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1、第2講機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波 光專題十選考部分(3-3、3-4)高考題型1機(jī)械振動(dòng)高考題型3光的折射和全反射高考題型4電磁波和光的幾種特有現(xiàn)象高考題型2機(jī)械波內(nèi)容索引高考題型1機(jī)械振動(dòng)解題方略解題方略1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性：振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在關(guān)于平衡位置對(duì)稱的兩點(diǎn)，x、F、a、v、Ek、Ep的大小均相等，其中回復(fù)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(dòng)質(zhì)點(diǎn)來回通過相同的兩點(diǎn)間的時(shí)間相等，即tBCtCB.振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)通過關(guān)于平衡位置對(duì)稱的等長(zhǎng)的兩線段的時(shí)間相等，即tBCtBC.如圖1所示.圖12.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期性：做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，其位移、回復(fù)力、加速度、速度都隨時(shí)間按“正弦”或“
2、余弦”規(guī)律變化，它們的周期均相同.其位移隨時(shí)間變化的表達(dá)式為：xAsin (t)或xAcos (t).解析例1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖線可用下述方法畫出：如圖2甲所示，在彈簧振子的小球上安裝一支繪圖筆P，讓一條紙帶在與小球振動(dòng)方向垂直的方向上勻速運(yùn)動(dòng)，筆P在紙帶上畫出的就是小球的振動(dòng)圖象.取振子水平向右的方向?yàn)檎褡与x開平衡位置的位移正方向，紙帶運(yùn)動(dòng)的距離代表時(shí)間，得到的振動(dòng)圖線如圖乙所示.則下列說法中正確的是()A.彈簧振子的周期為4 sB.彈簧振子的振幅為10 cmC.t17 s時(shí)振子相對(duì)平衡位置的位移是10 cmD.若紙帶運(yùn)動(dòng)的速度為2 cm/s，振動(dòng)圖線上1、3 兩點(diǎn)間的距離是4 cmE.2.5
3、 s時(shí)振子正在向x軸正方向運(yùn)動(dòng) 圖2解析解析周期是振子完成一次全振動(dòng)的時(shí)間，由圖知，彈簧振子的周期為T4 s，故A正確；振幅是振子離開平衡位置的最大距離，由圖知，彈簧振子的振幅為10 cm，故B正確；振子的周期為4 s，由周期性知，t17 s時(shí)振子相對(duì)平衡位置的位移與t1 s時(shí)振子相對(duì)平衡位置的位移相同，為0，故C錯(cuò)誤；若紙帶運(yùn)動(dòng)的速度為2 cm/s，振動(dòng)圖線上1、3兩點(diǎn)間的距離是 svt2 cm/s2 s4 cm.故D正確；由圖乙可知2.5 s時(shí)振子正在向x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，故E錯(cuò)誤.解析預(yù)測(cè)1(2015山東理綜38(1)如圖3所示，輕彈簧上端固定，下端連接一小物塊，物塊沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).以
4、豎直向上為正方向，物塊簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y0.1sin (2.5t) m.t0時(shí)刻，一小球從距物塊h高處自由落下；t0.6 s時(shí)，小球恰好與物塊處于同一高度.取重力加速度的大小g10 m/s2.以下判斷正確的是_.(雙選，填正確答案標(biāo)號(hào))A.h1.7 mB.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期是0.8 sC.0.6 s內(nèi)物塊運(yùn)動(dòng)的路程是0.2 mD.t0.4 s時(shí)，物塊與小球運(yùn)動(dòng)方向相反 圖20.6 s內(nèi)物塊運(yùn)動(dòng)的路程是3A0.3 m，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；預(yù)測(cè)2某同學(xué)用單擺測(cè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?他測(cè)出了擺線長(zhǎng)度L和擺動(dòng)周期T，如圖4(a)所示.通過改變擺線長(zhǎng)度L，測(cè)出對(duì)應(yīng)的擺動(dòng)周期T，獲得多組T與L，再以T2為縱軸、L為橫軸
5、畫出函數(shù)關(guān)系圖象如圖(b)所示.由圖象可知，擺球的半徑r_ m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭_ m/s2；由此種方法得到的重力加速度值與實(shí)際的重力加速度值相比會(huì)_(選填“偏大”“偏小”或“一樣”).圖4解析1.01022一樣 答案返回根據(jù)以上推導(dǎo)，斜率不變，重力加速度不變，故對(duì)g沒有影響，一樣.返回高考題型2機(jī)械波解題方略解題方略1.波動(dòng)圖象描述的是在同一時(shí)刻，沿波的傳播方向上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移.在時(shí)間上具有周期性、空間上具有重復(fù)性和雙向性的特點(diǎn).2.深刻理解波動(dòng)中的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng).質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期(頻率)波源的周期(頻率)波的傳播周期(頻率).3.要畫好、用好振動(dòng)圖象，并正確地與實(shí)際情景相對(duì)應(yīng).要正確
6、畫出波形圖，準(zhǔn)確寫出波形平移距離、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間與波長(zhǎng)、周期的單一解或多解表達(dá)式.4.分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各物理量的變化情況時(shí)，一定要以位移為橋梁，位移增大時(shí)，振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的回復(fù)力、加速度、勢(shì)能均增大，速度、動(dòng)能均減??；反之，則產(chǎn)生相反的變化.另外，各矢量均在其值為零時(shí)改變方向.5.“一分、一看、二找”巧解波動(dòng)圖象與振動(dòng)圖象的綜合問題(1)分清振動(dòng)圖象與波動(dòng)圖象.只要看清橫坐標(biāo)即可，橫坐標(biāo)為x則為波動(dòng)圖象，橫坐標(biāo)為t則為振動(dòng)圖象.(2)看清橫、縱坐標(biāo)的單位，尤其要注意單位前的數(shù)量級(jí).(3)找準(zhǔn)波動(dòng)圖象對(duì)應(yīng)的時(shí)刻.(4)找準(zhǔn)振動(dòng)圖象對(duì)應(yīng)的質(zhì)點(diǎn).解析答案由vT得，簡(jiǎn)諧波的波長(zhǎng)30 cm 答案答案4 s7.5
7、cm/s30 cm(2)質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式.解析解析設(shè)質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系為質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式為解析答案解析預(yù)測(cè)3(2016全國丙卷34(1)由波源S形成的簡(jiǎn)諧橫波在均勻介質(zhì)中向左、右傳播.波源振動(dòng)的頻率為20 Hz，波速為16 m/s.已知介質(zhì)中P、Q兩質(zhì)點(diǎn)位于波源S的兩側(cè)，且P、Q和S的平衡位置在一條直線上，P、Q的平衡位置到S的平衡位置之間的距離分別為15.8 m、14.6 m.P、Q開始振動(dòng)后，下列判斷正確的是_.A.P、Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向始終相同B.P、Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向始終相反C.當(dāng)S恰好通過平衡位置時(shí)，P、Q兩點(diǎn)也正好通過平衡位置D.當(dāng)S恰好通過平
8、衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，P在波峰E.當(dāng)S恰好通過平衡位置向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，Q在波峰預(yù)測(cè)4如圖5所示為一列簡(jiǎn)諧橫波某時(shí)刻的波形圖，介質(zhì)中有P、Q、M三個(gè)質(zhì)點(diǎn)，此時(shí)的縱坐標(biāo)分別為yP2 cm，yQ2 cm，下列說法正確的是_.A.P、Q兩質(zhì)點(diǎn)的速度方向總是相同B.Q、M兩質(zhì)點(diǎn)的加速度總是相同C.P、M兩質(zhì)點(diǎn)的速度總是大小相等、 方向相反D.在任何相等時(shí)間內(nèi)，P、M兩質(zhì)點(diǎn)通過的路程總相等E.P、M兩質(zhì)點(diǎn)對(duì)平衡位置的位移總是大小相等、方向相反 圖5解析解析解析P、M兩點(diǎn)相差半個(gè)周期，所以P、M兩點(diǎn)的速度和距平衡位置的位移的大小總是相等、方向相反，C、D、E正確.預(yù)測(cè)5圖6(a)為一列簡(jiǎn)諧橫波在t0.1 s時(shí)刻的波
9、形圖，P是平衡位置為x1 m處的質(zhì)點(diǎn)，Q是平衡位置為x4 m處的質(zhì)點(diǎn)，圖(b)為質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖象，則下列說法正確的是()A.該波的周期是0.1 sB.該波的傳播速度為40 m/sC.該波沿x軸的負(fù)方向傳播D.t0.1 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q的速度方向向下E.從t0.1 s到 t0.25 s，質(zhì)點(diǎn)P通過的路程為30 cm 圖6解析返回返回由振動(dòng)圖線可知，t0.1 s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)方向向下，可知該波沿x軸的負(fù)方向傳播，選項(xiàng)C、D正確；從t0.1 s到 t0.25 s，經(jīng)歷的時(shí)間為0.15 s0.75T，質(zhì)點(diǎn)P不是從平衡位置(或者波峰、波谷)開始振動(dòng)，故通過的路程小于3A30 cm，選項(xiàng)E錯(cuò)誤；故選B、C
10、、D. 解析解析由振動(dòng)圖象可知，該波的周期是0.2 s，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；高考題型3光的折射和全反射解題方略解題方略3.全反射的條件：(1)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì).(2)入射角大于或等于臨界角.4.光的幾何計(jì)算題往往是光路現(xiàn)象與光的反射、折射、全反射(臨界點(diǎn))及幾何圖形關(guān)系的綜合問題.解決此類問題應(yīng)注意以下四個(gè)方面：(1)依據(jù)題目條件，正確分析可能的全反射及臨界角.(2)通過分析、計(jì)算確定光傳播過程中可能的折射、反射，把握光的“多過程”現(xiàn)象.(3)準(zhǔn)確作出光路圖.(4)充分考慮三角形、圓的特點(diǎn)，運(yùn)用幾何圖形中的角關(guān)系、三角函數(shù)、相似形、全等形等，仔細(xì)分析光傳播過程中產(chǎn)生的幾何關(guān)系.圖7解析答案解析
11、答案根據(jù)反射定律，有i30連接ON，由幾何關(guān)系知MANMON，故有MNO60由式得ENO30于是ENO為反射角，ON為反射光線.這一反射光線經(jīng)球面再次折射后不改變方向.所以，經(jīng)一次反射后射出玻璃球冠的光線相對(duì)于入射光線的偏角為180ENO150圖8解析由光路的可逆性可知，在BC邊上的入射角小于臨界角，不會(huì)發(fā)生全反射，B錯(cuò)；三棱鏡兩次折射使得光線都向底邊偏折，不會(huì)與入射到E點(diǎn)的光束平行，故E錯(cuò)誤.解析答案圖9解析解析設(shè)入射角、折射角分別為i、r，設(shè)魚餌燈離水面的深度為h2聯(lián)立解得：h22.4 m答案答案2.4 m 解析答案返回(2)若魚餌燈緩慢豎直上浮，當(dāng)它離水面多深時(shí)，魚餌燈發(fā)出的光恰好無法從
12、水面PQ間射出.解析解析當(dāng)魚餌燈離水面深度為h3時(shí)，水面PQ間恰好無光射出，此時(shí)魚餌燈與浮標(biāo)的連線和豎直方向夾角恰好為臨界角C，則：答案答案1.59 m高考題型4電磁波和光的幾種特有現(xiàn)象解題方略解題方略1.機(jī)械波和光波都能發(fā)生干涉、衍射、多普勒效應(yīng)等現(xiàn)象，是波特有的現(xiàn)象.偏振現(xiàn)象是橫波的特有現(xiàn)象.要觀察到穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象和明顯的衍射現(xiàn)象需要一定的條件.2.機(jī)械波的干涉圖樣中，實(shí)線和實(shí)線的交點(diǎn)、虛線和虛線的交點(diǎn)及其連線為振動(dòng)加強(qiáng)處；實(shí)線和虛線的交點(diǎn)及其連線處為振動(dòng)減弱處.振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)有時(shí)位移也為零，只是振幅為兩列波的振幅之和，顯得振動(dòng)劇烈.解析例4下列說法中正確的是_.A.不管光源與觀察者是否存在相
13、對(duì)運(yùn)動(dòng)，觀察者觀察到的光速是不變的B.水面上的油膜呈現(xiàn)彩色是光的衍射現(xiàn)象C.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若只減小屏到擋板間距離l，兩相鄰亮條紋間距離x 將減小D.聲源向靜止的觀察者運(yùn)動(dòng)，觀察者接收到的頻率小于聲源的頻率E.液晶顯示器應(yīng)用了光的偏振原理預(yù)測(cè)8下列說法正確的是_.A.赫茲預(yù)言了電磁波的存在并用實(shí)驗(yàn)加以證實(shí)B.在高速運(yùn)動(dòng)的火箭上的人認(rèn)為火箭的長(zhǎng)度并沒有改變C.與平面鏡相比，全反射棱鏡的反射率高，幾乎可達(dá)100%D.單擺在驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)周期與單擺的擺長(zhǎng)無關(guān)E.在磨制各種鏡面或其他精密的光學(xué)平面時(shí)，可以用衍射法檢查平面的 平整程度解析解析解析麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，而赫茲用實(shí)驗(yàn)加
14、以證實(shí)，故A錯(cuò)誤；根據(jù)相對(duì)論原理：沿著高速運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度縮短，因此在高速運(yùn)動(dòng)的火箭上的人認(rèn)為其他物體長(zhǎng)度縮短，而自身的長(zhǎng)度并沒有改變，故B正確；根據(jù)全反射原理，沒有折射光線，因此全反射棱鏡的反射率極高，故C正確；在驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)周期與驅(qū)動(dòng)力的周期有關(guān)，與單擺的擺長(zhǎng)無關(guān)，故D正確；磨制各種鏡面或其他精密的光學(xué)平面時(shí)，可以用光的干涉，依據(jù)光程差是半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，處于振動(dòng)減弱，而光程差是半個(gè)波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，處于振動(dòng)加強(qiáng)，從而檢查平面的平整程度，故E錯(cuò)誤.解析預(yù)測(cè)9下列說法中正確的是_.A.做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，其振動(dòng)能量與振幅無關(guān)B.泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，玻璃中的氣泡看起來特別明亮
15、是光的全反 射現(xiàn)象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(yùn)動(dòng)無關(guān)D.在“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中，為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為準(zhǔn)確，應(yīng) 選用10 cm長(zhǎng)的細(xì)線和小鐵球E.當(dāng)頻率一定的聲源向著靜止的接收器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收器收到的聲波頻 率增大返回解析解析做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，其振動(dòng)能量與振幅有關(guān)，振幅越大，能量越大.故A錯(cuò)誤；泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，玻璃中的氣泡看起來特別明亮是光的全反射現(xiàn)象.故B正確；根據(jù)愛因斯坦相對(duì)論原理可知，真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的.故C正確；在“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中，為減少實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用1 m長(zhǎng)的細(xì)線和小鐵球.故D錯(cuò)誤；根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，E正確.返回
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