江苏省高考物理二轮复习专题十一鸭部分教学案选修34.docx
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江苏省高考物理二轮复习专题十一鸭部分教学案选修34
——教学资料参考参考范本——
江苏省高考物理二轮复习专题十一鸭部分教学案选修3_4
______年______月______日
____________________部门
考情分析
20xx
20xx
20xx
选修3-4
T12B
(1):
多普勒效应
T12B
(2):
波速与波长、频率的关系,波的干涉和衍射
T12B(3):
光的折射定律
T12B
(1):
狭义相对论的基本假设及长度的相对性
T12B
(2):
光发生干涉的条件、光的叠加
T12(3):
双缝干涉条纹间距公式的应用
T12B
(1):
相对论
T12B
(2):
波长、波速、频率的关系
T12(3):
光的折射,眼球模型
命题解读
本专题13个考点,皆为Ⅰ要求。
从三年命题情况看,命题特点为:
(1)注重基础。
如20xx年的“共振”、20xx年的“光谱”、20xx年与20xx年和20xx年的“多普勒效应”“相对论”等都较好的考查了学生的理解能力。
(2)联系实际。
20xx年的“单反照相机”、20xx年的“蝴蝶的翅膀”、20xx年的“眼镜片”、20xx年的“人的眼球聚光”等都是STS问题,体现了学以致用的课标理念。
整体难度中等,命题指数★★★★★,复习目标是达B必会。
1.(20xx·江苏高考)
(1)一艘太空飞船静止时的长度为30m,他以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球,下列说法正确的是________。
A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30m
B.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30m
C.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
D.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c
(2)杨氏干涉实验证明光的确是一种波,一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上,两狭缝就成了两个光源,它们发出的光波满足干涉的必要条件,则两列光的________相同。
如图1所示,在这两列光波相遇的区域中,实线表示波峰,虚线表示波谷,如果放置光屏,在________(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹。
图1
(3)在上述杨氏干涉实验中,若单色光的波长λ=5.8910-7m,双缝间的距离d=1mm,双缝到屏的距离l=2m。
求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距。
解析
(1)飞船上的观察者测得飞船的长度不变,仍为30m,由l=l0<l0可知,地球上的观察者测得该飞船的长度小于30m,A错误,B正确;由光速不变原理可知C、D错误。
(2)从两狭缝发出的光,它们的频率相同,是干涉光,在波峰与波谷相遇的区域中,振动相互抵消,会出现暗条纹,即在C点出现暗条纹。
(3)相邻亮条纹的中心间距Δx=λ
由题意知,亮条纹的数目n=10
解得L=,代入数据得L=1.17810-2m。
答案
(1)B
(2)频率 C (3)1.17810-2m
2.(20xx·江苏高考)
(1)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有________。
A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快
B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
C.地球上的人观测到地球上的钟较快
D.地球上的人观测到地球上的钟较慢
(2)野生大象群也有自己的“语言”。
研究人员录下象群“语言”交流时发出的声音,发现以2倍速度快速播放录音时,能听到比正常播放时更多的声音。
播放速度变为原来的2倍时,播出声波的________(选填“周期”或“频率”)也变为原来的2倍,声波传播速度________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)人的眼球可简化为如图2所示的模型。
折射率相同、半径不同的两个球体共轴。
平行光束宽度为D,对称地沿轴线方向射入半径为R的小球,会聚在轴线上的P点。
取球体的折射率为,且D=R。
求光线的会聚角α。
(示意图未按比例画出)
图2
解析
(1)由相对论知识Δt=知,Δt>Δτ。
则地面上的人观察飞船上的时间进程比地面上慢,即地球上的人观测到地球上的钟较快,同理可知,飞船上的人观测到飞船上的钟较快,A、C正确,B、D错误。
(2)播放速度变为原来的2倍,则声波的频率为原来的2倍,而声波在空气中的传播速度由介质性质决定,故声速不变。
(3)由几何关系sini=
解得i=45°
则由折射定律=n
解得γ=30°
且i=γ+
解得α=30°
答案
(1)AC
(2)频率 不变 (3)30°
1.机械振动与机械波
(1)单摆的回复力是重力的切向分力,或合力在切向的分力。
单摆固有周期T=2π。
(2)分析简谐运动中各物理量的变化情况时,一定要以位移为桥梁,位移增大时,振动质点的回复力、加速度、势能均增大,速度、动能均减小;反之,则产生相反的变化。
另外,各矢量均在其值为零时改变方向。
(3)阻尼振动的振幅尽管在减小,但其振动周期(频率)不变,它是由振动系统决定的。
(4)稳定时,受迫振动的周期或频率等于驱动力的周期或频率,与物体的固有频率无关。
共振图象的横坐标为驱动力的频率,纵坐标为受迫振动物体的振幅。
共振条件:
f驱=f固。
(5)机械波必须要在介质中传播。
振动质点是“亦步亦趋”,但不“随波逐流”。
(6)波的图象描述的是在同一时刻,沿波的传播方向上的各个质点偏离平衡位置的位移。
在时间上具有周期性、空间上具有重复性和双向性的特点。
(7)深刻理解波动中的质点振动。
质点振动的周期(频率)=波源的周期(频率)=波的传播周期(频率)。
(8)要画好、用好振动图象,并正确地与实际情景相对应。
要正确画出波形图,准确写出波形平移距离、质点振动时间与波长、周期的单一解或多解表达式。
(9)“一分、一看、二找”巧解波的图象与振动图象的综合问题。
①分清振动图象与波的图象。
只要看清横坐标即可,横坐标为x则为波的图象,横坐标为t则为振动图象。
波速、周期、波长之间的关系:
λ=vT
②看清横、纵坐标的单位,尤其要注意单位前的数量级。
③找准波的图象对应的时刻。
④找准振动图象对应的质点。
(10)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大,当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小。
2.光、电磁波
(1)光的波动性
(2)电磁波的特点
①横波 ②传播不需要介质 ③具有波的共性 ④真空中的速度c=3108m/s
3.相对论与质能关系
(1)理解并记住狭义相对论的两个基本假设
①力学规律和电磁学规律在任何惯性系中都是一样的。
②光速不变原理:
光在真空中运动的速度在任何惯性参考系中测得的数值都是相同的——光速与参考系的选取无关。
(2)理解并记住时间的相对性
①同时的相对性——运动参考系中同时发生的两个事件,静止参考系中的人认为不同时,“后面”的事件先发生;静止参考系中同时发生的两个事件,运动参考系中的人认为不同时,“前面”的事件先发生。
②动钟变慢:
由t=知从地面上观察高速列车上的时间进程变慢了;同理,高速列车中的观察者测定地面上的时间进程也变慢了。
(3)动尺变短
车上的观察者用车上的尺测定车上木棒的长度为l0,地面观察者用地面上的尺测定车上木棒的长度为l。
由l=l0知:
l 长度缩短效应只发生在相对运动的方向上,与此垂直的方向上无长度缩短效应。 (4)爱因斯坦质能方程 E=mc2表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系,一定的质量总是和一定的能量相对应,即ΔE=Δmc2,表明物体吸收和放出能量时,必伴随着质量的增加或减少。 1.(20xx·江苏南京、盐城高三一模) (1)如图3所示,在一条张紧的绳子上挂几个摆,其中A、B的摆长相等。 当A摆振动的时候,通过张紧的绳子给B、C、D摆施加驱动力,使其余各摆做受迫振动。 观察B、C、D摆的振动发现________。 图3 A.C摆的频率最小B.D摆的周期最大 C.B摆的摆角最大D.B、C、D的摆角相同 (2)如图4所示,宽度为l的宇宙飞船沿其长度方向以速度u(u接近光速c)远离地球,飞船发出频率为ν的单色光。 地面上的人接收到光的频率________(选填“大于”“等于”或“小于”)ν,看到宇宙飞船宽度________(选填“大于”“等于”或“小于”)l。 图4 (3)如图5所示,光线沿半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边AB上,在这个边与空气界面上发生反射和折射。 反射光线与AB边的夹角为60°,折射光线与AB边的夹角为45°,要使折射光线消失,求入射光线绕入射点O转动的角度。 图5 解析 (1)由A摆摆动从而带动其它3个单摆做受迫振动,受迫振动的频率等于驱动力的频率,故其它各摆振动周期跟A摆相同,频率也相等,故A、B项错误;受迫振动中,当固有频率等于驱动力频率时,出现共振现象,振幅达到最大,由于B摆的固有频率与A摆的相同,故B摆发生共振,振幅最大,故C项正确,D项错误。 (2)由相对论可知,光的传播速度不变,因此该光相对飞船的速度等于c;飞船高速远离地球,由多普勒效应可知,地球上接收到的光的频率小于ν,根据相对论的尺缩效应,看到宇宙飞船的长度减小,但宽度不变。 (3)由图可知,该光线在介质中的入射角为90°-60°=30°,在空气界面的折射角是45°,所以n==,sinC=,∠C=45°,应该将入射光线顺时针转过15°。 答案 (1)C (2)小于 等于 (3)15° 2.(20xx·江苏高考) (1)一渔船向鱼群发出超声波,若鱼群正向渔船靠近,则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比( ) A.波速变大B.波速不变 C.频率变高D.频率不变 (2)用2106Hz的超声波检查胆结石,该超声波在结石和胆汁中的波速分别为2250m/s和1500m/s,则该超声波在结石中的波长是胆汁中的________倍。 用超声波检查胆结石是因为超声波的波长较短,遇到结石时________(选填“容易”或“不容易”)发生衍射。 (3)人造树脂是常用的眼镜镜片材料。 如图6所示,光线射在一人造树脂立方体上,经折射后,射在桌面上的P点。 已知光线的入射角为30°,OA=5cm,AB=20cm,BP=12cm,求该人造树脂材料的折射率n。 图6 解析 (1)在同种介质中,超声波的传播速度保持不变,根据多普勒效应可知,频率变高,所以B、C正确。 (2)根据λ=,在传播过程中,频率保持不变,所以==1.5;根据波长越长越容易发生衍射,所以超声波遇到结石时,不容易发生衍射。 (3)设折射角为γ,由折射定律n=,其中i=30° 由几何关系知 sinγ=,且OP= 代入数据解得n=(或n≈1.5) 答案 (1)BC (2)1.5 不容易 (3)(或n=1.5) 3.(20xx·江苏徐州、宿迁、连云港、淮安四市模拟)下列说法正确的有( ) A.光的偏振现象说明光是横波 B.阳光下肥皂泡呈现彩色是光的干涉现象 C.受迫振动的频率与振动系统的固有频率有关 D.变化的磁场一定产生变化的电场 (2)一列简谐横波沿x轴传播,某时刻的波形如图7所示,此时P点的振动方向沿y轴正方向,振动周期为0.4s。 该波沿x轴________(选填“正”或“负”)方向传播,波速为________m/s。 图7 (3)如图8所示,一束光以45°的入射角从AB面射入三棱镜中,棱镜的折射率n=,光在真空中的传播速度c=3.0108m/s。 求: 图8 ①光在棱镜中的传播速度; ②光在棱镜中的折射角。 解析 (1)光的偏振现象说明光是横波,选项A正确;阳光下肥皂泡呈现彩色是光的干涉现象,选项B正确;受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关,选项C错误;均匀变化的磁场产生恒定的电场,选项D错误。 (2)该波沿x轴正方向传播, 波速v==m/s=10m/s。 (3)①由n=,得v=2.1108m/s ②设折射角为r 由n= 得r=30°。 答案 (1)AB (2)正 10 (3)①2.1108m/s ②30° 4.(20xx·江苏××市高三教学质量调研) (1)下列说法正确的是( ) A.机械波在介质中传播的速度与波的频率有关 B.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同 C.根据麦克斯韦电磁理论,电磁波中的电场和磁场相互垂直,电磁波是横波 D.当声源和观察者背向运动时,观察者接收到的频率小于声波的频率 (2)如图9所示,一列简谐横波沿x轴正向传播,t=0时的波形如图所示,此时波刚好传到x=5m处的P点;t=1.2s时x=6m处Q点第一次有沿y轴正方向的最大速度。 这列简谐波传播的波速为________m/s;x=4m处质点的振动方程为________________。 图9 (3)某同学在做“用单摆测重力加速度”实验; ①他测得摆长为101.00cm,摆球直径为2.00cm,然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间为101.5s,则测得的重力加速度g=________m/s2。 (结果保留两位有效数字) ②如果他将单摆全部浸入水中并按正确的步骤做实验,测得的单摆周期为T,摆长为L,摆球质量为m,所受浮力为F,测得的重力加速度的表达式g=________________。 解析 (1)机械波在介质中的传播速度由介质决定,与波的频率无关,故A错误;遥控器发出的红外线波长比医院“CT”中的X射线波长长,选项B错误;根据麦克斯韦电磁场理论可知,电磁波中的电场和磁场互相垂直,电磁波是横波,故C正确;若声源和观察者背向运动时,即两者间距增大,根据多普勒效应原理,那么观察者接收到的频率小于声源的频率,故D正确。 (2)波速v==m/s=2.5m/s 由图可知,A=10cm=0.1m t=0时刻x=4m处的质点位于负的最大位移处,所以其振动方程为: y=-Acosωt=-Acos·t=-0.1cosm。 (3)①单摆摆长L=101.00cm+cm=102.00cm=1.0200m,单摆周期T==s=2.03s, 由单摆周期公式T=2π可知 g==m/s2≈9.8m/s2。 ②按正确的实验步骤,将单摆全部浸入水中做实验,等效的重力加速度g′=。 已知测得的单摆周期为T,摆长为L,摆球质量为m,所受浮力为F,由单摆的周期公式得出T=2π,解得g=+。 答案 (1)CD (2)2.5 y=-0.1cosm (3)①9.8 ②+ 1.(20xx·常州模拟) (1)下列说法正确的是________。 A.光的衍射现象说明光波是横波 B.变化的电场周围不一定产生变化的磁场 C.雷达是利用超声波来测定物体位置的设备 D.眼镜镜片的表面上镀有增透膜,利用了光的干涉原理 (2)如图1所示为某一介质中的甲、乙两个质点振动的位移随时间变化的图象,在t=5s时,两质点的振动方向________(填“相同”或“相反”)。 由于两质点的振动,在同一介质中形成了两列机械波,两列波的波长之比λ甲∶λ乙=________。 图1 (3)一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱型玻璃杯,如图2所示为过轴线的截面图,调整入射角α,光线恰好在水和空气的界面上发生全反射,已知水的折射率为,求sinα的值。 图2 解析 (1)光的偏振现象说明光波是横波,选项A错误;变化的电场周围不一定产生变化的磁场,因为均匀变化的电场周围产生稳定的磁场,选项B正确;雷达是利用电磁波来测定物体位置的设备,选项C项错误;眼镜镜片的表面上镀有增透膜,利用了光的干涉原理,选项D正确。 (2)由图可知,在t=5s时,两质点的振动方向相同。 由于两质点的振动,在同一介质中形成了两列机械波,因两列波的波速相同,根据λ=vT,因为T甲∶T乙=12∶8=3∶2,则两列波的波长之比λ甲∶λ乙=3∶2。 (3)当光线在水面发生全反射时有sinC= 当光线从左侧射入时,由折射定律有=n, 联立这两式代入数据可得sinα=。 答案 (1)BD (2)相同 3∶2 (3) 2.(20xx·江苏南京、盐城高三二模) (1)两束不同频率的平行单色光a、b分别由水射入空气发生如图3所示的折射现象(α<β),下列说法正确的是( ) 图3 A.随着a、b入射角度的逐渐增加,a先发生全反射 B.水对a的折射率比水对b的折射率小 C.a、b在水中的传播速度va>vb D.a、b入射角为0°时,没有光线射入空气中 (2)如图4a所示,竖直墙上挂着一面时钟,地面上静止的观察者A观测到钟的面积为S,另一观察者B以0.8c(c为光速)平行y轴正方向运动,观察到钟的面积为S′,则S________S′(选填“大于”“等于”或“小于”)。 时钟与观察者有不同相对速度的情况下,时钟的频率也是不同的,它们之间的关系如图b所示。 A观察者观察到时钟的周期是2.0s,则B观察者观察到时钟的周期约为________s。 图4 (3)一列简谐波沿x轴传播,已知x轴上x1=0m和x2=1m两处质点的振动图象分别如图5a、b所示。 若波长λ>1m,则该波的波长为多少? 图5 解析 (1)由图知α<β,所以随着a、b入射角度的逐渐增加,折射角均增大,b光的折射角先达到90°,即b光先发生全反射,故A项错误;由于α<β,由折射定律知,折射率na小于nb,故B项正确;由v=知,在水中的传播速度关系为va>vb,故C项正确;当a、b入射角为0°时,光线不偏折进入空气中,故D项错误。 (2)观察者B以0.8倍光速平行y轴正方向运动,根据爱因斯坦的相对论尺缩效应可知,B观察到的钟沿y轴方向的直径将减小,而沿z轴方向的直径不变,钟的面积将与静止的观察者看到的面积要小,即S大于S′。 由图b可以对应看出,当时钟和观察者的相对速度达到0.8c(c为光速)时,时钟的频率是0.3Hz,所以时钟的周期大约为s≈3.3s。 (3)①波沿x轴正向传播时,两质点间距离为λ1, 即λ1=m ②波沿x轴负方向传播时,两质点间距离为λ2=1m, 即λ2=4m。 答案 (1)BC (2)大于 3.3±0.2 (3)m或4m 3.(20xx·江苏苏锡常镇四市调研) (1)下列说法正确的是( ) A.弹簧振子在驱动力作用下一定发生共振 B.光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物 C.火车以接近光速通过站台时,车上乘客观察到站在站台上旅客变矮 D.光的偏振现象说明光是横波 (2)如图6所示,将激光笔发出的激光水平射向凹透镜中心,经过凹透镜扩束后,变粗的激光正射到悬挂在针尖下方的小钢珠上,用光屏在小钢珠后方接收图象,屏上出现的图样如图7所示,这是光的________图样,该实验说明光具有________。 图8 (3)如图8所示为直角三棱镜的截面图,一条光线平行于BC边入射,经棱镜折射后从AC边射出。 已知∠A=θ=60°,求: ①棱镜材料的折射率n; ②光在棱镜中的传播速度v(真空中光速为c)。 解析 (1)只有当周期性驱动力的频率和物体的固有频率相等时振幅达到最大,即发生共振;驱动力频率与系统的自由振动的频率不一定相等,故A项错误;光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物,利用了激光的频率单一性的特点,故B项正确;根据尺缩效应,沿物体运动的方向上的长度将变短,火车以接近光束通过站台时,车上乘客观察到站在站台上旅客变瘦,而不是变矮,故C项错误;光的偏振现象说明光是一种横波,故D项正确。 (2)由题意可知,变粗的激光正射到悬挂在针尖下方的小钢珠上,用光屏在小钢珠后方接收图象,屏上出现的图样: 中心有亮点,说明光线已偏离原来的直线方向传播,说明发生了光的衍射现象,光的衍射现象说明光具有波动性。 (3)①作出完整的光路如图,根据几何关系可知φ=∠B=30°,所以α=60°,根据折射定律有==n,因为α=θ=60°,所以β=γ。 β+γ=∠A=60°,故β=γ=30°,再根据折射定律n== ②光在棱镜中的传播速度v==c。 答案 (1)BD (2)衍射 波动性 (3)① ②c 4.(20xx·江阴一中月考)下列说法正确的是( ) A.一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时长 B.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度 C.大量事实证明,电磁波不能产生衍射现象 D.受迫振动的频率总等于系统的固有频率 (2)过去已知材料的折射率都为正值(n>0)。 现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料,其折射率可以为负值(n<0),称为负折射率材料,位于空气中的这类材料,入射角i与折射角r依然满足=n,但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)。 现空气中有一上下表面平行的负折射率材料,一束电磁波从其上表面以入射角α射入,下表面射出。 若该材料对此电磁波的折射率n=-1,请在图9中画出正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图,若在上下两个表面电磁波的折射角分别为r1、r2,则r1________(填“大于”“等于”或“小于”)r2。 图9 (3)竖直悬挂的弹簧振子下端装有记录笔,在竖直面内放置记录纸。 当振子上下振动时,以水平向左速度v=10m/s匀速拉动记录纸,记录笔在纸上留下记录的痕迹,建立坐标系,测得的数据如图10所示,求振子振动的振幅和频率。 图10 解析 (1)长度与速度关系公式为l=l0,这是相对论的尺缩效应,所以选项A错误;根据多普勒效应,可以判断遥远天体相对于地球的运动速度,所以选项B正确;电磁波也能发生衍射,选项C错误;只有在共振时驱动力的频率才和物体的固有频率相等,选项D错误。 (2)光路图如图所示 由于n=-1,所以r1=r2 (3)设周期为T,振幅为A,由题图得A=5cm,由于振动的周期就是记录纸从O至x=1m运动的时间,所以周期为T==0.1s,频率为f==10Hz。 答案 (1)B (2)光路如解析图 等于 (3)5cm 10Hz
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