1、第2讲 振动和波 光学,-5-,网络构建,要点必备,-6-,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,-7-,1,2,3,1.(2018全国卷)(1)(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在t=0和t=0.20 s时的波形分别如图中实线和虚线所示。已知该波的周期T0.20 s。下列说法正确的是( )A.波速为0.40 m/s B.波长为0.08 m C.x=0.08 m的质点在t=0.70 s时位于波谷 D.x=0.08 m的质点在t=0.12 s时位于波谷 E.若此波传入另一介质中其波速变为0.80 m/s,则它在该介质中的波长为0.32 m,-8-,1,2,3,(2)如图,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O点),然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压
3、在这个标记上,小标记位于AC边上。D位于AB边上,过D点做AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察,恰好可以看到小标记的像;过O点做AB边的垂线交直线DF于E;DE=2 cm,EF=1 cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射),-9-,1,2,3,考点定位:机械波、折射定律 命题能力点:侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点:科学思维 解题思路与方法:(2)画出光路图,根据题目条件“恰好可以看到小标记的像”找几何关系。,解析 (1)根据题意,从图中可以看出该波波长等于0.16 m,由于周期T0.20 s,因此在0.20 s时间内波向x轴正方向传
4、播只能是0.5,所以周期为0.40 s,波速为v= =0.40 m/s,A对、B错;0.7 s=1.75T,0.12 s=0.3T,t=0时刻位于0.08 m处的质点向上振动,0.70 s后处于波谷位置,0.12 s 后介于平衡位置和波峰之间,C对、D错;波传播到另一介质中后周期不变,波长变为=vT=0.32 m,E选项正确。,-10-,1,2,3,(2)过D点作AB边的法线NN,连接OD,则ODN=为O点发出的光线在D点的入射角;设该光线在D点的折射角为,如图所示。根据折射定律有 nsin =sin 式中n为三棱镜的折射率。 由几何关系可知 =60 EOF=30 在OEF中有EF=OEsin
5、EOF 由式和题给条件得OE=2 cm 根据题给条件可知,OED为等腰三角形,有=30 由式得n= ,-11-,1,2,3,2.(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”)。,-12-,1,2,3,-13-,1,2,3,(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
6、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。,-14-,1,2,3,考点定位:机械振动、机械波、折射率 命题能力点:侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点:科学思维 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。 答案 (1)2 减弱 加强 (2)1.43,-15-,1,2,3,-16-,1,2,3,(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O
7、C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。,-17-,1,2,3,-18-,1,2,3,3.(2016全国卷)(1)(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,-19-,1,2,3,(2)一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播,波长不
8、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。 考点定位:电磁波、机械振动、机械波 命题能力点:侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点:科学思维 解题思路与方法: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。,-20-,1,2,3,答案 (1)ABC (2)
9、()4 s 7.5 cm/s 30 cm,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。,-21-,1,2,3,-22-,1,2,3,-23-,1,2,3,【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2019年的备考过程中重视对光的折射定律、波速和频率
10、(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。,-24-,考点一,考点二,考点三,机械振动与波(H) 规律方法,-25-,考点一,考点二,考点三,【典例1】(2018全国卷)一列简谐横波在 时的波形图如图(a)所示,P、Q是介质中的两个质点。图(b)是质点Q的振动图象。求(1)波速及波的传播方向; (2)质点Q的平衡位置的x坐标。 思维点拨由图(a)读出波长,由图(b)读出周期和在 时的振动方向。 答案 (1)0.18 m/s x轴负方向 (2)(9 cm,0),-26-,考点一,考点二,考点三,-27-,考点一,考点二,考点三,1.(2018全国卷)声波在空
11、气中的传播速度为340 m/s,在钢铁中的传播速度为4 900 m/s。一平直桥由钢铁制成,某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音,分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00 s,桥的长度为 m,若该声波在空气中的波长为,则它在钢铁中的波长为的 倍。,-28-,考点一,考点二,考点三,2.(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
12、时,x=2 m处的质点经过平衡位置,BCE,-29-,考点一,考点二,考点三,-30-,考点一,考点二,考点三,3.(2018北京卷)如图所示,一列简谐横波向右传播,P、Q两质点平衡位置相距0.15 m。当P运动到上方最大位移处时,Q刚好运动到下方最大位移处,则这列波的波长可能是( ) A.0.60 m B.0.30 m C.0.20 m D.0.15 m,B,解析 依题意可画出波形图P、Q两质点平衡位置与波长间的关系为(2n-1) =0.15 m(n= 1,2,3,),当n=1时=0.30 m。当n=2时=0.1 m,n增大时,减小,故A、B、C、D四项中只有B正确。,-31-,考点一,考点
13、二,考点三,光的折射和全反射(H) 规律方法 求解光的折射和全反射的思路,-32-,考点一,考点二,考点三,【典例2】 (2018全国卷)如图,ABC是一直角三棱镜的横截面,A=90,B=60一细光束从BC边的D点折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出,EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点,不计多次反射。(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角; (2)为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围? 思维点拨(1)根据题意画出光路图,根据几何关系找到出射光线与入射光线之间的夹角;(2)要保证在E点发生全反射,则在E点的入射角要大于等于临界角C。,-33-,考点一,考点二
14、,考点三,解析 (1)光线在BC面上折射,由折射定律有 sin i1=nsin r1 式中,n为棱镜的折射率,i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射,由反射定律有 i2=r2 式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。 光线在AB面上发生折射,由折射定律有 nsin i3=sin r3 式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。 由几何关系得i2=r2=60,r1=i3=30 F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为 =(r1-i1)+(180-i2-r2)+(r3-i3) 由式得=60,-34-,考点一,考点二,考点三,(2)光线在A
15、C面上发生全反射,光线在AB面上不发生全反射,有nsin i2nsin Cnsin i3 式中C是全反射临界角,满足nsin C=1 由式知,棱镜的折射率n的取值范围应为,方法技巧本题考查了几何光学,处理此类题的方法一般是正确画光路图利用几何关系求偏角,还要知道全反射的条件是什么。,-35-,考点一,考点二,考点三,4. (2018全国卷)如图,ABC为一玻璃三棱镜的横截面,A=30。一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60,则玻璃对红光的折射率为 ,若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在D点射出时的折射角 (选填“小于”“等于”或“大于”)60。,-36-,考点一,考点二,考
16、点三,5.(2017全国卷)(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。,-37-,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。,-38-,考点一,考点二,
17、考点三,-39-,考点一,考点二,考点三,6. (2017全国卷)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 1.55,-40-,考点一,考点二,考点三,解析 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
18、,如图所示。,设液体的折射率为n,由折射定律有 nsin i1=sin r1 nsin i2=sin r2 由题意知r1+r2=90,-41-,考点一,考点二,考点三,-42-,考点一,考点二,考点三,电磁波和光的几种特有现象(L) 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
19、干涉条纹间距x= 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。,-43-,考点一,考点二,考点三,4.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。,-44-,考点一,考点二,考点三,【典例3】(2018北京卷)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后( ) A.干涉条纹消失 B.彩色条纹中的红色条纹消失 C.中央条纹变成暗条纹 D.中央条纹变成红色 思维点拨根据光的双缝干涉原理分析。 解析
20、白光通过红色滤光片后,只剩下红光,通过双缝后形成红光的干涉条纹,故A、B、C错误,D正确。 方法技巧本题考查了光的干涉现象,只有频率相同、振动相同的两列波才能形成稳定的干涉图像,同时要掌握哪些点是振动加强点,哪些点是振动减弱点。,D,-45-,考点一,考点二,考点三,7.(多选)(2018江苏卷)梳子在梳头后带上电荷,摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波( ) A.是横波 B.不能在真空中传播 C.只能沿着梳子摇动的方向传播 D.在空气中的传播速度约为3108 m/s,AD,解析 电磁波是横波,所以A正确,C错误;电磁波能在真空中传播,B错误;电磁波的传播速度是光速,D正确。,-46-,考点
21、一,考点二,考点三,8.(2018江苏卷)两束单色光A、B的波长分别为A、B,且AB,则(选填“A”或“B”)在水中发生全反射时的临界角较大。用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时,可以观察到 (选填“A”或“B”)产生的条纹间距较大。,答案 A A 解析 波长AB,则波的频率fAfB。波长越大,频率越小,则光波在水中发生全反射时临界角越大。在双缝干涉实验中,条纹间距x = ,所以波长越长的光的条纹间距越大。,-47-,考点一,考点二,考点三,9.(多选)(2017全国卷)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,ACD,-48-,考点一,考点二,考点三,解析 设双缝间的距离为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。,
