2019届二轮复习振动和波动　光及光的本性课件（70张）（全国通用）

2019届二轮复习振动和波动　光及光的本性课件（70张）（全国通用）

第 17 讲　振动和波动　光及光的本性 1 ． (2018· 课标 Ⅲ )(1)( 多选 ) 一列简谐横波沿 x 轴正方向传播，在 t ＝ 0 和 t ＝ 0.20 s 时的波形分别如图中实线和虚线所示。已知该波的周期 T >0.20 s 。下列说法正确的是 __________ 。 A ．波速为 0.40 m/s B ．波长为 0.08 m C ． x ＝ 0.08 m 的质点在 t ＝ 0.70 s 时位于波谷 D ． x ＝ 0.08 m 的质点在 t ＝ 0.12 s 时位于波谷 E ．若此波传入另一介质中其波速变为 0.80 m/s ，则它在该介质中的波长为 0.32 m (2) 如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记 “ · ” ( 图中 O 点 ) ， 然后用横截面为等边三角形 ABC 的三棱镜压在这个标记上，小标记位于 AC 边上。 D 位于 AB 边上，过 D 点做 AC 边的垂线交 AC 于 F 。该同学在 D 点正上方向下顺着直线 DF 的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过 O 点做 AB 边的垂线交直线 DF 于 E ； DE ＝ 2 cm ， EF ＝ 1 cm 。求三棱镜的折射率。 ( 不考虑光线在三棱镜中的反射 ) (2) 过 D 点作 AB 边的法线 NN ′ ，连接 OD ，则 ∠ ODN ＝ α 为 O 点发出的光线在 D 点的入射角；设该光线在 D 点的折射角为 β ，如图所示。 根据折射定律有 n sin α ＝ sin β ① 式中 n 为三棱镜的折射率。 由几何关系可知 β ＝ 60 ° ② ∠ EOF ＝ 30 ° ③ △ OEF 中有 EF ＝ OE sin ∠ EDF ④ 由 ③④ 式和题给条件得 OE ＝ 2 cm ⑤ 根据题给条件可知， △ OED 为等腰三角形，有 α ＝ 30° ⑥ 由 ①②⑥ 式得 n ＝ ⑦ 2 ． (2018· 课标 Ⅱ ) (1) 声波在空气中的传播速度为 340 m/s ，在钢铁中的传播速度为 4 900 m/s 。一平直桥由钢铁制成，某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音，分别经空气和桥传到另一端的时间之差为 1.00 s 。桥的长度为 __________m 。若该声波在空气中的波长为 λ ，则它在钢铁中的波长为 λ 的 __________ 倍。 (2) 如图， △ ABC 是一直角三棱镜的横截面， ∠ A ＝ 90 ° ， ∠ B ＝ 60 ° 。一细光束从 BC 边的 D 点折射后，射到 AC 边的 E 点，发生全反射后经 AB 边的 F 点射出。 EG 垂直于 AC 交 BC 于 G ， D 恰好是 CG 的中点。不计多次反射。 ( ⅰ ) 求出射光相对于 D 点的入射光的偏角； ( ⅱ ) 为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？ 光线在 AC 边上发生全反射，由反射定律有 r 2 ＝ i 2 ② 式中 i 2 和 r 2 分别是该光线在 AC 边上的入射角和反射角。 光线在 AB 边上发生折射，由折射定律有 n sin i 3 ＝ sin r 3 ③ 式中 i 3 和 r 3 分别是该光线在 AB 边上的入射角和折射角。 由几何关系得 i 2 ＝ r 2 ＝ 60° ， r 1 ＝ i 3 ＝ 30° ④ F 点的出射光相对于 D 点的入射光的偏角为 δ ＝ ( r 1 － i 1 ) ＋ (180° － i 2 － r 2 ) ＋ ( r 3 － i 3 ) ⑤ 由 ①②③④⑤ 式得 δ ＝ 60 ° ⑥ ( ⅱ ) 光线在 AC 边上发生全反射，光线在 AB 边上不发生全反射，有 n sin i 2 ≥ n sin C > n sin i 3 ⑦ 式中 C 是全反射临界角，满足 n sin C ＝ 1 ⑧ 由 ④⑦⑧ 式知，棱镜的折射率 n 的取值范围应为 ≤ n ＜ 2 ⑨ 3 ． (2018· 课标 Ⅰ ) (1) 如图， △ ABC 为一玻璃三棱镜的横截面， ∠ A ＝ 30 ° 。一束红光垂直 AB 边射入，从 AC 边上的 D 点射出，其折射角为 60 ° ，则玻璃对红光的折射率为 __________ 。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在 D 点射出时的折射角 ____________( 填 “ 小于 ”“ 等于 ” 或 “ 大于 ” )60 ° 。 (2) 一列简谐横波在 t ＝ s 时的波形图如图 (a) 所示， P 、 Q 是介质中的两个质点。图 (b) 是质点 Q 的振动图像。求 ( ⅰ ) 波速及波的传播方向； ( ⅱ ) 质点 Q 的平衡位置的 x 坐标。 [ 解析 ] (1) 由题意知， θ 1 ＝ 60° ，由几何关系知 θ 2 ＝ 30° ，由 n ＝ ，得 n ＝ 。由 f 蓝 ＞ f 红 得 n 蓝 ＞ n 红 ，又因 n ＝ ， θ 2 相同，故 θ 1 蓝 ＞ θ 1 红 ，蓝光在 D 点射出时的折射角大于 60° (2)( ⅰ ) 由图 (a) 可以看出，该波的波长为 λ ＝ 36 cm ① 由图 (b) 可以看出，周期为 T ＝ 2 s ② 波速为 v ＝ ＝ 18 cm/s ③ 由图 (b) 知，当 t ＝ s 时，质点 Q 向上运动，结合图 (a) 可得，波沿 x 轴负方向传播。 4 ． (2017· 课标 Ⅱ ) (1) 在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是 ________ 。 A ．改用红色激光 B ．改用蓝色激光 C ．减小双缝间距 D ．将屏幕向远离双缝的位置移动 E ．将光源向远离双缝的位置移动 (2) 一直桶状容器的高为 2 l ，底面是边长为 l 的正方形； 容器内装满某种透明液体，过容器中心轴 DD ′ 、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源，已知由液体上表面的 D 点射出的两束光线相互垂直，求该液体的折射率。 [ 解析 ] (1) 本题考查双缝干涉。由相邻两亮条纹间距 Δ x ＝ λ 可知，若要增大两相邻亮条纹的间距，应增大双缝与光屏间距离 L 、减小双缝间距 d 或增大照射光波长 λ ，而 λ 红 ＞ λ 绿 ＞ λ 蓝 ，故选项 A 、 C 、 D 正确。 (2) 设从光源发出直接射到 D 点的光线的入射角为 i 1 ，折射角为 r 1 。在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点 C ，连接 C 、 D ，交反光壁于 E 点，由光源射向 E 点的光线，反射后沿 ED 射向 D 点。光线在 D 点的入射角为 i 2 ，折射角为 r 2 ，如图所示。设液体的折射率为 n ，由折射定律有 n sin i 1 ＝ sin r 1 ① n sin i 2 ＝ sin r 2 ② 由题意知 r 1 ＋ r 2 ＝ 90° ③ 联立 ①②③ 式得 n 2 ＝ ④ 由几何关系可知 sin i 1 ＝ ＝ ⑤ sin i 2 ＝ ＝ ⑥ 联立 ④⑤⑥ 式得 n ＝ 1.55 ⑦ [ 答案 ] (1)ACD 　 (2)1.55 1 ．理清知识体系 2 ．波的传播方向与质点振动方向的互判方法 (1) “ 上下坡 ” 法：沿波的传播速度的正方向看， “ 上坡 ” 的点向下振动， “ 下坡 ” 的点向上振动，简称 “ 上坡下，下坡上 ” 。 (2) 同侧法：在波的图像上的某一点，沿纵轴方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿 x 轴方向画个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧。 3 ．波动问题出现多解的主要原因 (1) 波传播的周期性：在波的传播方向上相距波长整数倍的质点振动情况相同，因此质点的位移、加速度、振动方向和波的形状出现了周期性的变化。 (2) 波传播具有双向性：当波沿 x 轴方向传播时，波既可以沿 x 轴正方向传播，也可以沿 x 轴负方向传播，导致多解。 [ 例 1] 如图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为质点 P 以此时刻为计时起点的振动图像，则由图可知 __________ 。 A ．质点振动的周期 T ＝ 0.2 s B ．波速 v ＝ 20 m/s C ．因一个周期质点运动 0.8 m ，所以波长 λ ＝ 0.8 m D ．从该时刻起经过 0.15 s ，波沿 x 轴的正方向传播了 3 m E ．从该时刻起经过 0.25 s 时，质点 Q 的加速度大于质点 P 的加速度 [ 解析 ] 由乙图知质点振动周期 T ＝ 0.2 s ，由图甲知波长 λ ＝ 4 m ，则 v ＝ ＝ 20 m/s 。 由 x ＝ v t ，经 0.15 s 波沿 x 轴正方向传播了 3 m ， t ＝ 0.25 s ＝ 1 T ，质点 P 恰位于负的最大位移处，加速度最大。 [ 答案 ] ABD [ 解析 ] 由乙图知质点振动周期 T ＝ 0.2 s ，由图甲知波长 λ ＝ 4 m ，则 v ＝ ＝ 20 m/s 。 由 x ＝ v t ，经 0.15 s 波沿 x 轴正方向传播了 3 m ， t ＝ 0.25 s ＝ 1 T ，质点 P 恰位于负的最大位移处，加速度最大。 [ 答案 ] ABD [ 创新预测 ] 1 ．一列简谐横波在弹性介质中沿 x 轴正方向传播，波源位于坐标原点 O ， t ＝ 0 时开始振动， 3 s 时停止振动， 3.5 s 时的波形如图所示，其中质点 a 的平衡位置与 O 的距离为 5.0 m 。以下说法正确的是 ( 　　 ) A ．波速为 4 m/s B ．波长为 6 m C ．波源起振方向沿 y 轴正方向 D ． 2.0 ～ 3.0 s 内质点 a 沿 y 轴负方向运动 E ． 0 ～ 3.0 s 内质点 a 通过的总路程为 1.4 m [ 解析 ] 波速 v ＝ ＝ 4 m/s ，选项 A 正确；由图知，波长为 4 m ，选项 B 错误；介质中各质点的起振方向都与波源的起振方向相同，故波源起振方向与波的左端质点的振动方向相同， 由同侧法知，波源起振方向沿 y 轴正方向，选项 C 正确；波的周期 T ＝ ＝ 1 s ，故 2.0 ～ 3.0 s 内质点 a 振动了一个周期，其振动方向不只沿 y 轴负方向运动，选项 D 错误；波传播到 a 点所用的时间 t 1 ＝ ＝ 1.25 s ， 0 ～ 3.0 s 内质点 a 振动的时间 t 2 ＝ 3.0 s － 1.25 s ＝ 1.75 s ，质点 a 通过的总路程 s ＝ · 4 A ＝ × 4× 0.2 m ＝ 1.4 m ，选项 E 正确。 [ 答案 ] ACE 2 ．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 Hz ，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 [ 解析 ] 简谐横波的波长 λ ＝ ＝ m ＝ 0.8 m 。 P 、 Q 两质点距离波源 S 的距离 PS ＝ 15.8 m ＝ 19 λ ＋ λ ， SQ ＝ 14.6 m ＝ 18 λ ＋ λ 。因此 P 、 Q 两质点运动的方向始终相反，说法 A 错误，说法 B 正确。当 S 恰好通过平衡位置向上运动时， P 在波峰的位置， Q 在波谷的位置；当 S 恰好通过平衡位置向下运动时， P 在波谷的位置， Q 在波峰的位置，说法 C 错误，说法 D 、 E 正确。 [ 答案 ] BDE 3 ．一个振动图像如图、位于 x ＝ 0 处的波源，从平衡位置开始沿 y 轴正方向做简谐运动。该波源产生的简谐横波沿 x 轴正方向传播，波速为 10 m/s ，关于在 x ＝ 18 m 处的质点 P ，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．质点 P 的振动周期为 1.2 s ，振动速度的最大值为 10 m/s B ．若某时刻质点 P 振动的速度方向沿 y 轴负方向，则该时刻波源处质点振动的速度方向沿 y 轴正方向 C ．质点 P 开始振动的方向沿 y 轴正方向 D ．当质点 P 已经开始振动后，若某时刻波源在波峰，则质点 P 一定在波谷 E ．当质点 P 已经开始振动后，若某时刻波源在波谷，则质点 P 也一定在波谷 [ 解析 ] 由波源振动图像可知，该波周期为 1.2 s ，波动中各个质点的振动周期均为 1.2 s ，各个质点均沿平衡位置做简谐运动，不能得出振动速度的最大值，选项 A 错误；质点 P 开始振动的方向与波源开始振动的方向相同，均沿 y 轴正方向，选项 C 正确；该波的波长为 λ ＝ v T ＝ 10 × 1.2 m ＝ 12 m ，在 x ＝ 18 m 处的质点 P 距离波源刚好 1.5 个波长，质点 P 与波源为反相点，若某时刻质点 P 振动的速度方向沿 y 轴负方向，则该时刻波源处质点振动的速度方向沿 y 轴正方向，选项 B 正确；当质点 P 已经开始振动后，若某时刻波源在波峰，则质点 P 一定在波谷，选项 D 正确， E 错误。 [ 答案 ] BCD 1 ．掌握三个公式 (1) n ＝ ( θ 1 、 θ 2 分别为入射角和折射角 ) 。 (2) n ＝ ( c 为光速， v 为光在介质中的速度 ) 。 (3) 临界角公式： sin C ＝ 。 2 ．求解光的折射和全反射的思路 [ 例 2] 如图所示，用折射率 n ＝ 的玻璃做成一个外径为 R 的半球形空心球壳。一束与 OO ′ 平行的平行光，射向此半球的外表面。若让一个半径为 R 的圆形遮光板的圆心过 OO ′ 轴，并且垂直该轴放置，则球壳内部恰好没有光线射入。问： (1) 临界光线射入球壳时的折射角 r 为多大？ (2) 球壳的内径 R ′ 为多少？ [ 解析 ] (1) 设入射角为 i ，由题图和几何知识得 sin i ＝ 设折射角为 r ，由折射率的定义得： n ＝ 解得 r ＝ 30 ° (2) 设临界角为 C ，对临界光线，有： sin C ＝ 解得 C ＝ 45 ° 在如图 △ Oab 中，由正弦定理得： 解得 R ′ ＝ R 。 [ 创新预测 ] 4 ．人的眼球可简化为如图所示的模型。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 ) [ 解析 ] 由几何关系 sin i ＝ ，解得 i ＝ 45 ° ，则由折射定律 ＝ n ，解得 γ ＝ 30 ° 且 i ＝ γ ＋ ，解得 α ＝ 30 ° [ 答案 ] 30 ° 5 ．一般常见材料的折射率都为正值 ( n >0) ，现针对某些电磁波设计的人工材料，其折射率可为负值 ( n <0) ，称为负折射率材料，电磁波通过空气与这种材料的界面时，传播规律仍然不变，入射角和折射角的大小关系仍遵从折射定律 ( 此时折射角取负值 ) ，但折射波线与入射波线位于法线的同一侧。现有一束电磁波从空气中以 i ＝ 60 ° 的角度射入由负折射率材料制成、厚度 d ＝ 10 cm 的长方体并从下表面射出，已知该材料对电磁波的折射率 n ＝－ ，电磁波在真空中的速度 c ＝ 3 × 10 8 m/s 。 (1) 在图中大致画出电磁波穿过该材料的示意图； (2) 求电磁波穿过该材料时的传播时间和在传播方向的侧移量。 [ 解析 ] (1) 光路图如图所示。 (2) 根据折射定律 n ＝ 可知， sin r ＝ ＝－ ， r ＝－ 30 ° 故该电磁波在介质中传播方向刚好与入射方向垂直。 折射光线在介质中传播的距离 x ＝ ＝ cm 在介质中传播的速度 v ＝ ＝ 1.73 × 10 8 m/s 折射光线在介质中传播的时间 t ＝ ≈ 6.67 × 10 － 10 s 。 6 ．如图，一玻璃工件的上半部是半径为 R 的半球体， O 点为球心；下半部是半径为 R 、高为 2 R 的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴 OC 的光线从半球面射入，该光线与 OC 之间的距离为 0.6 R 。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行 ( 不考虑多次反射 ) 。求该玻璃的折射率。 [ 解析 ] 如图，根据光路的对称性和可逆性，与入射光线相对于 OC 轴对称的出射光线一定与入射光线平行。这样，从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心 C 点反射。 设光线在半球面的入射角为 i ，折射角为 r 。由折射定律有 sin i ＝ n sin r ① 由正弦定理有 ② 由几何关系，入射点的法线与 OC 的夹角为 i ，由题设条件和几何关系有 sin i ＝ ③ 式中 L 是入射光线与 OC 的距离， L ＝ 0.6 R 。由 ②③ 式和题给数据得 sin r ＝ ④ 由 ①③④ 式和题给数据得 n ＝ ≈ 1.43 ⑤ 1 ．理清知识体系 2 ．对光的双缝干涉条纹间距公式 Δ x ＝ λ 的理解 (1) l 、 d 相同时， Δ x ∝ λ ，可见光中的红光条纹间距最大，紫光最小； (2) 间隔均匀，亮度均匀，中央为亮条纹； (3) 如用白光做实验，中间亮条纹为白色，亮条纹两边为由紫到红的彩色。 [ 创新预测 ] 7 ．以下说法正确的是 ( 　　 ) A ．图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中 a 束光在水珠中传播的速度一定大于 b 束光在水珠中传播的速度 B ．图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角 i 逐渐增大到某一值后不再会有光线从 bb ′ 面射出 C ．图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间的距离 l ，两相邻亮条纹间距离 Δ x 将减小 D ．图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的 E ．图戊中的 M 、 N 是偏振片， P 是光屏，当 M 固定不动、缓慢转动 N 时，光屏 P 上的光亮度将一明一暗交替变化，此现象表明光波是横波 [ 解析 ] 根据折射率和光的传播速度之间的关系 n ＝ 可知，折射率越大，传播速度越小，从图中可以看出， b 光线在水中偏折得厉害，即 b 的折射率大于 a 的折射率，则 a 在水中的传播速度大于 b 的传播速度，故 A 正确；当入射角 i 逐渐增大时，折射角逐渐增大，由于折射角始终小于入射角，不论入射角如何增大，玻璃砖中的光线不会消失，故肯定有光线从 bb ′ 面射出，故 B 错误；根据双缝干涉相邻两亮条纹的间距 d 及光的波长 λ 的关系式 Δ x ＝ λ 可知， 只减小屏到挡板间距离 l ，两相邻亮条纹间距离 Δ x 将减小，故 C 正确；由于不知道被测工件表面的放置方式，故不能判断此处是凸起的，故 D 错误；只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，故 E 正确。 [ 答案 ] ACE 8 ．关于电磁波，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B ．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C ．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直 D ．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 E ．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失 [ 解析 ] 电磁波在真空中的传播速度等于光速，与电磁波的频率无关，选项 A 正确；周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，选项 B 正确；电磁波传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直，选项 C 正确；电磁波可以通过光缆传输，选项 D 错误；电磁波波源的电磁振荡停止，波源不再产生新的电磁波，但空间中已产生的电磁波仍可继续传播，选项 E 错误。 [ 答案 ] ABC 9 ．关于波的现象，下列说法正确的有 ( 　　 ) A ．当波从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化 B ．光波从空气进入水中后，更容易发生衍射 C ．波源沿直线匀速靠近一静止接收者，则接收者接收到波信号的频率会比波源频率低 D ．不论机械波、电磁波，都满足 v ＝ λf ，式中三参量依次为波速、波长、频率 E ．电磁波具有偏振现象 [ 解析 ] 由波的性质可知， A 项正确；光波从空气进入水中，波速变小，波长变短，故不容易发生衍射， B 项错误；由多普勒效应可判断，波源靠近接收者的过程中，接收者接收到波信号的频率会比波源频率高， C 项错误；波速的计算公式 v ＝ λf ( v 是波速， λ 是波长， f 是频率 ) 对机械波和电磁波通用， D 项正确；光波具有偏振现象，光波是电磁波， E 项正确。 [ 答案 ] ADE