（浙江选考）2020版高考物理一轮复习 第11章 机械振动 机械波 光 电磁波课件（打包6套）.zip

实验 14 探究单摆周期与摆长的关系一、实验原理二、实验装置图及器材带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球，不易伸长的细线 (约 1米 )、停表、毫米刻度尺和三角板。三、实验步骤1.让细线的一端穿过金属小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的线结，做成单摆。2.把细线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，在单摆平衡位置处作上标记，如图所示。四、数据处理图象法￿ 注意事项1.构成单摆的条件：细线的质量要小、弹性要小，选用体积小、密度大的小球，摆角不超过 5°。2.要使摆球在同一竖直面内摆动，不能形成圆锥摆，方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放。3.用毫米刻度尺量出摆线长度 l′，用游标卡尺测出摆球的直径，即得出金属小球半径 r，计算出摆长 l＝ l′＋ r。4.测周期的方法(1)要从摆球过平衡位置时开始计时。因为此处速度大、计时误差小，而最高点速度小、计时误差大。(2)要测多次全振动的时间来计算周期。如在摆球平衡位置时开始计时，且在数 “零 ” 的同时按下秒表，以后每当摆球从同一方向通过平衡位置时计数 1次。【例】 某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。(1)他组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图 1所示。这样做的目的是 ________(填字母代号 )。图 1A.保证摆动过程中摆长不变B.可使周期测量得更加准确C.需要改变摆长时便于调节D.保证摆球在同一竖直平面内摆动(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺量得悬点到摆球最低端和上端的长度 l1＝ 0.999 0 m， l2＝ 0.987 0 m，则单摆摆长为 ______m。(3)下列振动图象真实地描述了对摆长约为 1 m的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横坐标原点表示计时开始， A、 B、 C均为 30次全振动的图象，已知 sin 5°＝0.087， sin 15°＝ 0.26，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是 ________(填字母代号 )。解析 (1)在 “ 探究影响 单摆 周期的因素 ” 实验 中，要使 单摆 在 摆动过 程中 摆长不 变 ，而且 摆长 便于 调节 ，故 选项 A、 C正确， B、 D错误 。(3)单摆 振 动 的 摆 角 θ≤ 5°，当 θ＝ 5°时单摆 振 动 的振幅 A＝ lsin 5°＝ 0.087 m＝ 8.7 cm，且 为计时 准确，在 摆 球 摆 至平衡位置 时 开始 计时 ，故 选项 A正确， B、 C、D错误 。答案 (1)AC (2)12.0 0.993 0 (3)A图 2答案 B 22.用单摆测定重力加速度的实验装置如图 3所示。图 3(1)组装单摆时，应在下列器材中选用 ________(选填选项前的字母 )。A.长度为 1 m左右的细线B.长度为 30 cm左右的细线C.直径为 1.8 cm的塑料球D.直径为 1.8 cm的铁球(2)测出悬点 O到小球球心的距离 (摆长 )L及单摆完成 n次全振动所用的时间 t，则重力加速度 g＝ __________(用 L、 n、 t表示 )。(3)下表是某同学记录的 3组实验数据，并做了部分计算处理。组 次 1 2 3摆长 L/cm 80.00 90.00 100.0050次全振 动时间 t/s 90.0 95.5 100.5振 动 周期 T/s 1.80 1.91 重力加速度 g/(m·s－ 2) 9.74 9.73 请计算出第 3组实验中的 T＝ ________s， g＝ ________m/s2。3.在 “ 用单摆测定重力加速度 ” 的实验中： (1)摆动时偏角满足的条件是偏角小于 5°，为了减小测量周期的误差，计时开始时，摆球应是经过最 ________(填 “ 高 ” 或 “ 低” )点的位置，且用停表测量单摆完成多次全振动所用的时间，求出周期。图 4甲中停表示数为一单摆全振动 50次所用的时间，则单摆振动周期为 ________。图 4(2)用最小刻度为 1 mm的刻度尺测摆长，测量情况如图乙所示。 O为悬挂点，从图乙中可知单摆的摆长为 ________m。(3)若用 L表示摆长， T表示周期，那么重力加速度的表达式为 g＝ ________。(4)考虑到单摆振动时空气浮力的影响后，学生甲说： “ 因为空气浮力与摆球重力方向相反，它对球的作用相当于重力加速度变小，因此振动周期变大。 ” 学生乙说： “ 浮力对摆球的影响好像用一个轻一些的摆球做实验，因此振动周期不变 ” ，这两个学生中 ________。A.甲的说法正确B.乙的说法正确C.两学生的说法都是错误的(2)从 悬 点到球心的距离即 为摆长 ，可得 L＝ 0.998 0 m。(4)由于受到空气浮力的影响，小球的 质 量没 变 而相当于小球所受重力减小，即等效重力加速度减小，因而振 动 周期 变 大， 选项 A正确。实验 15 测定玻璃的折射率￿ 注意事项1.玻璃砖应选用厚度、宽度较大的。2.大头针要插得竖直，且间隔要大些。3.入射角不宜过大或过小，一般在 15°～ 75°之间。4.玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。5.实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变。【例】 (2017·4月浙江选考 )在 “ 测定玻璃的折射率 ” 实验时，(1)下列做法正确的是 ________。A.入射角越大，误差越小B.在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面C.实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量D.判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部图 1(2)小明同学在插针时玻璃砖的位置如图 1所示，根据插针与纸上已画的界面确定入射点与出射点，依据上述操作所测得的折射率 ____________(填 “ 偏大 ”“ 偏小 ”或 “ 不变 ” )。(3)小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置 P1、 P2、 P3和 P4， AB和CD是描出的玻璃砖的两个边，如图 2所示，请画出光路图。图 2(3)光路 图 如 图 所示。答案 (1)C (2)偏小 (3)见解析图1.某同学利用 “ 插针法 ” 测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行。正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图 3所示。图 3(1)此玻璃的折射率计算式为 n＝ ______(用图中的 θ1、 θ2表示 )；(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________(填 “ 大 ” 或 “ 小 ” )的玻璃砖来测量。2.如图 4所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针 P1、 P2确定入射光线，并让入射光线过圆心 O，在玻璃砖 (图中实线部分 )另一侧垂直纸面插大头针 P3，使 P3挡住 P1、 P2的像，连接 OP3，图中 MN为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称， B、 C分别是入射光线、折射光线与圆的交点， AB、 CD均垂直于法线并分别交法线于 A、 D点。图 4(1)设 AB的长度为 l1， AO的长度为 l2， CD的长度为 l3， DO的长度为 l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量 __________，则玻璃砖的折射率可表示为________。(2)该同学在插大头针 P3前不小心将玻璃砖以 O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将 ________(选填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 不变 ” )。3.(2018·湖州市期末考试 )(1)在 “ 测定玻璃的折射率 ” 实验中，小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图 5甲所示的实验器材，他认为缺少一种器材，请你写出所缺器材的名称： ________。老师将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针应在图乙中的位置________(选填 “A”“B”或 “C”)。图 5(2)小红利用方格坐标纸测定玻璃的折射率，如图 6所示， AO是画在纸上的直线，她在直线 AO适当位置竖直插上 P1、 P2两枚大头针，放上半圆形玻璃砖 (图中粗黑线所示 )，然后插上 P3、 P4两枚大头针，以确定折射光线。其中她确定 P3大头针位置的方法应当是 ____________________________________。操作完成后，她用圆规作了一个以 O为圆心，半径与玻璃砖半径相同的半圆 (如图 6中虚线所示 )，则她测出玻璃的折射率 n＝ ________。图 6答案 (1)刻度尺 B(2)透过玻璃砖看， P3大头针挡住 P1、 P2两枚大头针的像 1.5实验 16 用双缝干涉测量光的波长 (同时练习使用游标型测量头 )￿ 注意事项(1)保证灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒共轴。(2)保持单缝和双缝平行。(3)测双缝到屏的距离 l可用米尺测多次，取平均值。热点一 游标型测量头的读数游标卡尺(1)游标卡尺的读数＝主尺读数＋游标尺读数。(2)游标卡尺的读数方法： “ 三看 ”① 第一看 → 精确度② 第二看 → 游标尺上的 0刻度线位置，区分零刻度与标尺最前端例如 (如图 1所示 )图 1③ 第三看 → 游标尺的哪条 (第 N条 )刻度线与主尺上的刻度线对齐【例 1】 如图 2所示的三把游标卡尺，它们的游标卡尺从上至下分别为 9 mm长 10等分、 19 mm长 20等分、 49 mm长 50等分，它们的读数依次为 ________mm，________mm， ________mm。图 2解析 图 2甲 读 数：整毫米是 17，不足 1毫米数是 7× 0.1 mm＝ 0.7 mm，最后 结 果是 17 mm＋ 0.7 mm＝ 17.7 mm。图 2乙 读 数：整毫米是 23，不足 1毫米数是 17× 0.05 mm＝ 0.85 mm，最后 结 果是 23 mm＋ 0.85 mm＝ 23.85 mm。图 2丙 读 数：整毫米是 3，不足 1毫米数是 9× 0.02 mm＝ 0.18 mm，最后 结 果是 3 mm＋ 0.18 mm＝ 3.18 mm。答案 17.7 23.85 3.18热点二 实验原理和数据处理【例 2】 (2018·4月浙江选考 )(1)细丝和单缝有相似的衍射图样。在相同条件下，小明用激光束分别垂直照射两种不同直径的细丝 Ⅰ 和细丝 Ⅱ ，在光屏上形成的衍射图样如图 3中 a和 b所示。已知细丝 Ⅰ 的直径为 0.605 mm，细丝 Ⅱ 的直径为 1.000 mm。图中的 ________(填 “a”或 “b”)是细丝 Ⅱ 的衍射图样。图 3(2)小明在做 “ 用双缝干涉测量光的波长 ” 实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图 4所示，白炽灯发出的光经滤光片成为波长为 λ的单色光照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为 h、与光屏的距离为 D，则条纹间距 Δx＝ ________。随后小明撤去平面镜，在单缝下方 A处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，则在光屏上 ________(填 “能 ” 或 “ 不能 ” )观察到干涉条纹。图 4解析 (1)衍射 单缝 越小，衍射越明 显 ，条 纹间 距越大；衍射 单缝 越大，衍射越不明 显 ，条 纹间 距越小， 题图 a的条 纹间 距小， 对应 的 细线 比 较 粗， 题图b的条 纹间 距大， 对应 的 细线 比 较细 ，因 为 1.0000.605，所以 选 a。不能，因 为 不符合 发 生干涉的条件。1.现有毛玻璃屏 A、双缝 B、白光光源 C、单缝 D和透红光的滤光片 E等光学元件，要把它们放在如图 5所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。图 5(1)将白光光源 C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为 C、 ________、 ________、 ________、 A。(2)本实验的步骤有：① 取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；② 按合理的顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；③ 用刻度尺测量双缝到屏的距离；④ 用测量头 (其读数方法同螺旋测微器 )测量数条亮纹间的距离。在操作步骤 ② 时还应注意 ____________和 ____________。解析 (1)滤 光片 E可以从白光中 选 出 单 色 红 光， 单缝 D是 获 取 线 光源，双 缝 B是获 得相干光源，最后成像在毛玻璃屏 A上。所以排列 顺 序 为 ： C、 E、 D、 B、 A。(2)在操作步 骤 ② 时应 注意的事 项 有：放置 单缝 、双 缝时 ，必 须 使 缝 平行； 单缝 、双 缝间 的距离要适当；要保 证 光源、 滤 光片、 单缝 、双 缝 和光屏的中心在同一 轴线 上。答案 (1)E D B (2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行 单缝、双缝间的距离要适当2.如图 6所示，在利用双缝干涉测量光的波长的实验中，需要从标尺上读出某条亮纹的位置。图中所示的读数是 ________ mm。图 6若缝与缝间相距 d，双缝到屏间的距离为 L，相邻两个亮条纹中心的距离为 Δx，则光的波长表示为 λ＝ ________(字母表达式)，某同学在两个亮条纹之间测量，测出以下结果，其他数据为： d＝ 0.20 mm， L＝ 700 mm，测量 Δx的情况如图 7所示，由此可计算出该光的波长为 λ＝ ______ m。 图 73.在 “ 用双缝干涉测量单色光的波长 ” 实验中，某同学准备的实验仪器包括以下元件：A.白炽灯； B.单缝； C.毛玻璃屏； D.双缝； E.遮光筒； F.红色滤光片； G.凸透镜 (其中双缝和光屏连在遮光筒上 )图 8(1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是： A________EC。(2)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹对齐，并将该亮纹定为第 1条亮纹，此时 10等分的游标卡尺位置如图 9甲所示，其读数为 ________ mm，继续转动测量头，使分划板中心刻线与第 7条亮纹中心对齐，此时游标卡尺位置如图乙所示，其读数为________ mm。图 9(3)若已知双缝间距为 0.2 mm，测得双缝到屏的距离为 70.00 cm，则所测红光波长为________。解析 (1)该实验 中各元件的作用分 别 是： A.白 炽 灯 —— 光源； B.单缝 —— 产 生相干光； C.毛玻璃屏 —— 呈 现 能 观 察的像； D.双 缝 —— 作 为产 生干涉 现 象的两个波源； E.遮光筒 —— 避免外界光 线 干 扰 ，便于 观 察； F.红 色 滤 光片 —— 将白 炽 灯的其他色光 过滤 掉，只剩下 红 光； G.凸透 镜 —— 将光源的 发 散光束 汇 聚， 产 生放大的效果。所以正确的排列 顺 序是 AGFBDEC。答案 (1)GFBD (2)19.8 30.3 (3)5× 10－ 7 m[选考导航 ]知识内容 考试要求 历次选考统计2016/04 2016/10 2017/04 2017/11 2018/04 2018/11机械振动简谐 运 动 b 15 简谐 运 动 的描述 c 15 15 简谐 运 动 的回复力和能量 b 15 单摆 c 15 21 21 外力作用下的振 动 b 机械波 波的形成和 传 播 B 16 波的 图 象 b 15 15 16 波 长 、 频 率和波速 c 14 15 15 16 16波的衍射和干涉 b 15 15 多普勒效 应 b 惠更斯原理 b 光 光的反射与折射 c 14 14全反射 c 14 14 光的干涉 c 14 16 光的衍射 b 14光的偏振 b 光的 颜 色、色散 b 激光 a 电磁波电 磁波的 发现 a 电 磁振 荡 c 电 磁波的 发 射和接收 b 电 磁波与信息化社会 a 电 磁波 谱 a 实验 14 探究 单摆 周期与摆长 的关系21 实验 15 测 定玻璃的折射率 21 实验 16 用双 缝 干涉 测 量光的波 长 (同 时练习 使用游 标型 测 量 头 )21 第 1讲 机械振动知识排查简谐运动1.概念： 如果质点的位移与时间的关系遵从 ________函数的规律，即它的振动图象是一条 ________曲线，这样的振动叫做简谐运动。正弦正弦2.描述简谐运动的物理量(1)位移 x：由 __________指向振动质点所在位置的有向线段，是 ______量。(2)振幅 A：振动物体离开平衡位置的 __________ ，是标量，表示振动的强弱。(3)周期 T和频率 f：做简谐运动的物体完成 ____________所需的时间叫周期；而频率则等于单位时间内完成 ________________。它们均是表示振动快慢的物理量，二者互为倒数。平衡位置 矢最大距离一次全振动全振动的次数3.简谐运动的表达式(1)动力学表达式： F＝－ kx， F指回复力，回复力大小总是与它偏离平衡位置的位移大小成 ______，并且总是指向 __________。(2)运动学表达式： x＝ ____________，其中 A代表振幅，角速度 ω＝ 2πf， (ωt＋ φ)表示简谐运动的相位， φ叫做初相位。Asin (ωt＋ φ)正比 平衡位置4.简谐运动的图象(1)简谐运动的图象：是一条正弦曲线，表示做简谐运动的质点 ________随时间变化的规律。(2)图象的应用：医院里的 ________、地震仪中绘制地震曲线的装置。位移心电图1.回复力简谐运动的回复力和能量项 目 内容定 义 振 动质 点受到的 总 能使其回到 ____________的力方向 指向 ____________表达式 F＝ ______－ kx平衡位置平衡位置2.简谐运动的动力学特征如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成 ___________，并且总是指向___________，质点的运动就是简谐运动。正比平衡位置3.振动系统 (弹簧振子 )的状态与能量的对应关系弹簧振子运动的过程就是 ______和 ______互相转化的过程。① 在最大位移处， ______最大， ______为零。② 在平衡位置处， ______最大， ______最小。4.简谐运动的能量特点在简谐运动中，振动系统的机械能 ______ ，而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一种 _________的模型。动能 势能势能 动能动能 势能守恒理想化1.定义 ：用细线悬挂一小球，上端固定，如果悬挂小球的细线的形变和质量可以忽略，线长又比球的直径大得多，这样的装置叫单摆。单摆是实际摆的 ______化模型。2.单摆的回复力 ：回复力为球重力沿 ______方向的分力，单摆做简谐运动的条件是最大摆角 ________ 。3.周期公式 ： T＝ ______，是荷兰物理学家 ________发现的；单摆的等时性是指周期与______无关。单摆理想切线小于 5°惠更斯振幅1.受迫振动 ：振动系统在周期性 _________作用下的振动。2.受迫振动的特点 ：受迫振动稳定时，系统的振动频率 _______驱动力的频率，跟振动系统的固有频率无关。3.共振 ：做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者 _______时，振幅达到最大，这就是共振现象。受迫振动与共振驱动力等于相等小题速练1.思考判断(1)简谐运动的平衡位置就是质点所受合力为零的位置 ( )(2)做简谐运动的质点先后通过同一点，回复力、速度、加速度、位移都是相同的( )(3)做简谐运动的质点，速度增大时，其加速度一定减小 ( )(4)简谐运动的回复力肯定不是恒力 ( )(5)弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零，动能为零 ( )(6)物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关 ( )(7)发生共振时，驱动力可能对系统做正功，也可能对系统做负功 ( )答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√ (7)×2.关于简谐运动的位移、加速度和速度的关系，下列说法中正确的是 ( )A.位移减小时，加速度减小，速度也减小B.位移方向总是与加速度方向相反，与速度方向相同C.物体的运动方向指向平衡位置，速度方向与位移方向相反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同D.物体向负方向运动时，加速度方向与速度方向相同；向正方向运动时，加速度方向与速度方向相反解析 位移减小 时 ，加速度减小，速度增大， A错误 ；位移方向 总 是与加速度方向相反，与速度方向有 时 相同，有 时 相反， B、 D错误 ， C正确。答案 C3.(多选 )下列说法正确的是 ( )A.在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比B.弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变C.在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单摆做简谐振动的周期越小D.已知弹簧振子初始时刻的位置及其振动周期，就可知振子在任意时刻运动速度的方向答案 AB简谐运动的规律简谐运动的五个特征1.受力特征简谐运动的回复力满足 F＝－ kx，位移 x与回复力的方向相反。由牛顿第二定律知，加速度 a与位移的大小成正比，方向相反。2.运动特征(1)当 v、 a同向 (即 v、 F同向，也就是 v、 x反向 )时， v一定增大。(2)当 v、 a反向 (即 v、 F反向，也就是 v、 x同向 )时， v一定减小。(3)当物体靠近平衡位置时， a、 F、 x都减小， v增大。(4)当物体远离平衡位置时， a、 F、 x都增大， v减小。3.能量特征对弹簧振子和单摆来说，振幅越大，能量越大，在振动过程中，动能和势能相互转化，机械能守恒。4.周期性特征5.对称性特征(1)速率的对称性：物体在关于平衡位置对称的两位置具有相等的速率。(2)时间的对称性：物体通过关于平衡位置对称的两段位移的时间相等。在振动过程中，物体通过任意两点 A、 B的时间与逆向通过这两点的时间相等。(3)加速度的对称性：物体在关于平衡位置对称的两位置具有等大、反向的加速度。【典例】 一弹簧振子做简谐运动，下列说法正确的是 ( )A.若位移为负值，则速度一定为正值B.振子通过平衡位置时，速度为零C.振子每次通过平衡位置时，速度相同D.振子每次通过同一位置时，速度不一定相同解析 在 简谐 运 动 中，速度方向可能与位移方向相同，也可能相反， 选项 A错误 ；振子每次通 过 平衡位置 时 ，速度都最大，但速度方向可能相同，也可能相反， 选项B、 C错误 ， D正确。答案 D1.(2018·宁波模拟 )(多选 )一弹簧振子做简谐运动，它所受的回复力 F随时间 t变化的图象为正弦曲线，如图 1所示，下列说法正确的是 ( )A.在 t从 0到 2 s时间内，弹簧振子做减速运动B.在 t1＝ 3 s和 t2＝ 5 s时，弹簧振子的速度大小相等，方向相反C.在 t2＝ 5 s和 t3＝ 7 s时，弹簧振子的位移大小相等，方向相同D.在 t从 0到 4 s时间内， t＝ 2 s时刻弹簧振子所受回复力做功的功率最大图 1解析 在 t从 0到 2 s时间 内， 弹 簧振子所受的回复力增大， 说 明位移在增大，振子做减速运 动 ， 选项 A正确；从 题图 中可以看出，在 t1＝ 3 s和 t2＝ 5 s时 ，振子所受的回复力大小相等，振子的速度大小相等，速度方向相同， 选项 B错误 ；从 题图 中可以看出，在 t2＝ 5 s和 t3＝ 7 s时 ，回复力大小相等，方向相同， 则 有 弹 簧振子的位移大小相等，方向相同， 选项 C正确；从 题图 中可以看出， t＝ 2 s时 刻 弹 簧振子所受的回复力最大，振子的速度 为 零， 则 回复力做功的功率 为 零， 选项 D错误 。答案 AC2.如图 2甲所示，水平的光滑杆上有一弹簧振子，振子以 O点为平衡位置，在 a、 b两点之间做简谐运动，其振动图象如图乙所示。由振动图象可以得知 ( )图 2A.振子的振动周期等于 t1B.在 t＝ 0时刻，振子的位置在 a点C.在 t＝ t1时刻，振子的速度为零D.从 t1到 t2，振子从 O点运动到 b点解析 由 题图 乙可知，振子的振 动 周期等于 2t1，故 A错误 ；在 t＝ 0时 刻，振子的位置在 O点，故 B错误 ；在 t＝ t1时 刻，振子在平衡位置，其速度最大，故 C错误 ；由 题图 乙可看出，从 t1到 t2，振子从 O点运 动 到 b点，故 D正确。答案 D3.(多选 )如图 3是一弹簧振子， O为平衡位置，则振子从 a→ O运动的过程中，下列说法正确的是 ( )图 3A.位移不断减小 B.速度不断减小C.加速度不断减小 D.弹簧的弹性势能不断增大解析 振子从 a→ O运 动 的 过 程是靠近平衡位置，故位移减小，速度增大，加速度减小， 弹 性 势 能减小；故 B、 D错误 ， A、 C正确。答案 AC1.简谐运动的数学表达式x＝ Asin(ωt＋ φ)2.根据简谐运动图象可获取的信息(1)确定振动的振幅 A和周期 T。 (如图 4所示 )图 4简谐运动的描述(2)可以确定振动物体在任一时刻的位移。(3)确定各时刻质点的振动方向。判断方法：振动方向可以根据下一时刻位移的变化来判定。下一时刻位移若增加，质点的振动方向是远离平衡位置；下一时刻位移如果减小，质点的振动方向指向平衡位置。(4)比较各时刻质点的加速度 (回复力 )的大小和方向。(5)比较不同时刻质点的势能和动能的大小。质点的位移越大，它所具有的势能越大，动能则越小。3.振动图象的物理意义图象描述的是振子相对平衡位置的位移随时间变化的情况，不是物体的运动轨迹。1.一位游客在千岛湖边欲乘坐游船，当日风浪较大，游船上下浮动。可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，振幅为 20 cm，周期为 3.0 s。当船上升到最高点时，甲板刚好与码头地面平齐。地面与甲板的高度差不超过 10 cm时，游客能舒服地登船。在一个周期内，游客能舒服登船的时间是 ( )A.0.5 s B.0.75 s C.1.0 s D.1.5 s解得 t1＝ 0.25 s或 t2＝ 1.25 s，则 游客舒服登船 时间 Δt＝ t2－ t1＝ 1.0 s。答案 C解析 设 振 动图 象的表达式 为 y＝ Asin ωt，第 2讲 机械波知识排查机械波 横波和纵波定 义 ___________在介 质 中的 传 播形成机械波产 生条件 (1) ______； (2) ______形成原因 介 质 中的 质 点受波源或 邻 近 质 点的 驱动 做 _____振 动分类横波 振 动 方向与 传 播方向 ______的波，如 绳 波纵 波 振 动 方向与 传 播方向 ______的波，如声波机械振动波源 介质受迫垂直平行1.波长 λ：在波动中，振动相位总是 ______的两个相邻质点间的距离。2.频率 f：与 ______的振动频率相等。3.波速 v： 波在介质中的传播速度。4.波速与波长和频率的关系： v＝ ______。波速、波长和频率的关系λf相同波源1.坐标轴的意义 ：横坐标表示在波的传播方向上各质点的 ____________，纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的 _______。2.图象的物理意义： 某一时刻介质中各质点相对 ____________的位移。波的图象平衡位置位移平衡位置1.波的干涉和衍射波的干涉和衍射现象 多普勒效应波的干涉 波的衍射条件 两列波的 频 率必 须 ______明 显 条件：障碍物或孔的 ______比波长 小或相差不多现 象 形成加 强 区和减弱区相互隔开的 稳 定的 __________波能 够绕过 __________或孔 继续 向前 传 播相同 尺寸干涉图样障碍物2.多普勒效应(1)条件：声源和观察者之间有 __________。(2)现象：观察者感到 _______发生变化。(3)实质：声源频率 ________，观察者接收到的频率 _______。3.(1)内容 ：介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的 _______，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的 ________就是新的波面。(2)应用 ：如果知道某时刻一列波的某个 ______的位置，还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个 ______的位置，从而确定波的传播方向。相对运动频率不变 变化波源包络面波面波面小题速练1.思考判断(1)在水平方向传播的波为横波 ( )(2)在机械波中各质点不随波的传播而迁移 ( )(3)通过波的图象可以找出任一质点在任意时刻的位移 ( )(4)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同 ( )(5)机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的 4倍 ( )(6)波速表示介质中质点振动的快慢 ( )(7)两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象 ( )(8)一切波都能发生衍射现象 ( )(9)多普勒效应说明波源的频率发生变化 ( )(10)发生多普勒效应时，波源发出的频率不变 ( )答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)√ (9)× (10)√A.波速为 4 m/sB.波的频率为 1.25 HzC.x坐标为 15 m的质点在 t＝ 0.6 s时恰好位于波谷D.x坐标为 22 m的质点在 t＝ 0.2 s时恰好位于波峰2.(多选 )一列沿 x轴正方向传播的简谐横波在 t＝ 0时刻的波形如图 1所示，质点 P的 x坐标为 3 m。已知任意振动质点连续 2次经过平衡位置的时间间隔为 0.4 s。下列说法正确的是 ( )图 1答案 BD1.波的传播过程中的特点波的形成和传播 波的图象2.波动图象的信息 (如图 2所示 )(1)直接读取振幅 A和波长 λ，以及该时刻各质点的位移。(2)确定某时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小。(3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向。 图 23.波的传播方向与质点振动方向的互判方法方法 内容 图 象“ 上下坡 ” 法沿波的 传 播方向， “ 上坡 ” 时质 点向下振 动 ， “ 下坡 ” 时质 点向上振动“ 同 侧 ”法波形 图 上某点表示 传 播方向和振 动方向的箭 头 在 图线 同 侧“ 微平移 ” 法将波形沿 传 播方向 进 行微小的平移，再由 对应 同一 x坐 标 的两波形曲线 上的点来判断振 动 方向4.振动图象与波的图象的比较振 动图 象 波的 图 象研究 对 象 一个 质 点 沿波 传 播方向上的所有 质 点图 象正 (余 )弦曲 线 正 (余 )弦曲 线物理意 义 某 质 点在各 时 刻的位移 某 时 刻各 质 点的位移振 动 方向(看下一 时 刻的位移 ) (将波沿 传 播方向平移 )Δt波形 随 时间 推移， 图 象延 续 ，但已有形状不 变随 时间 推移， 图 象沿波的 传 播方向平移横坐 标 表示 时间 表示各 质 点的平衡位置联 系(1)纵 坐 标 均表示 质 点的位移；(2)纵 坐 标 的最大 值 都表示振幅；(3)波在 传 播 过 程中，各 质 点都在各自的平衡位置附近振 动 ，每一个质 点都有自己的振 动图 象【典例 1】 (2017·4月浙江选考 )(多选 )一列向右传播的简谐横波，当波传到 x＝ 2.0 m处的 P点时开始计时，该时刻波形如图 3所示， t＝ 0.9 s时，观测到质点 P第三次到达波峰位置。下列说法正确的是 ( )A.波速为 0.5 m/sB.经 1.4 s质点 P运动的路程为 70 cmC.t＝ 1.6 s时， x＝ 4.5 m处的质点 Q第三次到达波谷D.与该波发生干涉的另一列简谐横波的频率一定为 2.5 Hz图 3答案 BCD【典例 2】 (2018·11月浙江选考 )(多选 )如图 4所示，两种不同材料的弹性细绳在 O处连接， M、 O和 N是该绳上的三个点， OM间距离为 7.0 m， ON间距离为 5.0 m， O点上下振动，则形成以 O点为波源向左和向右传播的简谐横波 Ⅰ 和 Ⅱ ，其中波 Ⅱ 的波速为 1.0 m/s， t＝ 0时刻 O点处在波谷位置，观察发现 5 s后此波谷传到 M点，此时 O点正通过平衡位置向上运动， OM间还有一个波谷，则 ( )图 4A.波 Ⅰ 的波长为 4 mB.N点的振动周期为 4 sC.t＝ 3 s时， N点恰好处于波谷D.当 M点处于波峰时， N点也一定处于波峰答案 BD1.(多选 )如图 5所示，一列简谐横波沿 x轴正方向传播，从波传到 x＝ 5 m 的 M点时开始计时，已知 P点相继出现两个波峰的时间间隔为 0.4 s，下面说法中正确的是 ( )图 5A.这列波的波长是 4 mB.这列波的传播速度是 10 m/sC.质点 Q(x＝ 9 m)经过 0.5 s才第一次到达波峰D.M点以后的各质点开始振动时的方向都是向下答案 ABD 2.(2018·河北石家庄调研 )(多选 )如图 6甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为介质中 x＝ 2 m 处的质点 P以此时刻为计时起点的振动图象。下列说法正确的是 ( )图 6A.这列波的传播方向是沿 x轴正方向B.这列波的传播速度是 20 m/sC.经过 0.15 s，质点 P沿 x轴的正方向传播了 3 mD.经过 0.1 s，质点 Q的运动方向沿 y轴正方向答案 AB波动图象与振动图象综合问题采用 “ 一分、一看、二找 ” 的方法(1)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。(2)看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。(3)找准波动图象对应的时刻。(4)找准振动图象对应的质点。1.造成波动问题多解的主要因素(1)周期性① 时间周期性：时间间隔 Δt与周期 T的关系不明确。② 空间周期性：波传播的距离 Δx与波长 λ的关系不明确。(2)双向性① 传播方向双向性：波的传播方向不确定。② 振动方向双向性：质点振动方向不确定。波的多解问题2.解决波的多解问题的思路一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系 Δt或 Δx，若此关系为时间，则 t＝ nT＋ Δt(n＝ 0， 1， 2， … )；若此关系为距离，则 x＝ nλ＋ Δx(n＝ 0， 1， 2， … )。1.(多选 )一列横波在 t＝ 0时刻的波形如图 7中实线所示，在 t＝ 1 s时的波形如图中虚线所示。由此可以判定此波的 ( )靖宸图 7A.波长一定是 4 cmB.周期一定是 4 sC.振幅一定是 2 cmD.传播速度一定是 1 cm/s答案 AC2.(多选 )如图 8所示，一列简谐波沿一直线向左传播，当直线上某质点 a向上运动到达最大位移时， a点右方相距 0.15 m的 b点刚好向下运动到最大位移处，则这列波的波长可能是 ( )图 8A.0.6 m B.0.3 mC.0.2 m D.0.1 m第 3讲 光 电磁波知识排查光的折射定律 折射率1.折射现象光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生 ______的现象，如图 1所示。图 1改变2.折射定律(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的 ______；入射角的正弦值与折射角的正弦值成 ______。两侧 正比3.折射率(1)物理意义：折射率反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时 ____________，反之偏折角小。(2)定义式： n＝ ________，不能说 n与 sin θ1成正比，与 sin θ2成反比。折射率由介质本身的光学性质和光的 ______决定。(3)计算公式： n＝ ____，因 v c，故任何介质的折射率总大于 1。偏折角大频率1.全反射(1)定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线______，只剩下反射光线的现象。(2)条件： ① 光从光密介质射向光疏介质。 ② 入射角 __________临界角。(3)临界角：折射角等于 90°时的入射角。若光从光密介质 (折射率为 n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为 C，则 sin C＝ ______。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。2.光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射 (如图 2)。全反射 光导纤维消失大于等于图 21.光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现 _____条纹，某些区域相互减弱，出现 _____条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。(2)条件：两束光的频率 _______、相位差恒定。(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为 __________条纹，其余为 ______条纹。光的干涉、衍射和偏振亮暗相同白色亮 彩色2.光的衍射发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长 _________，甚至比光的波长 ______的时候，衍射现象才会明显。相差不多还小3.光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿 __________振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个 ______的方向振动的光。(3)偏振光的形成① 让自然光通过 ________形成偏振光。② 让自然光在两种介质的界面发生反射和 ________，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。(4)光的偏振现象说明光是一种 ______波。一切方向特定偏振片折射横1.光的颜色、色散(1)色散现象：白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱，如图 3。光的颜色、色散 激光图 3(2)成因：由于 n红 n紫 ，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的折射角不同，就是说紫光偏折得更明显些，当它们射到另一个界面时，紫光的偏折角最大，红光偏折角最 ____。小2.激光特点 性 质 应 用相干性只有 频 率 ______、相位差 ______、偏振方向 ______的光才是相干光。激光是一种人工 产 生的相干光，具有高度的相干性光 纤 通信平行度 激光的 __________非常好，在 传 播很 远 的距离后仍能保持一定的 强 度精确的 测 距； 读 取光 盘 上 记录 的信息等高亮度它可以在很小的 ______和很短的 ______内集中很大的 ______用激光束切割、 焊 接；医学上可以用激光做 “ 光刀 ” ；激 发 核反 应 等相同 恒定一致平行度空间 时间能量1.LC振荡电路和图象 (如图 4所示 )：电磁振荡和电磁波图 42.LC电路的周期、频率公式： T＝ ________， f＝ 。3.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生 ______，变化的电场产生磁场。变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场。4.电磁波电磁场 (电磁能量 )由近及远地向周围传播形成电磁波。(1)电磁波是横波，在空间传播 ________(填 “ 需要 ” 或 “ 不需要 ” )介质；(2)真空中电磁波的速度为 __________m/s；(3)v＝ λf对电磁波 __________；(4)电磁波能产生反射、折射、 _______和衍射等现象。3.0× 108电场不需要同样适用干涉5.发射电磁波的条件(1)要有足够高的 ___________；(2)电路必须 ________，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。6.电磁波谱 ：按电磁波的波长从长到短分布是 _____________、红外线、可见光、紫外线、 X射线和 γ射线，形成电磁波谱；递变规律：直线传播能力增强，衍射能力减弱。振荡频率开放无线电波小题速练1.思考判断(1)无论是折射光路，还是全反射光路，都是可逆的 ( )(2)光发生反射现象时一定伴随着折射现象 ( )(3)光从空气射入水中，光的传播速度一定增大 ( )(4)只要入射角足够大，就能发生全反射 ( )(5)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小 ( )(6)密度大的介质一定是光密介质 ( )(7)光的颜色取决于折射率 ( )(8)只有频率相同的两列光波才能产生干涉 ( )(9)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的 ( )(10)自然光是偏振光 ( )(11)无线电波不能发生干涉和衍射现象 ( )(12)波长不同的电磁波在本质上完全不同 ( )(13)与红外线相比紫外线更容易发生衍射现象 ( )答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)√ (9)× (10)× (11)× (12)× (13)×解析 介 质 的折射率是一个反映介 质 光学性 质 的物理量，由介 质 本身和光的 频 率共同决定，与入射角、折射角无关，故 选项 A、 B错误 ；由于真空中的光速是一个定 值 ，故 n与 v成反比是正确的， 选项 C正确；由于 v＝ λf，当 频 率 f一定 时 ， v与 λ成正比，又 n与 v成反比，故 n与 λ也成反比， 选项 D正确。答案 CD3.(多选 )下列说法正确的是 ( )A.用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理B.紫外线比红外线更容易发生衍射现象C.经过同一双缝所得的干涉条纹，红光比绿光条纹宽度大D.光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的答案 AC4.(多选 )下列说法正确的是 ( )A.水中的气泡看上去比较明亮是因为有一部分光发生了衍射现象B.水面上的油膜呈现彩光是由于光发生干涉形成的现象C.拍摄玻璃橱窗内的物品时，可在镜头前加一个偏振片来减弱橱窗玻璃表面的反射光D.红色和蓝色的激光在不同介质中传播时波长可能相同解析 水中的气泡看上去比 较 明亮是因 为 光从水中射向气泡 时 ，有一部分光 发 生了全反射 现 象， 选项 A错误 ；水面上油膜呈 现 彩光是 发 生了薄膜干涉， B正确；拍摄 玻璃橱窗内的物品 时 ，可在 镜头 前加一个偏振片来减弱橱窗玻璃表面的反射光， 选项 C正确； 红 色和 蓝 色激光 频 率不同，在同一种介 质 中 传 播 时 波速不同，波长 不同，但它 们 在不同介 质 中 传 播 时 波 长 可能相同， 选项 D正确。答案 BCD5.(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.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D.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 传 播的速度均 为 光速，与 频 率无关， 选项 A正确； 电 磁波是变 化的 电场 和 变 化的磁 场 互相激 发 得到的， 选项 B正确；光是一种 电 磁波，光可在光 导纤维 中 传 播， 选项 C错误 ； 电 磁振 荡 停止后， 电 磁波仍会在介 质 或真空中 继续传 播， 选项 D错误 。答案 AB6.(多选 )a、 b两种单色光组成的光束从玻璃进入空气时，其折射光束如图 5所示，则关于 a、 b两束光的说法正确的是 ( )A.玻璃对 a光的折射率小于对 b光的折射率B.增大入射角时， a光首先发生全反射C.在真空中 a光的波长大于 b光的波长D.分别用这两束光照射双缝干涉实验装置，在光屏上都能出现干涉条纹， a光的相邻条纹间距大于 b光的相邻条纹间距图 5答案 ACD折射定律和折射率1.对折射定律的理解(1)在折射现象中，当入射角为 0°时，折射角也为 0°，这是折射中的一种特殊情况。(2)光发生折射时，折射角不一定小于入射角。2.对折射率的理解(1)折射率由介质本身性质和光的频率决定，与入射角的大小无关。(2)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。【典例】 (2015·10月浙江选考 )(多选 )为了从坦克内部观察外部目标，在厚度为 20 cm的坦克壁上开了一个直径为 12 cm 的孔，若在孔内分别安装由同一材料制成的如图 6所示的三块玻璃，其中两块玻璃的厚度相同。坦克内的人在同一位置通过玻璃能看到的外界的角度范围是 ( )图 6A.图甲的大于图乙的 B.图甲的小于图丙的C.图乙的小于图丙的 D.图乙的等于图丙的解析 光在玻璃和空气的界面 发 生折射，假 设 眼睛在左下角 观 察， 观 察到外界的范 围 比没有玻璃 时 大。如 图 所示，当玻璃的厚度 变 小 时 (竖 虚 线 表示玻璃左 边 位置 )， 观 察到外界的范 围 也 变 小，且 观 察范 围 与玻璃的位置无关，只与玻璃的厚度有关， 选项 A、 D正确。答案 AD1.如图 7所示，一束单色光从空气入射到棱镜的 AB面上，经 AB和AC两个面折射后从 AC面进入空气。当出射角 i′和入射角 i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为 θ。已知棱镜顶角为 α，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为 ( )图 7答案 AA.当入射角 i＝ 0°时不会发生折射现象B.无论入射角 i是多大，折射角 r都不会超过 45°C.欲使折射角 r＝ 30°，应以 i＝ 60°的角度入射图 8答案 BD