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1、2011 届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题 11：第 6 专题 振动与波、光学、 执掌、原子物理(1) (一)振动与波、光学知识网络知识网络考点预测考点预测振动与波是历年高考的必考内容，其中命题率最高的知识点为波的图象、波长、频率、 波速及其相互关系，特别是波的图象与振动图象的关系，如 2009 年高考北京理综卷第 17 题、全国理综卷第 20 题、福建理综卷第 17 题，一般以选择题的形式出现，试题信息量 大、综合性强，一道题往往考查多个概念和规律其中波的图象，可以综合考查对波的理 解能力、推理能力和空间想象能力 高考对光学部分的考查主要有：光的折射现象，全反射；光的干涉、衍射和偏
2、振现象；平面镜成像的作图方法；双缝干涉实验测定光的波长；光电效应现象要点归纳要点归纳一、振动与波 单摆 (1)特点：单摆是理想模型；单摆的回复力由重力沿圆弧方向的分力提供，当最大摆角 10时，单摆的振动可看做简谐运动，其振动周期 T2Lg(2)应用：计时器；测定重力加速度 g，g42LT2 二、振动图象与波动图象的区别与联系 振动图象波动图象图象研究对象一个质点所有质点物理意义横轴上各点表示各个时刻， 图象表示一个质点各个时刻 的位移情况横轴上各点表示质点的平衡 位置，图象表示某一时刻各 个质点的位移情况图象形成的物理过程相当于顺序“扫描”的结果相当一次“拍照”的结果直接得出振幅、周期直接得出
3、振幅、波长可以算出频率据波速、波长和频率(周期) 的关系求其中一个量所能提供的信息可以判断出位移、加速度、 回复力间的变化关系振动方向和传播方向的关系三、机械波与电磁波 机械波电磁波对象研究力学现象研究电磁现象周期性变化的物理量位移随时间和空间做周 期性变化电场 E 和磁场 B 随时间和空间 做周期性变化传播传播需要介质，波速与 介质有关，与频率无关， 分横波和纵波两种，传 播机械能传播不需要介质，在真空中波 速总是 c，在介质中传播时，波 速与介质及频率都有关系电 磁波都是横波，传播电磁能特性 v ，都会发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应T产生由质点(波源)的振动产 生无线电波由振荡电路
4、产生 光也是电磁波的一种，由原子 能级跃迁发出四、平面镜成像 1平面镜改变光的传播方向，而不改变光的性质 2平面镜成像的特点：等大、正立、虚像，物、像关于镜面对称3成像作图要规范化 射向平面镜的入射光线和反射光线要用实线，并且要用箭头标出光的传播方向反射 光线的反向延长线只能用虚线，虚线上不能标箭头 镜中的虚像是物体射到平面镜上所有光线的反射光线反向延长后相交形成的在成像 作图中，可以只画两条光线来确定像点 法线既与界面垂直，又是入射光线与反射光线夹角的平分线 平面镜转过一个微小的角度 ，法线也随之转过角度 ，当入射光线的方向不变时，反 射光线则偏转 2 五、光的折射定律 1折射率：光从真空射
5、入某种介质发生折射时，入射角 1的正弦与折射角 2的正弦之比为定值 n，叫做这种介质的折射率，表示为 n实验和研究证明，某种介质的sin 1sin 2折射率等于光在真空中的传播速度 c 跟光在这种介质中的传播速度 v 之比，即 n cv 2折射现象中光路是可逆的 六、全反射和临界角 1全反射的条件：(1)光从光密介质射向光疏介质；(2)入射角大于或等于临界角2临界角：使折射角等于 90时的入射角，某种介质的临界角 C 用 sin C 计算1n 七、用折射定律分析光的色散现象 在分析、计算光的色散时，要掌握好折射率 n 的应用及有关数学知识，着重理解两点： 光的频率(颜色)由光源决定，与介质无关
6、；在同一介质中，频率越大的光的折射率越大，再应用 n 等知识，就能准确而迅速地判断有关色光在介质中的传播速度、波长、cv0 入射光线与折射光线的偏折程度等问题 八、光的波动性 1光的干涉 (1)干涉条件：两束光的频率相同，并有稳定的相位差 (2)双缝干涉：两列光波到达某点的路程差为波长的整数倍时，该处的光互相加强，出 现亮条纹；当到达某点的路程差为半波长的奇数倍时，该处的光互相削弱，出现暗条纹相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距 x Ld (3)薄膜干涉：从薄膜前后表面反射的两列波叠加产生的干涉应用：检查平面的平整 度、增透膜等 2光的衍射 发生明显衍射的条件：障碍物的尺寸跟光的波长相近或比光的波
7、长还小 光的衍射条纹和干涉条纹不同泊松亮斑是光的衍射引起的 3光的电磁说 麦克斯韦提出“光是一种电磁波”的假设，赫兹用实验验证了电磁说的正确性 九、光的粒子性 1光电效应 (1)现象：在光的照射下物体发射电子(光电子)的现象 (2)规律：任何金属都存在极限频率，只有用高于极限频率的光照射金属时，才会发生 光电效应在入射光的频率大于金属的极限频率的情况下，从光照射到金属上到金属逸出 光电子的过程，几乎是瞬时的光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与光的 强度无关单位时间内逸出的光电子数与入射光的强度成正比2光电效应方程： mvm2hW123光子说：即空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，
8、每一份的能量等于 h(为光子的频率)，每一份叫做一个光子 4光的波粒二象性：光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应表明光具有粒 子性，因此光具有波粒二象性 5物质波：任何一个运动的物体(小到电子大到行星)都有一个波与它对应，波长 (p 为物体的动量)hp热点、重点、难点热点、重点、难点一、简谐运动的动力学问题图 61 例 1 如图 61 所示，一个弹簧振子在光滑水平面上的 A、B 两点之间做简谐运 动当振子经过最大位移处(B 点)时，有块胶泥落在它的上面，并随其一起振动，那么后来 的振动与原来相比较( ) A振幅的大小不变B加速度的最大值不变 C速度的最大值变小D弹性势能的最大值不变 【
9、解析】当振子经过最大位移处(B 点)时，胶泥落在它的上面，在此过程中，胶泥减少的重力势能全部转变为内能，振子(含胶泥)在 B 点的速度仍为零，则其仍以 O 点为平衡位置做简谐运动，且振幅的大小不变于是，最大回复力和最大弹性势能不变由于质量增大，则其最大加速度变小，在平衡位置的速度(即最大速度)变小综上可知，选项A、C、D 正确答案 ACD 【点评】解决本题的关键在于正确理解简谐运动的特征，了解简谐运动中各个物理量的变化，找到“振幅的大小不变”这一突破口，进而分析求解简谐运动具有以下规律在平衡位置：速度最大、动能最大、动量最大，位移最小、回复力最小、加速度最小、势能最小在位移大小等于振幅处：速度
10、最小、动能最小、动量最小，位移最大、回复力最大、加速度最大、势能最大振动中的位移 x 都是以平衡位置为起点的，方向从平衡位置指向末位置，大小为这两位置间的直线距离加速度与回复力的变化一致，在两个“端点”最大，在平衡位置为零，方向总是指向平衡位置二、简谐运动的图象、波的图象 例 2 一列简谐横波以 1 m/s 的速度沿绳子由 A 向 B 传播，质点 A、B 间的水平距离 为 3 m，如图 62 甲所示若 t0 时质点 A 刚从平衡位置开始向上振动，其振动图象如 图 62 乙所示，则 B 点的振动图象为图 62 丙中的( )图 62 【解析】由题意知，vT4 m故 lAB ，经过 t T3 s 时
11、间 B 点开始振动3434又由波的传播特性可知，每点开始振动的方向与振源的起振方向相同，故知 B 点的振动图象为 B答案 B 【点评】本例虽然只要求 B 的振动图象，但解析过程必须弄清楚波的传播过程，可画出 t3 s 时刻以及 t3 st 时刻 AB 方向波的图象图 62 丁所示图 62 丁 例 3 两列振幅、波长均相同的简谐横波，以相同的速率沿相反方向在同一介质中 传播图 63 所示为某一时刻两波的波形图，其中实线为向右传播的波，虚线为向左传播 的波，a、b、c、d、e 为五个等距离的质点则在两列波传播的过程中，下列说法中正确 的是( )图 63A质点 a、b、c、d、e 始终静止不动 B质
12、点 b、d 始终静止不动 C质点 a、c、e 始终静止不动 D质点 a、c、e 以振幅 2A 做简谐运动 【解析】由波的叠加原理可知，图示时刻质点 a、b、c、d、e 的位移都为零其中两列波在 a、c、e 上引起的振动方向相同，在 b、d 两点引起的振动方向总是相反，故 b、d始终静止不动，a、c、e 以振幅 2A 做简谐运动答案 BD 【点评】两列波传播至某点时，两列波引起的振动“步调”相同时，干涉加强；引起的振动“步调”相反时，干涉减弱，不应仅考虑波峰、波谷的相遇振动加强的点与振动减弱的点有规律地相互间隔注：干涉图样不是固定不动的，加强的点在做更大振幅的振动三、平面镜成像问题 例 4 某物
13、体左右两侧各有一竖直放置的平面镜，两平面镜相互平行，物体距离左 镜 4 m，右镜 8 m，如图 64 甲所示物体在左镜所成的像中从右向左数的第三个像与物 体的距离是2009 年高考全国理综卷( )图 64 甲 A24 mB32 mC40 mD48 m 【解析】物体在左镜中所成的各像如图 64 乙所示，可知左镜中从右向左的第三个像是第一个像在右镜中的像再在左镜中成的像，即看见像时为光线在左镜反射一次后在右镜反射一次再在左镜反射一次进入眼睛，由平面镜成像的对称性可得：d32 m图 64 乙 答案 B 【点评】光线经过平面镜反射进入眼睛，眼睛逆着光线确定光源，感觉光是从“虚像”发出四、光的折射与全反
14、射 光学器材是由透明介质制成的，当光线从空气照射到这些透明体的表面时，折射进入 透明体，然后再发生其他的光学现象解这类问题用到的光学知识主要是反射定律、折射 定律、全反射知识和数学中的几何知识 1视深问题 例 5 某水池的实际深度为 h，若某人垂直水面往下看时，水池的视深为多少？(设 水的折射率为 n) 【解析】如图所示，作两条从水底 S 发出的折射光线，一条垂直射出水面，另一条入射角很小(眼睛对光点的张角很小)，这两条折射光线反向延长线的交点 S 就是看到的 S的像在ASO 中，tan AOh在ASO 中，tan AOh则tan tan hh因为 、 很小，所以 sin tan ，sin t
15、an 得：hh sin sin hn答案 hn【点评】本题考查光的折射定律在实际中的应用正确画出光路图，并运用近似理论是求解此类问题的关键2巧妙运用光路图解题和光学作图问题(1)解决几何光学的基本方法是：画出光路图，理解有关概念，灵活运用数学知识求 解在反射和折射现象中， “光路可逆”是解决较复杂问题常用的思想方法注意：光路图 的作法必须遵循反射和折射定律 (2)由于同一介质对不同色光的折射率不同，导致光的色散现象利用光的折射定律解 决的问题主要有“视深”和棱镜等正确画出光路图是求解此类问题的关键 (3)作图法是解决几何光学问题的主要方法之一完成光路图的依据是光的传播规律， 作图时常常要运用逆向思维先由像确定反射光线，再确定入射光线解题中常常要巧 用光路可逆规律分析问题，在实像的位置换上物点，必定在原来物点处成像，即像、物互 换另外，涉及有关范围的问题，确定有关边界光线是解决问题的关键 例 6 图 65 甲所示为一个储油圆柱桶，其底面直径与桶高相等当桶中无油时， 贴着桶的上边缘上的 A 点恰能看到桶底边缘上的 B 处；当桶内油的深度等于桶高的一半时， 眼所处的位置不变，在桶外沿 AB 方向看去，恰能看到桶底上的 C 点，且 BC 的距离是桶 底直径的四分之一(A
