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1、第2讲 振动和波 光学,-2-,网络构建,要点必备,-3-,网络构建,要点必备,1.振动和波。 (1)振动的周期性、对称性:x= 。 (2)波的产生和传播:v= 。 2.光的折射和全反射。 (1)折射定律:光从真空进入介质时:n= 。 (2)全反射条件:光从光密介质射入光疏介质;入射角等于或大于临界角C,sin C= 。 3.波的干涉、衍射等现象。 (1)干涉、衍射是波特有的现象。干涉条件:频率相同、相位差恒定,振动方向相同;明显衍射条件: 。 (2)明条纹(振动加强区):r= ; 暗条纹(振动减弱区):r= 。(k=0,1,2,3,) (3)光的干涉条纹特点:明暗相间,条纹间距x= 。,As
2、in t,d,k,-4-,1,2,1.(2017全国卷)(1)如图甲,在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0,-2)。两波源的振动图线分别如图乙和图丙所示。两列波的波速均为1.00 m/s。两列波从波源传播到点A(8,-2)的路程差为 m,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互 (选填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)处质点的振动相互 (选填“加强”或“减弱”)。,-5-,1,2,(2)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2R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
3、的距离为0.6R。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。,答案 (1)2 减弱 加强 (2)1.43,-6-,1,2,-7-,1,2,(2)如图,根据光路的对称性和光路可逆性,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。,-8-,1,2,-9-,1,2,考点定位:机械振动 机械波 折射率 命题能力点:侧重考查理解能力+分析综合能力 解题思路与方法:(2)画出光路图,根据题目条件“最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行”找几何关系。,-10-,1,2,2.(2016全国卷)(1)(
4、多选)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,-11-,1,2,(2)一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播,波长不小于10 cm。O和A是介质中平衡位置分别位于x=0和x=5 cm处的两个质点。t=0时开始观测,此时质点O的位移为y=4 cm,质点A处于波峰位置;t= s时,质点O第一次回
5、到平衡位置;t=1 s时,质点A第一次回到平衡位置。求: ()简谐波的周期、波速和波长; ()质点O的位移随时间变化的关系式。,答案 (1)ABC (2)()4 s 7.5 cm/s 30 cm,-12-,1,2,解析 (1)电磁波在真空中的传播速度为光速,A选项正确;电磁波是由周期性变化的电场和磁场相互激发产生的,B选项正确;传播速度方向、电场方向、磁场方向三者两两垂直,C选项正确;电磁波可以通过光缆传播,D选项错误;当电磁振荡消失后,电磁波可继续传播,E选项错误。,-13-,1,2,-14-,1,2,考点定位:电磁波 机械振动 机械波 命题能力点:侧重考查理解能力+分析综合能力 解题思路与
6、方法:机械波传播的是振动形式,可以由 求得波的波速;质点O的位移随时间变化的关系式y=Acos(t+),把时间和位移代入即可求得。,-15-,1,2,命题规律研究及预测 近年的高考试题可以看出,光的折射、全反射的计算,机械波的波长、波速和频率(周期)的关系是近年来的高考热点,题型为一个多项选择题(或填空题)和一个计算题。 在2018年的备考过程中重视对光的折射定律、波速和频率(周期)的关系的复习,除此之外,多普勒效应、电磁波谱、电磁波等知识点也不能忽视。,-16-,考点一,考点二,考点三,机械振动与波(H) 典题1(多选)(2017全国卷)如图,一列简谐横波沿x轴正方向传播,实线为t=0时的波
7、形图,虚线为t=0.5 s时的波形。已知该简谐波的周期大于0.5 s。关于该简谐波,下列说法正确的是( ) A.波长为2 m B.波速为6 m/s C.频率为1.5 Hz D.t=1 s时,x=1 m处的质点处于波峰 E.t=2 s时,x=2 m处的质点经过平衡位置,BCE,-17-,考点一,考点二,考点三,-18-,考点一,考点二,考点三,典题2(多选)下图为同一地点的两单摆甲、乙的振动图象,下列说法正确的是( ) 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=0.5 s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,-19-
8、,考点一,考点二,考点三,-20-,考点一,考点二,考点三,典题3(多选)图甲为一列简谐横波在t=2 s时的波形,图乙为媒质中平衡位置在x=1.5 m处的质点的振动图象,P是平衡位置为x=2 m的质点。下列说法正确的是 ( ) A.波速为0.5 m/s B.波的传播方向向右 C.02 s时间内,P运动的路程为8 cm D.02 s时间内,P向y轴正方向运动 E.t=7 s时,P恰好回到平衡位置,ACE,-21-,考点一,考点二,考点三,-22-,考点一,考点二,考点三,规律方法,-23-,考点一,考点二,考点三,光的折射和全反射(H),-24-,考点一,考点二,考点三,策略3:全反射的条件 (
9、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。 策略4:光的几何计算题往往是光路现象与光的反射、折射、全反射(临界点)及几何图形关系的综合问题。 解决此类问题应注意以下四个方面: (1)依据题目条件,正确分析可能的全反射及临界角。 (2)通过分析、计算确定光传播过程中可能的折射、反射,把握光的“多过程”现象。 (3)准确作出光路图。 (4)充分考虑三角形、圆的特点,运用几何图形中的角关系、三角函数、相似形、全等形等,仔细分析光传播过程中产生的几何关系。,-25-,考点一,考点二,考点三,典题4(2017全国卷)如图,一半径为R的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO表示光轴(过球
10、心O与半球底面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求: (1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值; (2)距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。,-26-,考点一,考点二,考点三,解析 (1)如图,从底面上A处射入的光线,在球面上发生折射时的入射角为i,当i等于全反射临界角ic时,对应入射光线到光轴的距离最大,设最大距离为l。 i=ic 设n是玻璃的折射率,由全反射临界角的定义有,-27-,考点一,考点二,考点三,-28-,考点一,考点二,考点三,答案 (1)1.
11、73108 m/s (2)210-9 s,-29-,考点一,考点二,考点三,-30-,考点一,考点二,考点三,规律方法求解光的折射和全反射的思路,-31-,考点一,考点二,考点三,电磁波和光的几种特有现象(L) 典题6(多选)下列说法正确的是( ) A.光的偏振现象说明光是一种横波,但并非所有的波都能发生偏振现象 B.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 C.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由红光改为绿光,则干涉条纹间距变窄 D.一束白光从空气射入玻璃三棱镜后形成彩色条纹,是因为玻璃三棱镜吸收了白光中的一些色光 E.火车过桥要慢行,目的是使驱动力频率远小于桥梁
12、的固有频率,以免发生共振损坏桥梁,ACE,-32-,考点一,考点二,考点三,解析 只有横波才能发生偏振现象,A正确;当发射电路的电磁振荡停止了,只是不能产生新的电磁波,但已发出的电磁波不会立即消失,还要继续传播一段时间,B错误;若由红光改为绿光,波长变短了,根据公式 可知干涉条纹间距变窄,C正确;一束白光从空气射入玻璃三棱镜后形成彩色条纹是因为光的折射,不是因为三棱镜吸收了光,D错误;火车过桥要慢行,目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率,以免发生共振损坏桥,故E正确。,-33-,考点一,考点二,考点三,规律方法1.机械波和光波都能发生干涉、衍射、多普勒效应等现象,是波特有的现象。偏振现象是横
13、波的特有现象。要观察到稳定的干涉现象和明显的衍射现象需要一定的条件。 2.机械波的干涉图样中,实线和实线的交点、虚线和虚线的交点及其连线为振动加强处;实线和虚线的交点及其连线处为振动减弱处。振动加强点有时位移也为零,只是振幅为两列波的振幅之和,显得振动剧烈。 3.对光的双缝干涉条纹间距 分析 (1)l、d相同时,x,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,中间为白色,两边为由紫到红的彩色。 4.光的干涉现象:薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)。 5.光的衍射现象:圆孔衍射、泊松亮斑。,-34-,1.(2017全国卷)(1)(
14、多选)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2l,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。,答案 (1)ACD (2)1.55,-35-,解析 (1)设双缝间的距离
15、为d,屏幕离双缝间的距离为L,两相邻亮条纹的间距为x,照射光的波长为,由 可知,要增大两相邻条纹的间距,可以改用红光或减小双缝间距或将屏幕向远离双缝的位置移动,故选项A、C、D正确,选项B错误;将光源向远离双缝的位置移动,屏幕和双缝间的距离保持不变,所以两相邻亮条纹的间距不变,故选项E错误。 (2)设从光源发出直接射到D点的光线的入射角为i1,折射角为r1,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i2,折射角为r2,如图所示。,-36-,-37-,2.(2017辽宁本溪模拟)(1)(多选)如图所示,O
16、1O2是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线,A、B是关于O1O2轴等距且平行的两束不同单色细光束,从玻璃体右方射出后的光路如图所示,MN是垂直于O1O2放置的光屏,沿O1O2方向不断左右移动光屏,可在屏上得到一个光斑P,根据该光路图,下列说法正确的是( ) A.该玻璃体对A光的折射率比对B光的折射率小 B.A光的频率比B光的频率高 C.在该玻璃体中,A光比B光的波长长 D.在真空中,A光的波长比B光的波长长 E.A光从空气进入该玻璃体后,其频率变高,-38-,(2)一列简谐横波沿x轴正方向传播,某时刻的波形如图所示,从该时刻开始计时。 ()若质点P(坐标为x=3.2 m)经0.4 s第一次回到初始位置,求该机械波的波速和周期; ()若质点Q(坐标为x=5 m)在0.5 s内通过的路程为 cm,求该机械波的波速和周期。,答案 (1)ACD (2)()8 m/s 1 s ()12 m/s,-39-,-40-,
