 . 再画出一条通过圆心 O 的直线,将两枚大头针 P 1 、 P 2 竖直插在这条直线上,如图 8 所示 . 图 8 ① 为了确定入射光线 P 2 P 1 的折射光线方向,至少需要在玻璃砖另一侧插入 ____ 枚大头针; 1 解析  作出 光路图,如图 由图可知只需要一根大头针就可以确定出折射光线; ② 若测得入射光线与 ON 的夹角为 α ,折射光线与 OM 的夹角为 β ,则该玻璃砖的折射率为 ________. 解析  由 题图可知,入射角 i = 90° - α ,折射角 r = 90° - β , (2) 甲、乙两列横波传播速度相同,分别沿 x 轴负方向和 x 轴正方向传播, t 0 时刻两列波的前端刚好分别传播到质点 A 和质点 B ,如图 9 所示,设 t 0 时刻为计时起点,已知甲波的频率为 5 Hz ,求: 图 9 ① t 0 时刻之前, x 轴上的质点 C 振动了多长时间? 答案   0.1 s   由题图知 λ 甲 = 4 m , λ 乙 = 8 m 波速为: v = λ 甲 f 甲 = 20 m/s 由题图可知, C 点开始振动的时刻距图中时刻为: 即 t 0 时刻之前,质点 C 已振动了 0.1 s. ② 在 t 0 时刻之后的 0.9 s 内, x = 0 处的质点位移为+ 6 cm 的时刻 . 答案   0.2 s 和 0.6 s 解析  x = 0 处的质点位移为+ 6 cm ,表明两列波的波峰同时到达 x = 0 处 . 甲波的波峰到达 x = 0 处的时刻为: t 甲 = mT 甲 ( m = 0 、 1 、 2 、 3 … ) 乙波的波峰到达 x = 0 处的时刻为: t 甲 = t 乙 解得: m = 2 n + 1 n = 0 时, m = 1 , t = 0.2 s n = 1 时, m = 3 , t = 0.6 s n = 2 时, m = 5 , t = 1 s 可知:在之后的 0.9 s 内, x = 0 处的质点位移为+ 6 cm 的时刻为 0.2 s 和 0.6 s . 拓展训练 4   ( 2019· 四川达州市第二次诊断 ) (1) 直线 P 1 P 2 过均匀玻璃球球心 O ,细光束 a 、 b 平行且关于 P 1 P 2 对称,由空气射入玻璃球的光路如图 10 所示 . a 、 b 光相比 ________. A. 玻璃对 a 光的折射率较小 B. b 光在玻璃中的传播速度较大 C. b 光在玻璃中的传播时间较长 D. 用同一双缝干涉实验装置做实验, a 光的相邻两明条纹之间的距离大 E. 用同一衍射实验装置做实验, b 光的衍射条纹宽度相等且比 a 光的 宽 图 10 ACD 解析  由 光路图可知, a 光在玻璃中的偏折程度较小,即玻璃对 a 光的折射率较小,选项 A 正确; 用同一衍射实验装置做实验, a 光衍射比 b 光明显,且衍射条纹宽度不相等,选项 D 正确, E 错误 . (2) 如图 11 ,一列简谐横波沿 x 轴传播,实线为 t 1 = 0 时刻的波形图,虚线为 t 2 = 0.05 s 时的波形图 . 图 11 ① 若波沿 x 轴正方向传播且 2 T < t 2 - t 1 <3 T ( T 为波的周期 ) ,求波速; 答案  220 m/s   解析  波沿 x 轴 正向传播 ,由图象可知: λ = 4 m ; ② 若波速 v = 260 m/s ,则从 t 1 = 0 时刻起 x = 2 m 处的质点第三次运动到波谷所需的时间 . 解析  若波速 v = 260 m/s , 物理光学与机械波的组合 题型:选择或者计算题: 5 年 0 考 高考题型 3 例 3   (2019· 福建福州市期末质量检测 )(1) 如图 12 所示,半圆形玻璃砖按图中实线位置放置,直径与 BD 重合 . 一束白光沿着半圆形玻璃砖的半径从圆弧面垂直 BD 射到圆心 O 点上 . 使玻璃砖绕 O 点逆时针缓慢地转过角度 θ (0°< θ <90°) ,观察到折射光斑和反射光斑在弧形屏上移动 . 在玻璃砖转动过程中,以下说法正确的是 ________. A. 在弧形屏上可以观察到反射光的色散现象 B. 在弧形屏上可以观察到折射光的色散现象 C. 红光在玻璃砖中传播速度最小 D. 折射光斑在弧形屏上沿顺时针方向移动 E. 玻璃砖旋转过程弧形屏上最先消失的一定是紫 光 图 12 BDE (2) 让一根均匀软绳的绳端 M 点在垂直于软绳的方向上做简谐运动,软绳上会形成横波波形,如图 13 甲所示 . 已知软绳端点 M 的振动图象如图乙 . 观察发现,当 t = 1 s 时,软绳上各点都已经开始振动 . 在 t = 1.1 s 时刻, M 、 N 平衡位置之间只有一个波峰,且 N 点处在平衡位置, M 、 N 两点平衡位置之间距离 d = 0.6 m. 求: 图 13 ① 波长和传播速度; 答案  见解析 解析  由 题图乙可知,波传播的周期 T = 0.2 s ,在 t = 1.1 s 时, M 点处于平衡位置且振动方向向上 . 由题意知,有两种可能 ② 从端点 M 起振开始计时,绳上 N 点第五次运动到波峰位置的时间 . 答案  见解析 解析  由题图乙可知, t = 0 时, M 点振动方向向下, 拓展训练 5   (2019· 湖北恩施州教学质量检测 ) (1) 下列说法正确的是 ________. A. 全息照相主要是利用了光的干涉 B. 单反相机的增透膜利用了光的偏振 C. 用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉 D. 障碍物的尺寸比光的波长大得多时,一定不会发生衍射现象 E. 人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的单缝衍射图样 ACE (2) 如图 14 所示为一列简谐横波沿 x 轴传播在 t = 0 时刻的波形图,图中 P 、 Q 为平衡位置分别为 x 1 = 6 m 、 x 2 = 10 m 的两个质点,质点 P 的振动方程为 y = 0.2cos 2π t (m) ,质点 Q 从 t = 0 时刻开始,经过 第一次 到达波峰 . 求: 图 14 ① 这列波传播的方向及传播的速度; 答案  见解析 解析   由质点的振动方程 y = 0.2cos 2π t (m) 可知: 由此判断波沿 x 轴负方向传播; ② x 3 = 24 m 处的质点在 t = s 时的位移及振动的方向 . 答案  见解析 解析   由 波的传播方向及质点的振动方向的关系可知, x = 24 m 处的质点在 t = 0 时刻在平衡位置沿 y 轴正方向振动; 因此 x = 24 m 处的质点的振动方程为 y = 0.2sin 2π t (m) , 3-4 模块实验 题型:选择或者计算题: 5 年 1 考 高考题型 4 例 4   (2019· 全国卷 Ⅱ ·34) (1) 如图 15 ,长为 l 的细绳下方悬挂一小球 a ,绳的另一端固定在天花板上 O 点处,在 O 点正 下方 l 的 O ′ 处有一固定细铁钉 . 将小球向右拉开,使细绳与竖直方向成一小角度 ( 约为 2°) 后由静止释放,并从释放时开始计时 . 当小球 a 摆至最低位置时,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 ,向右为正 . 下列图像中,能描述小球在开始一个周期内的 x - t 关系的是 ______. 图 15 A 由机械能守恒定律可知,小球在左、右最大位移处距离最低点的高度相同,但由于摆长不同,所以小球在左、右两侧摆动时相对平衡位置的最大水平位移不同,当小球在右侧摆动时,最大水平位移较大,故 A 项正确 . (2) 某同学利用图 16 所示装置测量某种单色光的波长 . 实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹 . 回答下列问题 : ① 若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可 ________ ; A. 将单缝向双缝靠近 B. 将屏向靠近双缝的方向移动 C. 将屏向远离双缝的方向移动 D. 使用间距更小的双 缝 图 16 需要减小双缝到屏的距离 l 或增大双缝间的距离 d ,故 B 项正确, A 、 C 、 D 项错误 . B ② 若双缝的间距为 d ,屏与双缝间的距离为 l ,测得第 1 条暗条纹到第 n 条暗条纹之间的距离为 Δ x ,则单色光的波长 λ = ________ ; ③ 某次测量时,选用的双缝的间距为 0.300 mm ,测得屏与双缝间的距离为 1.20 m ,第 1 条暗条纹到第 4 条暗条纹之间的距离为 7.56 mm. 则所测单色光的波长为 _____ nm( 结果保留 3 位有效数字 ). 630 解析  将 已知条件代入公式解得 λ = 630 nm. 拓展训练 6   (2019· 北京市东城区上学期期末 ) 在单摆测定重力加速度的实验中: (1) 实验时先用 20 分度的游标卡尺测量摆球直径,示数如图 17 甲所示,该摆球的直径 d = ________ mm. 14.15 图 17 解析  由 题图甲所示游标卡尺可知,游标尺是 20 分度的,游标尺的精度是 0.05 mm ,主 尺示数是 14 mm ,游标尺示数是 3 × 0.05 mm = 0.15 mm ,摆 球的直径为: d = 14 mm + 0.15 mm = 14.15 mm ; (2) 接着测量了摆线的长度为 l 0 ,实验时用拉力传感器测得摆线的拉力 F 随时间 t 变化的图象如图乙所示,写出重力加速度 g 与 l 0 、 d 、 t 0 的关系式: g = ___________. (3) 某小组改变摆线长度 l 0 ,测量了多组数据 . 在进行数据处理时,甲同学把摆线长 l 0 作为摆长,直接利用公式求出各组重力加速度值再求出平均值:乙同学作出 T 2 - l 0 图象后求出斜率,然后算出重力加速度 . 两同学处理数据的方法对结果的影响是:甲 ________ ,乙 ________.( 选填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 无影响 ” ) 偏小 无影响 甲同学把摆线长 l 0 作为摆长,摆长小于实际摆长, 由此可见, T 2 与 l 0 成正比, k 是比例常数,摆长偏大还是偏小不影响图象的斜率 k , 因此 摆长偏小不影响重力加速度的测量值 . 本课结束
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