專題八第2課時 機械振動與機械波 光111

1、機械振動與機械波光1簡諧運動的對稱性：振動質(zhì)點在關(guān)于平衡位置對稱的兩點，x、F、a、v、Ek、Ep的大小均相等，其中回復力F、加速度a與位移x的方向相反，而v與x的方向可能相同，也可能相反振動質(zhì)點來回通過相同的兩點間的時間相等，即tBCtCB.振動質(zhì)點通過關(guān)于平衡位置對稱的等長的兩線段的時間相等，即tBCtBC.如圖1所示圖12簡諧運動的周期性：做簡諧運動的物體，其位移、回復力、加速度、速度都隨時間按“正弦”或“余弦”規(guī)律變化，它們的周期均相同其位移隨時間變化的表達式為：xAsin_(t)或xAcos_(t)3振動圖象和波動圖象的物理意義不同：振動圖象反映的是一個質(zhì)點在各個時刻的位移，而波動圖

2、象反映的是某時刻各質(zhì)點的位移振動圖象隨時間推移圖象延續(xù)，但是已有的形狀不變，而波動圖象隨時間推移圖象沿傳播方向平移4波的現(xiàn)象(1)波的疊加、干涉、衍射、多普勒效應(yīng)(2)波的干涉必要條件：頻率相同設(shè)兩列波到某一點的波程差為r.若兩波源振動情況完全相同，則加強區(qū)始終加強，減弱區(qū)始終減弱加強區(qū)的振幅AA1A2，減弱區(qū)的振幅A|A1A2|.若兩波源的振動情況相反，則加強區(qū)、減弱區(qū)的條件與上述相反5折射率與全反射(1)折射率：光從真空射入某種介質(zhì)，入射角的正弦與折射角的正弦之比叫做介質(zhì)的折射率，公式為n.實驗和研究證明，某種介質(zhì)的折射率等于光在真空中的傳播速度c跟光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n.(

3、2)臨界角：折射角等于90°時的入射角，稱為臨界角當光從折射率為n的某種介質(zhì)射向真空(空氣)時發(fā)生全反射的臨界角為C，則sin C.(3)全反射的條件：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；入射角大于或等于臨界角6光的干涉和衍射(1)光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象證明了光的波動性，光的偏振現(xiàn)象說明光波為橫波相鄰兩亮條紋(或暗條紋)間的距離與波長成正比，即x，利用雙縫干涉實驗可測量光的波長(2)干涉和衍射的產(chǎn)生條件雙縫干涉產(chǎn)生亮、暗條紋的條件：屏上某點到雙縫的路程差等于波長的整數(shù)倍時，該點干涉加強，出現(xiàn)亮條紋；當路程差等于半波長的奇數(shù)倍時，該點干涉減弱，出現(xiàn)暗條紋發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或小孔的尺寸跟光

4、的波長相差不多或比光的波長小1判斷波的傳播方向和質(zhì)點振動方向的方法：(1)特殊點法；(2)微平移法(波形移動法)2利用波傳播的周期性、雙向性解題(1)波的圖象的周期性：相隔時間為周期整數(shù)倍的兩個時刻的波形相同，從而使題目的解答出現(xiàn)多解的可能(2)波傳播方向的雙向性：在題目未給出波的傳播方向時，要考慮到波可沿x軸正向或負向傳播的兩種可能性3對幾何光學方面的問題，應(yīng)用光路圖或有關(guān)幾何圖形進行分析，與公式配合，將一個物理問題轉(zhuǎn)化為一個幾何問題，這樣能夠更直觀、形象地發(fā)現(xiàn)問題的隱含條件.考向1基本規(guī)律與波動(或振動)圖象的組合例1(1)下列關(guān)于光的說法中正確的是()A雨后彩虹是由于太陽光入射到水滴中發(fā)

5、生的全反射形成的B日光照射在肥皂膜上出現(xiàn)彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象C在雙縫干涉實驗中，用紅光代替黃光作為入射光可增大干涉條紋的間距D白光通過雙縫后產(chǎn)生的干涉條紋是彩色的，其原因是不同色光的波長不同E光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)發(fā)生折射是因為光在不同介質(zhì)中的傳播速度不同(2)如圖2所示，在同一介質(zhì)中某一條直線上有兩個振源A、B相距7 m，振幅和頻率相同，在A、B之間有一質(zhì)點C距A點3 m從t0時開始，A、B都只振動了一個周期，振幅A20 cm，周期T2 s，則：圖2兩列簡諧橫波的波速為多大？在圖3中畫出質(zhì)點C的05 s內(nèi)的振動圖象；圖3在05 s質(zhì)點C通過的路程是多大？ (1)用a、b兩束單色光分別照

6、射同一雙縫干涉裝置，在距雙縫恒定距離的屏上得到如圖4所示的干涉圖樣，其中圖甲是a形成的，圖乙是b光形成的則關(guān)于a、b兩束單色光，下述正確的是()圖4Aa光的頻率較高Ba光的波長較長Ca光光子的能量較大Da光在水中傳播的速度較大(2)如圖5甲所示，在某介質(zhì)中波源A、B相距d20 m，t0時兩者開始上下振動，A只振動了半個周期，B連續(xù)振動，所形成的波的傳播速度都為v1.0 m/s.開始階段兩波源的振動圖象如圖乙所示求距A點1米處的質(zhì)點，在t0到t22 s內(nèi)所經(jīng)過的路程？圖5考向2基本規(guī)律與光的折射定律的組合例2(1)下列說法中正確的是_A做簡諧運動的物體，其振動能量與振幅無關(guān)B全息照相的拍攝利用了

7、光的干涉原理C真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源和觀察者的運動無關(guān)D醫(yī)學上用激光做“光刀”來進行手術(shù)，主要是利用了激光的亮度高、能量大的特點E機械波和電磁波都可以在真空中傳播(2)一半圓柱形透明體橫截面如圖6所示，O為截面的圓心，半徑R cm，折射率n.一束光線在橫截面內(nèi)從AOB邊上的A點以60°的入射角射入透明體，求該光線在透明體中傳播的時間(已知真空中的光速c3.0×108 m/s)圖6 (1)下列說法正確的是_A單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振動周期與單擺的擺長無關(guān)B變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場C在光的雙縫干涉實驗中

8、，若僅將入射光由紅光改為綠光，則干涉條紋間距變窄D用透明的標準樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的偏振(2)某次探礦時發(fā)現(xiàn)一天然透明礦石，經(jīng)測量其折射率n.人工打磨成球形后置于空氣中(如圖7所示)，已知球半徑R10 cm，MN是一條通過球心O的直線，單色細光束AB平行于MN射向球體，B為入射點，AB與MN間距為d5 cm，CD為出射光線求：圖7光從B點傳到C點的時間；CD與MN所成的角.考向3波與光學知識組合題目的分析例3(2014·江蘇·12B)(1)某同學用單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到如圖8甲所示的條紋，僅改變一個實驗條件后，觀察到的條紋如圖乙所示他改變的實

9、驗條件可能是_圖8A減小光源到單縫的距離B減小雙縫之間的距離C減小雙縫到光屏之間的距離D換用頻率更高的單色光源(2)在“探究單擺的周期與擺長的關(guān)系”實驗中，某同學準備好相關(guān)實驗器材后，把單擺從平衡位置拉開一個很小的角度后釋放，同時按下秒表開始計時，當單擺再次回到釋放位置時停止計時，將記錄的這段時間作為單擺的周期以上操作中有不妥之處，請對其中兩處加以改正(3)Morpho蝴蝶的翅膀在陽光的照射下呈現(xiàn)出閃亮耀眼的藍色光芒，這是因為光照射到翅膀的鱗片上發(fā)生了干涉電子顯微鏡下鱗片結(jié)構(gòu)的示意圖如圖9所示一束光以入射角i從a點入射，經(jīng)過折射和反射后從b點出射設(shè)鱗片的折射率為n，厚度為d，兩片之間空氣層厚度

10、為h.取光在空氣中的速度為c，求光從a到b所需的時間t.圖9 (1)一列簡諧橫波，某時刻的波形如圖10甲所示，從該時刻開始計時，波上A質(zhì)點的振動圖象如圖乙所示圖10該列波沿x軸_傳播(填“正向”或“負向”)該列波的波速大小為_ m/s.若此波遇到另一列簡諧橫波并發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，則所遇到的波的頻率為_ Hz.(2)如圖11為某種透明材料做成的三棱鏡橫截面，其形狀是邊長為a的等邊三角形，現(xiàn)用一束寬度為a的單色平行光束，以垂直于BC面的方向正好入射到該三棱鏡的AB及AC面上，結(jié)果所有從AB、AC面入射的光線進入后恰好全部直接到達BC面試求：圖11該材料對此平行光束的折射率；這些到達BC面的光線從

11、BC面折射而出后，如果照射到一塊平行于BC面的屏上形成光斑，則當屏到BC面的距離d滿足什么條件時，此光斑分為兩塊？(限時：45分鐘)題組1基本規(guī)律與波動(或振動)圖象的組合1(2014·四川·5)如圖1所示，圖甲為t1 s時某橫波的波形圖像，圖乙為該波傳播方向上某一質(zhì)點的振動圖像，距該質(zhì)點x0.5 m處質(zhì)點的振動圖像可能是()圖12(1)下列說法中正確的是_A光纖通信和醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理B物體做受迫振動的頻率等于物體的固有頻率C光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波D在玻璃幕墻表面鍍一定厚度的金屬氧化物，利用衍射現(xiàn)象使外面的人在白天看不到幕墻里面的情況(2)一列橫

12、波沿x軸傳播，如圖2中實線表示某時刻的波形，虛線表示從該時刻起0.005 s后的波形圖2如果周期大于0.005 s，則當波向右傳播時，波速為多大？波向左傳播時，波速又是多大？如果周期小于0.005 s，則當波速為6 000 m/s時，求波的傳播方向3(2014·沈陽第二次質(zhì)檢)(1)關(guān)于光現(xiàn)象及其應(yīng)用，下列說法正確的有_A白光只有通過三棱鏡的折射，才能產(chǎn)生光的色散B光經(jīng)過大頭針尖兒時，大頭針尖兒邊緣輪廓會模糊不清，這是光的衍射現(xiàn)象C光導纖維利用全反射的原理，其內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率D拍攝玻璃櫥窗中的物品時，為消除玻璃表面反射光的干擾，需要在照相機鏡頭前加裝偏振片，該裝置利用的是

13、薄膜干涉原理E利用光的干涉現(xiàn)象可以檢查平面的平整度(2)一列簡諧橫波，沿波的傳播方向依次有P、Q兩點，平衡位置相距5.5 m，其振動圖象如圖3所示，實線為P點的振動圖象，虛線為Q點的振動圖象圖3圖4如圖4是t0時刻波形的一部分，若波沿x軸正向傳播，試在給出的波形上用黑點標明P、Q兩點的位置，并寫出P、Q兩點的坐標(橫坐標用表示)；求波的最大傳播速度題組2基本規(guī)律與光的折射定律的組合4(1)下列說法正確的是_A從地面上觀察，飛船上的時間進程比地面上慢B“聞其聲而不見其人”現(xiàn)象說明遇到同樣障礙物時聲波比可見光容易發(fā)生衍射C用超聲波被血流反射回來其頻率發(fā)生變化可測血流速度，這是利用多普勒效應(yīng)D做受迫

14、振動的物體，其穩(wěn)定時的振動頻率不一定等于驅(qū)動力的頻率E用標準平面來檢查光學面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象(2)如圖5所示，一玻璃三棱柱豎直放在水平桌面上，其底面A1B1C1是邊長a12 cm的等邊三角形，柱高L12 cm.現(xiàn)在底面的中心O處放置一點光源，不考慮三棱柱內(nèi)的反射光，玻璃的折射率為，求三個側(cè)面的發(fā)光的總面積圖5題組3波與光學知識組合題目的分析5(2014·新課標·34)(1)圖6(a)為一列簡諧橫波在t2 s時的波形圖，圖(b)為媒質(zhì)中平衡位置在x1.5 m處的質(zhì)點的振動圖像，P是平衡位置為x2 m的質(zhì)點下列說法正確的是_(填正確答案標號)圖6A波速為0.5 m/

15、sB波的傳播方向向右C02 s時間內(nèi)，P運動的路程為8 cmD02 s時間內(nèi)，P向y軸正方向運動E當t7 s時，P恰好回到平衡位置(2)一個半圓柱形玻璃磚，其橫截面是半徑為R的半圓，AB為半圓的直徑，O為圓心，如圖7所示，玻璃的折射率為n.圖7()一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面，若光線到達上表面后，都能從該表面射出，則入射光束在AB上的最大寬度為多少？()一細束光線在O點左側(cè)與O相距R處垂直于AB從下方入射，求此光線從玻璃磚射出點的位置6(2014·新課標·34)(1)圖8(a)為一列簡諧橫波在t0.10 s時刻的波形圖，P是平衡位置在x1.0 m處的質(zhì)點，Q是平衡位置在

16、x4.0 m處的質(zhì)點；圖(b)為質(zhì)點Q的振動圖象下列說法正確的是_(填正確答案標號)圖8A在t0.10 s時，質(zhì)點Q向y軸正方向運動B在t0.25 s時，質(zhì)點P的加速度方向與y軸正方向相同C從t0.10 s到t0.25 s，該波沿x軸負方向傳播了6 mD從t0.10 s到t0.25 s，質(zhì)點P通過的路程為30 cmE質(zhì)點Q簡諧運動的表達式為y0.10 sin 10t(國際單位制)(2)一厚度為h的大平板玻璃水平放置，其下表面貼有一半徑為r的圓形發(fā)光面在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片，圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線上已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射)，求平板玻璃的折射率7(2014·濟南市一模)(1)下列說法正確的是()A在機械波的傳播過程中，介質(zhì)質(zhì)點的振動速度等于波的傳播速度B當波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)中傳播時，頻率一定不變C在光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光由紅光改為綠光，則