專題(17)機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波光電磁波(解析版)

1、2021年高考物理二輪重點(diǎn)專題整合突破專題(17)機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波光電磁波(解析版)高考題型1機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波1 .必須理清的知識(shí)聯(lián)系簡(jiǎn)諧波物理顯：波長(zhǎng)、周期、波速 A =&Tw=廿荷諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式：x»4sin( co/*夕). 以各移 象刻位 圖時(shí)的第3貞共14頁(yè)2 .巧解波的圖象與振動(dòng)圖象綜合問(wèn)題的基本方法一看“"二找'分清振動(dòng)圖象與波的圖象，橫坐標(biāo)為工則為 波的圖象，橫坐標(biāo)為川ij為振動(dòng)圖象看清橫縱坐標(biāo)的派位，尤其要注意派位前的 一數(shù)增級(jí)一找準(zhǔn)振動(dòng)圖象對(duì)應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)一找準(zhǔn)波的圖象對(duì)應(yīng)的時(shí)刻3 .波的疊加問(wèn)題 (1)兩個(gè)振動(dòng)情況相同的波源形成的波，在空間某

2、點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)的條件為以=成(=04,2,)，振動(dòng)減弱的條 件為Ax=(2+1)W(=(M,2,).兩個(gè)振動(dòng)情況相反的波源形成的波，在空間某點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)的條件為心= (2+1規(guī)=0,12,),振動(dòng)減弱的條件為=成(=01,2,).(2)振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的位移隨時(shí)間而改變，振幅為兩波振幅的和+七.4 .波的多解問(wèn)題 由于波的周期性、波傳播方向的雙向性，波的傳播易出現(xiàn)多解問(wèn)題.【例1】(2020全國(guó)卷二34(1)如圖1, 一列簡(jiǎn)諧橫波平行于x釉傳播，圖中的實(shí)線和虛線分別為，=0和f =0.1 s時(shí)的波形圖.已知平衡位置在x=6m處的質(zhì)點(diǎn)，在。到0.1 s時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向不變.這列簡(jiǎn)諧波的周期為 s，波速為 m/

3、s,傳播方向沿x軸(填“正方向"或“負(fù)方向)圖1【答案】04 10負(fù)方向【解析】根據(jù)x=6m處的質(zhì)點(diǎn)在。到0.1s時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向不變，可知波沿x軸負(fù)方向傳播，且?=(Ms, 得7=04 s,由題圖知波長(zhǎng)4=4 m,則波速v=*=10m&【例2】(多選)(2019全國(guó)卷二34)簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播，在號(hào)時(shí)刻，該波的波形圖如圖2(a)所示, 尸、。是介質(zhì)中的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn).圖(b)表示介質(zhì)中某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象.下列說(shuō)法正確的是()圖2A.質(zhì)點(diǎn)。的振動(dòng)圖象與圖(b)相同B.在f=0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)尸的速率比質(zhì)點(diǎn)。的大C.在，=0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)尸的加速度的大小比質(zhì)點(diǎn)。的大D.平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)的質(zhì)

4、點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖(b)所示E.在，=0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)尸與其平衡位置的距高比質(zhì)點(diǎn)。的大【答案】CDE【解析】時(shí)刻，題圖(b)表示介質(zhì)中的某質(zhì)點(diǎn)從平衡位置向下振動(dòng)，而題圖(a)中質(zhì)點(diǎn)。住r=彳時(shí)刻從平衡位置向上振動(dòng),平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)從平衡位置向卜振動(dòng)，所以質(zhì)點(diǎn)。的振動(dòng)圖象與題圖（b）不同， 平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如題圖（b）所示，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確；在，=0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)尸處在波 谷位置，速率為零，與其平衡位置的距離最大，加速度最大，而質(zhì)點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)到平衡位置，速率最大，加速 度為零，即在，=0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)尸的速率比質(zhì)點(diǎn)。的小，質(zhì)點(diǎn)尸的加速度比質(zhì)點(diǎn)。的大，質(zhì)點(diǎn)尸與其平衡 位置的距離比質(zhì)點(diǎn)。的

5、大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C、E正確.【例3】（多選）（2019天津卷7）一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播，已知x軸上x(chóng)i = l m和*=7 m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖 象分別如圖3甲、乙所示，則此列波的傳播速率可能是（）A. 7 m/s B. 2 m/s C. 1.2 m/s D. 1 m/s【答案】BC【解析】由兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象可知，r=0時(shí)刻，xi = l m處的質(zhì)點(diǎn)處于平衡位置向下運(yùn)動(dòng)，X2 = 7m處的質(zhì) 點(diǎn)位于波峰處，該波的周期為7=4 s.若該簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播，則兩質(zhì)點(diǎn)間的距離為（7?+3；=6m（ =0 1, 2.）,則7m,由波速的公式得 丫=4=:g7 m，傘=0、1、2）， =0 時(shí)，v=6

6、 m/s： n = l4” + 1T 4- 123時(shí)，v= 1.2 m/s； ”=2時(shí)，v=j m/s, C正確.若該簡(jiǎn)諧橫波沿x軸負(fù)方向傳播，則兩質(zhì)點(diǎn)間的距離為伽 =6m（=。、1、2.）,則 %=*；二§ m,由波速的公式得？=余=高工j m，s（ = 0、1、2），=0 時(shí)，v=2 m*s： ”=1 時(shí)，v=1 m/s, B 正確，Av D 錯(cuò)誤.【變式訓(xùn)練】1.（多選）（2020河南濮陽(yáng)市高三下學(xué)期4月摸底）圖4甲為一列簡(jiǎn)諧橫波在r=0.10 s時(shí)刻的波形圖，此時(shí)質(zhì) 點(diǎn)尸的位置橫坐標(biāo)為x=l m,此時(shí)質(zhì)點(diǎn)。的位置橫坐標(biāo)為x=4 m.圖乙為質(zhì)點(diǎn)。的振動(dòng)圖象.則下列說(shuō) 法正確的是

7、（）y/cin甲v/cm乙圖4A.該波的傳播速度是40 m/sB.該波沿x軸的負(fù)方向傳播C.，=00s時(shí)，與尸相距10 m處的質(zhì)點(diǎn)與尸點(diǎn)振動(dòng)方向一定不相同D.從，=0.10 s到0.20 s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)尸通過(guò)的路程等于20 cmE.從，=0.10 s到0.20 s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)尸通過(guò)的路程不一定等于20 cm【答案】ABD10【解析】由題圖甲知波長(zhǎng)2=8m,由題圖乙知該波的周期是0.20s,則波速為v=亍=而 m，s=40m，s,故 A正確.在r=0.10s時(shí)，由題圖乙知質(zhì)點(diǎn)。正向下運(yùn)動(dòng).根據(jù)“上下坡法”可知該波沿x軸負(fù)方向傳播，故 B正確.因?yàn)?8m,所以在r=00s時(shí)，與尸相距10 m處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)

8、情況相當(dāng)于與尸相距2 m處的 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況，由題意可知當(dāng)該點(diǎn)在尸右邊2m處時(shí)與尸點(diǎn)振動(dòng)方向不同：當(dāng)該點(diǎn)在尸左邊2m處時(shí)與尸 點(diǎn)振動(dòng)方向相同，故C錯(cuò)誤.從，=0.10 s到f=0.20 s經(jīng)過(guò)的時(shí)間為Ar=0.1 s=0.5T,則尸在半個(gè)周期內(nèi) 通過(guò)的路程為” = 20 cm,故D正確，E錯(cuò)誤.2.（多選）（2020湖南3月模擬）關(guān)于機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械波，下列說(shuō)法正確的是（）A.在豎直方向上做受迫振動(dòng)的彈簧振子，穩(wěn)定后其振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率B.做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的單擺，其質(zhì)量越大，振動(dòng)頻率越大c.在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)在;周期內(nèi)的路程一定是一個(gè)振幅D.只有頻率相同的兩列波在相遇區(qū)域才可能形成穩(wěn)定的干

9、涉圖樣E.簡(jiǎn)諧橫波在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定【答案】ADE【解析】在豎直方向上做受迫振動(dòng)的彈簧振子，穩(wěn)定后其振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，I彳固有頻率無(wú)關(guān), 故A正確：根據(jù)/=/=同多知，做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的單擺的振動(dòng)頻率與質(zhì)量無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤：在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中， 介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)在"周期內(nèi)的路程不一定是一個(gè)振幅,與質(zhì)點(diǎn)的起始位置有關(guān)，只有起點(diǎn)在平衡位置或最大位 移處時(shí)，質(zhì)點(diǎn)在)周期內(nèi)的路程才一定是一個(gè)振幅，故c錯(cuò)誤：根據(jù)形成穩(wěn)定干涉的條件知，只有頻率相同 的兩列波在相遇區(qū)域才可能形成穩(wěn)定的干涉圖樣，故D正確：簡(jiǎn)諧橫波在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)本身的 性質(zhì)決定，與波的頻率無(wú)關(guān)，故E正確.3. (

10、2020江西高三下學(xué)期開(kāi)學(xué)考試)如圖5所示，實(shí)線是一列簡(jiǎn)諧橫波在打=0時(shí)刻的波形，虛線是這列波 在行=1 s時(shí)刻的波形.圖5(1)若這列波的周期T滿足T<t2-ti<2T,求該波的波速大?。?2)若該波的波速大小v=83 m/s,請(qǐng)通過(guò)計(jì)算判斷該波傳播的方向.【答案】(1)11皿s或13m/s (2)該波沿x軸正方向傳播【解析】由題圖可知，該波的波長(zhǎng)7=8 m,(1)由TV/zf <27可知,在時(shí)間段一/1內(nèi),該波傳播的距離滿足:2<Ax<2/.當(dāng)波沿X軸正方向傳播時(shí)，波傳播的距離為：Ayi=z-+-3 m=ll m一411vi -11 msLh當(dāng)波沿x軸負(fù)方向傳

11、播時(shí)，波傳播的距離為：Ay2=x4-5 m=13 m第5貞共14頁(yè)0=13 m/s-f2f （2）此種情況下，在時(shí)間與一八內(nèi)，該波傳播的距離為:Ar/=(/2/i)v=83 m 由于 A/=107 +3 m 故該波沿x軸正方向傳播.高考題型2光的折射與全反射1 .常用的三個(gè)公式2 .求解光的折射和全反射問(wèn)題的思路（1）確定研究的光線：該光線一般是入射光線，還有可能是反射光線或折射光線，若研究的光線不明確，應(yīng) 根據(jù)題意分析、尋找，如臨界光線、邊界光線等.畫(huà)光路圖：找入射點(diǎn)，確定界面，并畫(huà)出法線，根據(jù)反射定律、折射定律作出光路圖，結(jié)合幾何關(guān)系， 具體求解.【例4】（2020全國(guó)卷034（2）直角棱

12、鏡的折射率=L5,其橫截面如圖6所示,圖中匚C=90。，二4 = 30。.截面內(nèi)一細(xì)束與8C邊平行的光線，從棱鏡邊上的。點(diǎn)射入，經(jīng)折射后射到3c邊上.（二）光線在邊上是否會(huì)發(fā)生全反射？說(shuō)明理由: （二）不考慮多次反射，求從KC邊射出的光線與最初的入射光線夾角的正弦值.【答案】見(jiàn)解析【解析】（二）如圖，設(shè)光線在。點(diǎn)的入射角為3折射角為匚折射光線射到8C邊上的E點(diǎn).設(shè)光線在E點(diǎn) 第6頁(yè)共14頁(yè)第7頁(yè)共14頁(yè)的入射角為仇由幾何關(guān)系，有6=90。(30。-廠)>60。二根據(jù)題給數(shù)據(jù)得sin Gsm 二 即8大于全反射臨界角，因此光線在E點(diǎn)發(fā)生全反射.(二)設(shè)光線在，。邊上的尸點(diǎn)射出棱鏡，入射角為

13、八折射角為H由幾何關(guān)系、反射定律及折射定律,有 7= 30° f =90。一8二sm i=sin 7二nsin f=sm /二聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)，得sin產(chǎn)=2#二小由幾何關(guān)系可知，/即XC邊射出的光線與最初的入射光線的夾角.【例5】(2019全國(guó)卷二34(2)如圖7, 一艘帆船靜止在湖面上，帆船的豎直桅桿頂端高出水面3 m.距水而4 m的湖底尸點(diǎn)發(fā)出的激光束，從水面出射后恰好照射到桅桿頂端，該出射光束與豎直方向的夾角為53。(取4sm530=0.8).已知水的折射率為j圖7求桅桿到尸點(diǎn)的水平距離;(2)船向左行駛一段距離后停止，調(diào)整由尸點(diǎn)發(fā)出的激光束:方向，當(dāng)其與豎直方向夾角為4

14、5。時(shí)，從水面射 出后仍照射在桅桿頂端，求船行駛的距離.【答案】(1)7 m (2)5.5 m【解析】(1)設(shè)光束從水而射出的點(diǎn)到桅桿的水平距離為勺，到尸點(diǎn)的水平距離為足：桅桿距水面的高度為In,尸點(diǎn)處水深為厲；激光束在水中與豎直方向的夾角為仇由幾何關(guān)系有卜tail 53。二=tan 0由折射定律有：sin53o=sin8二設(shè)桅桿到尸點(diǎn)的水平距離為X，貝lj X=X1+X2 二聯(lián)立二二二二式并代入題給數(shù)據(jù)得：x=7mZ(2)設(shè)激光束在水中與豎直方向的夾角為45。時(shí)，從水而出射的方向與豎直方向夾角為f由折射定律有：sin?'=sin45。：設(shè)船向左行駛的距離為K此時(shí)光束從水而射出的點(diǎn)到桅

15、桿的水平距離為勺'，到尸點(diǎn)的水平距離為力'，則：xi'+x2'=x'+x 二T-=tan i _ «i*=tan 45。二聯(lián)立二二二二二式并代入題給數(shù)據(jù)得：x*=(6/2-3)m=5.5 m.【變式訓(xùn)練】4.(2020廣西桂林市調(diào)研)如圖8所示，將半徑為R的透明半球體放在水平桌而上方，。為球心，直徑恰好水平，軸線OO,垂直于水平桌面.位于。點(diǎn)正上方某一高度處的點(diǎn)光源S發(fā)出一束與。，夾角6=60。的單色 光射向半球體上的H點(diǎn)，光線通過(guò)半球體后剛好垂直射到桌面上的B點(diǎn)，已知。夕=¥五，光在真空中的傳 播速度為c，不考慮半球體內(nèi)光的反射，求

16、：圖8(1)透明半球?qū)υ搯紊獾恼凵渎剩?2)該光在半球體內(nèi)傳播的時(shí)間.D【答案】(1的(2)-【解析】(1)光從點(diǎn)光源S射出經(jīng)半球體到達(dá)水平桌面的光路如圖，光由空氣射向半球體，由折射定律，有sin®since過(guò)C點(diǎn)作O。，的垂線交。，于。點(diǎn)，在二。8中，sin二COD=坐，得 >=二。=60。光由半球體射向空氣，由折射定律，有片舞，故。=£，由幾何知識(shí)得a+£=60。，故a=£=30。，=袁=5.(2)光在半球體中傳播的速度為v=：=*cd4 r r且，則光在半球體中傳播的時(shí)間看警=£.Zcos PV C5. (2020山西大同巾高三期

17、末)如圖9所示，三角形為某透明介質(zhì)的橫截而，。為5C邊的中點(diǎn)，位于 截面所在平面內(nèi)的一束光線自。以角度i入射，第一次到達(dá).43邊恰好發(fā)生全反射.己知6=15。，8。邊長(zhǎng)為2L，該介質(zhì)的折射率為巾.求：圖9入射角/;(2)從入射到發(fā)生第一次全反射所用的時(shí)間.(光在真空中的速度為c, S1!175。=亞抨或121115。=2小)【答案】(1)45° (2)"烏【解析】(1)根據(jù)全反射規(guī)律可知，光線在結(jié)面上尸點(diǎn)的入射角等于臨界用C，由折射定律得代入數(shù)據(jù)得。=45。二設(shè)光線在5。而上的折射角為，由幾何關(guān)系得r=30。二根據(jù)光的折射定律=署二聯(lián)立二二式代入數(shù)據(jù)得7=45。二OP l(

18、2)在二。尸3中，根據(jù)正弦定理得;喬=;不二 / J dXXX J設(shè)從入射到發(fā)生第一次全反射所用時(shí)間為f，光線在介質(zhì)中的速度為打得。尸=廿二第11頁(yè)共14貞聯(lián)立匚二二式，代入數(shù)據(jù)得一弊G.高考題型3光的波動(dòng)性電磁波1 .知識(shí)網(wǎng)絡(luò)T電送波是橫而T麥克斯修電磴場(chǎng)理論IT電蝮波的發(fā)航與樹(shù)女|u佑丁光2 .光的干涉現(xiàn)象和光的衍射現(xiàn)象證明了光的波動(dòng)性，光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光為橫波.3 .光的干涉和光的衍射產(chǎn)生的條件：發(fā)生干涉的條件是兩光源頻率相等，相位差恒定：發(fā)生明顯衍射的條 件是障礙物或小孔的尺寸跟光的波長(zhǎng)相差不多或比光的波長(zhǎng)小.4 .各種色光特征比較項(xiàng)目紅一紫頻率越來(lái)越大波長(zhǎng)越來(lái)越短折射率越來(lái)越大介質(zhì)中

19、傳播速度越來(lái)越小發(fā)生全反射時(shí)的臨界角越來(lái)越小【例6】（2019北京卷14）利用圖10甲所示的裝置（示意圖），觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖 乙和丙兩種圖樣.下列關(guān)于P處放置的光學(xué)元件說(shuō)法正確的是（）光屏III III乙光源n-J1甲圖10A.乙對(duì)應(yīng)單縫，丙對(duì)應(yīng)雙縫B.乙對(duì)應(yīng)雙丙對(duì)應(yīng)單縫C.都是單縫，乙對(duì)應(yīng)的縫究較大D.都是雙縫，乙對(duì)應(yīng)的雙縫間距較大【答案】A【解析】由題圖中給出的乙、丙兩種圖樣可知，乙是單縫衍射的圖樣，丙是雙縫干涉的圖樣，A項(xiàng)正確，B、 C、D項(xiàng)均錯(cuò)誤.【變式訓(xùn)練】6. （2020北京市門(mén)頭溝區(qū)一模）如圖11是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，S為單縫，Si、S?為雙縫，尸為光屏.用 綠光從左邊照射單縫S時(shí)，可在光屏P上觀察到干涉條紋.下列說(shuō)法正確的是（）圖11A.減小雙縫間的距離，干涉條紋間的距離減小B.增大雙縫到屏的距離，干涉條紋間的距離增大C.將綠光換為紅光，干涉條紋間的距離減小D,將綠光換為紫光，干涉條紋間的距離增大【答案】B【解析】根據(jù)公式=夕，減小雙縫間的距離，涉條紋間的距離增大，A錯(cuò)誤；增大雙縫到屏的距離， 干涉條紋間的距離增大，B正確：將綠光換為紅光，波長(zhǎng)增大，所以干涉條紋間的距離增大，C錯(cuò)誤：將綠 光換為紫光，波長(zhǎng)減小，所以干涉條紋間的距離減小，D錯(cuò)誤.7.（