届高考物理二轮复习 专题16 振动和波动 光及光的本性 教案 Word版含答案Word格式文档下载.docx
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振幅表示振动强弱,与能量有关
周期
只取决于振子质量和弹簧劲度系数即T=2π
【解析】 当弹簧振子通过平衡位置时,a、b之间粘胶脱开,a、b由于惯性继续向右运动,弹簧伸长,对物块有向左的拉力,物块a向右做减速运动,动能减少,物块b在光滑水平面上做匀速直线运动,动能不变,由能量守恒定律知只有物块a减少的动能转化为弹簧的弹性势能,所以弹簧的最大伸长量减小,故振幅减小.振动中振子的质量变小,振子的周期变小.
【答案】 <
<
(2016·
全国乙卷T34
(1))(多选)某同学漂浮在海面上,虽然水面波正平稳地以1.8m/s的速率向着海滩传播,但他并不向海滩靠近.该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15s.下列说法正确的是________.
A.水面波是一种机械波
B.该水面波的频率为6Hz
C.该水面波的波长为3m
D.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时能量不会传递出去
E.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时振动的质点并不随波迁移
【解题关键】 解答本题时应从以下两点进行分析:
(1)理解振动和波动的关系.
(2)掌握波长、波速和频率的关系.
ACE [水面波是一种机械波,说法A正确.根据题意得周期T=s=s,频率f==0.6Hz,说法B错误.波长λ==m=3m,说法C正确.波传播过程中,传播的是振动形式,能量可以传递出去,但质点并不随波迁移,说法D错误,说法E正确.]
全国甲卷T34
(2))一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播,波长不小于10cm.O和A是介质中平衡位置分别位于x=0和x=5cm处的两个质点.t=0时开始观测,此时质点O的位移为y=4cm,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=1s时,质点A第一次回到平衡位置.求:
(1)简谐波的周期、波速和波长;
(2)质点O的位移随时间变化的关系式.
【解题关键】 机械波的各质点都在做简谐运动,位移与时间关系为y=Asin(ωt+φ).
【解析】
(1)设振动周期为T.由于质点A在0到1s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=4s①
由于质点O与A的距离5cm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在t=1s时回到平衡位置,时间相差s.两质点平衡位置的距离除以传播时间,可得波的速度
v=7.5cm/s②
利用波长、波速和周期的关系得,简谐波的波长
λ=30cm.③
(2)设质点O的位移随时间变化的关系为
y=Acos④
将①式及题给条件代入上式得
⑤
解得
φ0=,A=8cm⑥
质点O的位移随时间变化的关系式为
y=0.08cos(国际单位制)⑦
或y=0.08sin(国际单位制).
【答案】
(1)4s 7.5cm/s 30cm
(2)y=0.08cos(国际单位制)
或y=0.08sin(国际单位制)
解决动态平衡问题方法的选取
1.高考考查特点
本考点是高考的重点,考向主要有:
(1)简谐运动的特征;
(2)机械波的传播规律;
(3)单摆振动的规律.
2.解题常见误区及提醒
(1)误认为波的传播速度与质点振动速度相同;
(2)误认为波的位移与质点振动位移相同;
(3)实际上每个质点都以它的平衡位置为中心振动,并不随波迁移.
●考向1 机械振动
1.如图2所示为同一地点的两单摆甲、乙的振动图象,下列说法中正确的是( )【导学号:
37162086】
图2
A.甲、乙两单摆的摆长相等
B.甲摆的振幅比乙摆大
C.甲摆的机械能比乙摆大
D.在t=0.5s时有正向最大加速度的是乙摆
E.由图象可以求出当地的重力加速度
ABD [由题图看出,两单摆的周期相同,同一地点g相同,由单摆的周期公式T=2π知,甲、乙两单摆的摆长l相等,故A正确;
甲摆的振幅为10cm,乙摆的振幅为7cm,则甲摆的振幅比乙摆大,故B正确;
尽管甲摆的振幅比乙摆大,两摆的摆长相等,但由于两摆的质量未知,无法比较机械能的大小,故C错误;
在t=0.5s时,甲摆经过平衡位置,振动的加速度为零,而乙摆的位移为负的最大,则乙摆具有正向最大加速度,故D正确;
由单摆的周期公式T=2π得g=,由于单摆的摆长不知道,所以不能求得重力加速度,故E错误.]
●考向2 机械波
2.如图3所示,一列沿x轴正向传播的简谐横波,当波传到O点时开始计时,t=7.0s时刚好传到x=3.5m处.下列判断正确的是( )
甲 乙
图3
A.波源的起振方向向下
B.该波的波速为2m/s
C.波源的振动频率为0.25Hz
D.再经过1.0s,x=1.8m处质点通过路程是20cm
E.该波的波长为2m
ACE [x=3.5m处质点起振方向竖直向下,可知波源的起振方向也竖直向下,A正确;
由v=得v=m/s=0.5m/s,B错误;
由图可知,t=T,解得T=4s,f==0.25Hz,C正确;
t=1.0s=,x=1.8m处质点通过的路程一定大于20cm,D错误.由图知E正确.]
●考向3 振动和波动的综合应用
3.(多选)图4甲为一列简谐横波在t=2s时的波形图,图(乙)为媒质中平衡位置在x=1.5m处的质点的振动图象,P是平衡位置为x=2m的质点.下列说法正确的是( )
甲 乙
图4
A.波速为0.5m/s
B.波的传播方向向右
C.0~2s时间内,P运动的路程为8cm
D.0~2s时间内,P向y轴正方向运动
E.t=7s时,P恰好回到平衡位置
ACE [由题图甲读出波长λ=2.0m,由题图乙读出周期T=4s,则v==0.5m/s,选项A正确;
题图甲是t=2s时的波形图,题图乙是x=1.5m处质点的振动图象,所以该质点在t=2s时向下振动,所以波向左传播,选项B错误;
在0~2s内质点P由波峰向波谷振动,通过的路程s=2A=8cm,选项C正确,选项D错误;
t=7s时,P点振动了个周期,所以这时P点位置与t=T=3s时位置相同,即在平衡位置,所以选项E正确.]
4.(2015·
全国卷ⅡT34
(2))平衡位置位于原点O的波源发出的简谐横波在均匀介质中沿水平x轴传播,P、Q为x轴上的两个点(均位于x轴正向),P与O的距离为35cm,此距离介于一倍波长与二倍波长之间.已知波源自t=0时由平衡位置开始向上振动,周期T=1s.振幅A=5cm.当波传到P点时,波源恰好处于波峰位置;
此后再经过5s,平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置.求:
(1)P、Q间的距离;
(2)从t=0开始到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源在振动过程中通过的路程.【导学号:
37162087】
【解析】
(1)由题意,O、P两点间的距离与波长λ之间满足
OP=λ①
波速v与波长的关系为
v=②
在t=5s的时间间隔内,波传播的路程为vt.由题意有vt=PQ+③
式中,PQ为P、Q间的距离.由①②③式和题给数据,得PQ=133cm.
(2)Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源运动的时间为
t1=t+T⑤
波源从平衡位置开始运动,每经过,波源运动的路程为A.由题给条件得
t1=25×
⑥
故t1时间内,波源运动的路程为
s=25A=125cm.⑦
【答案】
(1)133cm
(2)125cm
巧解两种图象综合问题的“1分、1看、2找”
1分:
分清振动图象与波动图象,此问题最简单,只要看清横坐标即可,横坐标为x则为波动图象,横坐标为t则为振动图象.
1看:
看清横、纵坐标的单位,尤其要注意单位前的数量级.
2找:
(1)找准波动图象对应的时刻.
(2)找准振动图象对应的质点.
考点2|光的折射、全反射和光的本性
中高档题题型:
选择题填空题计算题,五年10考
(2015·
全国卷ⅡT34
(1))(多选)如图5所示,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为θ,经折射后射出a、b两束光线.则________.
图5
A.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度
B.在真空中,a光的波长小于b光的波长
C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
D.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则折射光线a首先消失
E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
【解题关键】
(1)根据偏折程度,判断光的折射率.
(2)根据折射率判断波长、传播速度和临界角的关系.
(3)思考双缝干涉中条纹间距的表达式.
ABD [通过光路图可看出,折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度,玻璃砖对a光的折射率大于b光的折射率,选项C错误.a光的频率大于b光的频率,波长小于b光的波长,选项B正确.由n=知,在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度,选项A正确.入射角增大时,折射率大的光线首先发生全反射,a光首先消失,选项D正确.做双缝干涉实验时,根据Δx=λ得a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距,选项E错误.]
全国乙卷T34
(2))如图6所示,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离为3.0m.从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折射率为.
图6
(1)求池内的水深;
(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0m.当他看到正前下方的点光源A时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°
.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字).
【解题关键】
(1)几何光学一定要注意几何关系的应用.
(2)根据题意画出正确的光路图.
(3)根据光路图找出所需的各种几何关系.
【解析】
(1)如图,设到达池边的光线的入射角为i,依题意,水的折射率n=,光线的折射角θ=90°
.由折射定律有
nsini=sinθ①
由几何关系有
sini=②
式中,l=3.0m,h是池内水的深度.联立①②式并代入题给数据得
h=m≈2.6m.③
(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x.依题意,救生员的视线与竖直方向的夹角为θ′=45°
nsini′=sinθ′④
式中,i′是光线在水面的入射角.设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a.由几何关系有
sini′=⑤
x+l=a+h′⑥
式中h′=2m.联立③④⑤⑥式得
x=m≈0.7m.⑦
【答案】
(1)2.6m
(2)0.7m
(1)光在不同介质中传播时对折射定律与反射定律应用的考查;
(2)光在不同介质中传播时有关全反射的考查;
(3)光在介质中传播时临界光线的考查.
(1)审清题意,规范、准确
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