2021版高考物理二轮复习-专题七-机械振动与机械波-光学学案.docx
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1、2021版高考物理二轮复习 专题七 机械振动与机械波 光学学案2021版高考物理二轮复习 专题七 机械振动与机械波 光学学案年级:姓名:- 18 -专题七机械振动与机械波光学回归教材必备知识振动与波动一、简谐运动1.定义:质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律。2.简谐运动的图像:从平衡位置开始计时,函数表达式为x=Asint,图像如图所示。3.简谐运动的能量:振动能量与振幅有关,振幅越大,能量越大。二、单摆1.做简谐运动的条件:摆角5。2.回复力:由小球所受重力沿切线方向的分力提供,即F=G2=Gsin=mgxl,F的方向与位移x的方向相反。3.周期公式:T=2lg。单摆的振动周期取决于摆
2、长l和重力加速度g,与振幅和振子的质量都没有关系。三、受迫振动和共振1.受迫振动的振动频率等于驱动力的频率,跟系统的固有频率无关。2.共振:当驱动力的频率等于系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大。其共振曲线如图所示。四、机械波1.机械波的形成和传播(1)产生条件:有波源;有传播振动的介质,如空气、水、绳子等。(2)传播特点:传播振动形式、能量和信息;介质中各质点的振动频率、振幅、起振方向等都与波源相同。2.机械波的分类:横波和纵波。3.波长、波速、频率及其关系:v=f=T。其中频率由波源决定,等于波源的振动频率。波在介质中的传播速度,由介质本身的性质决定。4.波的图像意义:某一时刻介质中各个质
3、点相对平衡位置的位移。五、波的特有现象1.发生明显衍射的条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才会发生明显的衍射现象。2.波的干涉:频率相同的两列波叠加,使某些区域的振幅增大、某些区域的振幅减小,而且增大与减小的区域互相间隔。3.多普勒效应:由于波源和观察者之间有相对运动,使观察者感觉到频率变化的现象。如果二者相互接近,观察者接收到的频率增大;如果二者远离,观察者接收到的频率减小。光学部分一、光的折射定律折射率1.定义式:n=sin1sin2,不能说n与 sin1成正比、与 sin2成反比。折射率是由介质本身的光学性质和光的频率决定的。2.折射率与光速的关系:n
4、=cv。因为vc,所以任何介质的折射率都大于1。3.在光的折射现象中,光路是可逆的。二、全反射色散1.全反射(1)条件:光从光密介质射向光疏介质;入射角大于或等于临界角。(2)临界角:sinC=1n,C为折射角等于90时所对应的入射角。2.光的色散:白光的色散说明白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种单色光组成的复色光。其中红光的折射率最小,紫光的折射率最大。三、光的干涉1.条件:两光源发出的光频率相同,相位差恒定。2.双缝干涉(1)产生明暗条纹的条件:光屏上某点与两个狭缝的路程差是光波波长的整数倍处出现亮条纹;与两个狭缝的路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹。(2)条纹的特点:相邻明条纹(或暗
5、条纹)的间距相等,且x=ld,其中为波长,d为双缝间距,l为双缝到屏的距离。实验装置不变的条件下,红光的干涉条纹间距最大,紫光的干涉条纹间距最小;若换用白光,在屏上得到彩色条纹,且中央为白色。3.薄膜干涉(1)薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂膜)前后两表面的反射光波相遇而形成的干涉。(2)图样特点:同一条亮(或暗)条纹对应薄膜的厚度相等,单色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平状的明暗相间的条纹,白光入射时形成彩色条纹。四、光的衍射1.单缝衍射:中央为亮条纹,向两侧有明暗相间的条纹,但间距和亮度不同,白光衍射时,中央仍为白光,最靠近中央的是紫光,最远离中央的是红光。2.泊松亮斑:当光照到不透明的小圆板上
6、,在圆板的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。五、光的偏振理论意义:光的偏振现象说明光波是横波。应用有照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。六、电磁场和电磁波1.麦克斯韦电磁场理论的要点2.电磁波的传播:电磁波是横波,其传播不需要介质。传播速度、频率和波长的关系为v=f。在真空中的传播速度为3.0108m/s。3.电磁波的发射和接收(1)发射端:调制(调频和调幅);(2)接收端:调谐和解调。解调是调制的逆过程。4.电磁波谱电磁波谱特性应用递变规律无线电波波动性强,易发生衍射无线电技术红外线热效应红外线遥感可见光引起视觉照明、摄影紫外线化学效应、荧光效应、能杀菌防伪、医用消
7、毒X射线贯穿性强检查、医用透视射线贯穿本领最强工业探伤、医用治疗七、相对论1.狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的。(2)光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。2.相对论中三个结论:时钟变慢、长度缩短、质量变大。3.质能方程:E=mc2,E=mc2。高考演练明确方向1.(多选)2019江苏单科,13B(1)一单摆做简谐运动,在偏角增大的过程中,摆球的()A.位移增大B.速度增大C.回复力增大D.机械能增大答案AC做简谐运动的单摆在偏角增大过程中距平衡位置的位移x增大,速度减小,选项A正确,选项B错误。回复力F=-kx,随
8、x增大,回复力增大,选项C正确。单摆在摆动过程中悬线拉力不做功,故摆球机械能守恒,选项D错误。2.(多选)2020江苏单科,13B(1)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有()A.杀菌用的紫外灯B.拍胸片的X光机C.治疗咽喉炎的超声波雾化器D.检查血流情况的“彩超”机答案AB紫外线、X射线均属于频率高、能量高的电磁波,故A、B正确。雾化器、“彩超”机属于超声波的应用,超声波是机械波,不属于电磁波,故C、D错误。3.2019江苏单科,13B(3)如图所示,某L形透明材料的折射率n=2。现沿AB方向切去一角,AB与水平方向的夹角为。为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气,
9、求的最大值。答案60解析为使光射到AB面时不射入空气,故光在AB面发生全反射,由sinC=1n,且C+=90,得=604.2020江苏单科,13B(3)国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队。“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一。在探月任务中,“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波,该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来,反射波回到“玉兔二号”的时间差为t。已知电磁波在月壤层中传播的波长为,求该月壤层的厚度d。答案ft2解析电磁波的传播速度v=f根据题意2d=vt解得d=ft2201820192020机械振动与机械波光学T12:电磁波、全反射、光波
10、的干涉、波动问题T13:单摆物理量判断、光波的衍射、全反射T13:电磁波及传播、全反射(光导纤维)考向解读1.重视基础。大部分考题以基础知识为主,考查学生的理解能力。强调物理观念等素养。2.联系实际。如计算题部分会结合实际问题考查学生综合分析能力,与科学态度与责任等素养合拍。考向突破关键能力一、机械振动和机械波求解波动图像与振动图像综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法:典例1(2019江苏南京、盐城二模)简谐横波沿x轴正向传播,依次经过x轴上相距d=10m的两质点P和Q,它们的振动图像分别如图甲和图乙所示。则:(1)t=0.2s时质点P的振动方向;(2)这列波的最大传播速度。答案(1)沿
11、y轴负方向(2)50m/s解析(1)由P点的振动图像可知,0.2s时质点P沿y轴负方向振动。(2)由题图图像可知振源的振动周期为T=0.4s,P和Q的相位始终相反,则d=n+12,其中,n=0,1,2,3由于d=10m,可得=202n+1m(n=0,1,2,3)由波速v=T得v=502n+1m/s(n=0,1,2,3)故当n=0时传播速度最大,最大传播速度为50m/s。1(2020江苏南京金陵中学、海安高级中学、南京外国语学校第四次模拟)如图甲所示,在一条张紧的水平绳子上挂几个摆。当a摆振动的时候,通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力,使其余各摆也振动起来,此时b摆的振动周期(选填“大于”“等于
12、”或“小于”)d摆的周期。图乙是a摆的振动图像,重力加速度为g,则a的摆长为。答案等于gt022解析a摆摆动起来后,通过水平绳子对b、c、d三个摆施加周期性的驱动力,使b、c、d三摆做受迫振动,三摆做受迫振动的频率等于驱动力的频率,则三摆的周期相同。根据题图乙可知:T=2t0,再根据T=2Lg可知,a的摆长L=gt022。2(2020江苏连云港老六所四星高中模拟)如图为某一简谐横波在t=0时刻的波形图,此时质点a振动方向沿y轴正方向。从这一时刻开始,质点a、b、c中第一次最先回到平衡位置的是。若t=0.02s时,质点c第一次到达波谷处,从此时刻起开始计时,质点c的振动方程y=cm。答案c8si
13、n50t-2解析a点振动方向沿y轴正方向,则b点振动方向沿y轴负方向,c点直接沿y轴负方向运动,则a点、b点第一次回到平衡位置的时间都大于14周期,而c点第一次回到平衡位置的时间等于14周期,所以a、b、c第一次最快回到平衡位置的是c点。若t=0.02s时,质点c第一次到达波谷处,则c点振动的周期为T=0.04s=2T=50rad/s则从此时刻起开始计时,c点的振动方程为y=-Acost=-8cos(50t)cm=8sin50t-2cm。3(2020江苏扬州5月调研)如图所示,一直线上有振动情况完全相同的波源S1、S2,已知振动频率为5Hz,波速为10m/s,则该波的波长为m。若S1、S2间距
14、离为2m,S1、A、B、C、S2间等间距,A、B、C三点中振动加强的点是。答案2B解析该波的波长为=vf=105m=2m因A、C两点到波源S1和S2的距离之差都等于1m,即2,则A、C都是振动减弱点;因B点到波源S1和S2的距离之差等于0,则B点是振动加强点。二、光的折射和全反射光的折射和全反射题型的分析思路(1)确定要研究的光线,有时需根据题意,分析、寻找临界光线、边界光线为研究对象。(2)找入射点,确认界面,并画出法线。(3)明确两介质折射率的大小关系。若光疏光密:定有反射、折射光线。若光密光疏:如果入射角大于或等于临界角,一定发生全反射。(4)根据反射定律、折射定律列出关系式,结合几何关
15、系,具体求解。典例2(2020江苏南京六校联合体联考)如图所示,ABC为等腰直角三棱镜的横截面,C=90,一束激光a沿平行于AB边射入棱镜,经一次折射后射到BC边时,刚好能发生全反射,求该棱镜的折射率n。答案62解析如图所示n=sin45sinn=1sinCC+=90解得n=6242020江苏单科,13B(2)我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯(内层玻璃)的折射率比外套(外层玻璃)的(选填“大”或“小”)。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为43,则该内芯的折射率为。(取sin43=0.68,cos43=0.73,结果保留2位有效数字)答案大1.5解析光从光密介质进入光疏介质才能发
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