第2課 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波

1、第2課機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波、光學(xué)考點(diǎn)一 描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量考點(diǎn)二 機(jī)械波的傳播與圖象1波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向判斷：(1)若已知某時(shí)刻A點(diǎn)振動(dòng)方向向上，則波向x軸負(fù)方向傳播(2)若已知波向x軸正方向傳播，則該時(shí)刻B點(diǎn)向上振動(dòng)2由t時(shí)刻的波形確定tt時(shí)刻的波形：(1)波向右傳播teq f(T,4)的時(shí)間和向左傳播teq f(3T,4)的時(shí)間波形相同(2)若tT，可以采取“舍整取零頭”的辦法3波速公式：振源經(jīng)過(guò)一個(gè)周期T完成一次全振動(dòng)，波恰好向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)的距離，所以有veq f(,T)f.4波的圖象特點(diǎn)：(1)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)nT(波傳播n)時(shí)，波形不變(2)在波的傳播方向上，當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離

2、為n時(shí)(n1，2，3，)，它們的振動(dòng)步調(diào)總相同；當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離為(2n1)eq f(,2)(n0，1，2，3，)時(shí)，它們的振動(dòng)步調(diào)總相反(3)波源質(zhì)點(diǎn)的起振方向決定了它后面的質(zhì)點(diǎn)的起振方向，各質(zhì)點(diǎn)的起振方向與波源的起振方向相同考點(diǎn)三 折射定律及折射率的應(yīng)用1對(duì)折射率的理解：(1)公式理解：公式neq f(sin 1,sin 2)中，不論是光從真空射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入真空，1總是真空中的光線與法線間的夾角，2總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角(2)折射率大小不僅反映了介質(zhì)對(duì)光的折射本領(lǐng)，也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小veq f(c,n).2本質(zhì)理解(1)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，與入

3、射角的大小無(wú)關(guān)(2)折射率與介質(zhì)的密度沒(méi)有關(guān)系，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)，光疏介質(zhì)不是指密度小的介質(zhì)3特性理解(1)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小(2)同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長(zhǎng)不同，但頻率相同4應(yīng)用光的折射定律解題的一般思路：(1)根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關(guān)系，作出比較完整的光路圖(2)充分利用光路圖中的幾何關(guān)系，確定各角之間的聯(lián)系，根據(jù)折射定律求解相關(guān)的物理量：折射角、折射率等(3)注意在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的考點(diǎn)四 單縫衍射與雙縫干涉的比較課時(shí)過(guò)關(guān) 一、單項(xiàng)選擇題1(2014東城區(qū)模擬)如圖甲所

4、示，彈簧振子以點(diǎn)O為平衡位置，在A、B兩點(diǎn)之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)取向右為正方向，振子的位移x隨時(shí)間t的變化如圖乙所示，下列說(shuō)法正確的是(A)At0.8 s時(shí)，振子的速度方向向左Bt0.2 s時(shí)，振子在O點(diǎn)右側(cè)6 cm處Ct0.4 s和t1.2 s時(shí)，振子的加速度完全相同Dt0.4 s到t0.8 s的時(shí)間內(nèi)，振子的速度逐漸減小解析：從t0.8 s起，再過(guò)一段微小時(shí)間，振子的位移為負(fù)值，因?yàn)槿∠蛴覟檎较?，故t0.8 s時(shí)，速度方向向左，A對(duì)；由圖象得振子的位移x12sin eq f(10,8)t(cm)，故t0.2 s時(shí)，x6eq r(2) cm，故B錯(cuò)；t0.4 s和t1.2 s時(shí)，振子的位移方向相反

5、，由aeq f(kx,m)，知加速度方向相反，C錯(cuò)；t0.4 s到t0.8 s的時(shí)間內(nèi)，振子的位移逐漸變小，故振子逐漸靠近平衡位置，其速度逐漸變大，故D錯(cuò)2(2015四川高考)平靜湖面?zhèn)鞑ブ涣兴娌?橫波)，在波的傳播方向上有相距3 m的甲、乙兩小木塊隨波上下運(yùn)動(dòng)，測(cè)得兩個(gè)小木塊每分鐘都上下30次，甲在波谷時(shí)，乙在波峰，且兩木塊之間有一個(gè)波峰這列水面波(C)A頻率是30 Hz B波長(zhǎng)是3 mC波速是1 m/s D周期是0.1 s解析：木塊的上下運(yùn)動(dòng)反映了所在位置水面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況，即波傳播方向上的質(zhì)點(diǎn)每分鐘完成30次全振動(dòng)，因此其周期為：Teq f(60,30) s2 s，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤；頻率

6、為：feq f(1,T)0.5 Hz，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；又因?yàn)榧自诓ü葧r(shí)，乙在波峰，且兩木塊之間有一個(gè)波峰，所以sABeq f(3,2)，解得波長(zhǎng)為：eq f(2sAB,3)2 m，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)波長(zhǎng)、波速、周期間關(guān)系可知，這列水面波的波速為：veq f(,T)eq f(2,2) m/s1 m/s，故選項(xiàng)C正確3(2015福建高考)簡(jiǎn)諧橫波在同一均勻介質(zhì)中沿x軸正方向傳播，波速為v.若某時(shí)刻在波的傳播方向上，位于平衡位置的兩質(zhì)點(diǎn)a、b相距為s，a、b之間只存在一個(gè)波谷，則從該時(shí)刻起，下列四副波形中質(zhì)點(diǎn)a最早到達(dá)波谷的是(D)解析：由圖A知，波長(zhǎng)2s，周期Teq f(2s,v)，由圖知質(zhì)點(diǎn)a向上

7、振動(dòng)，經(jīng)eq f(3T,4)第一次到達(dá)波谷，用時(shí)t1eq f(3,4)Teq f(3s,2v)，B圖對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)s，周期Teq f(s,v)，由圖知質(zhì)點(diǎn)a向下振動(dòng)，經(jīng)eq f(T,4)第一次到達(dá)波谷，用時(shí)t2eq f(1,4)Teq f(s,4v)，C圖對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)s，周期Teq f(s,v)，由圖知質(zhì)點(diǎn)a向上振動(dòng)，經(jīng)eq f(3T,4)第一次到達(dá)波谷，用時(shí)t3eq f(3,4)Teq f(3s,4v)，D圖對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)eq f(4s,5)，由圖知質(zhì)點(diǎn)a向下振動(dòng)，經(jīng)eq f(T,4)第一次到達(dá)波谷，用時(shí)t4eq f(1,4)Teq f(s,5v)，所以D正確4(2015北京高考)周期為2.0 s的簡(jiǎn)諧橫波

8、沿x軸傳播，該波在某時(shí)刻的圖象如圖所示，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，則該波(B)A沿x軸正方向傳播，波速v20 m/sB沿x軸正方向傳播，波速v10 m/sC沿x軸負(fù)方向傳播，波速v20 m/sD沿x軸負(fù)方向傳播，波速v10 m/s解析：機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波為每年必考題目，難度都不大根據(jù)機(jī)械波的速度公式veq f(,T)，由圖可知波長(zhǎng)為20 m，再結(jié)合周期為2 s，可以得出波速為10 m/s.應(yīng)用“同側(cè)法”等方法判斷波沿x軸正方向傳播因此答案為B.5(2015四川高考)直線P1P2過(guò)均勻玻璃球球心O，細(xì)光束a、b平行且關(guān)于P1P2對(duì)稱，由空氣射入玻璃球的光路如圖a、b光相比(C)A玻璃對(duì)a光的折射

9、率較大B玻璃對(duì)a光的臨界角較小Cb光在玻璃中的傳播速度較小Db光在玻璃中的傳播時(shí)間較短解析：由于a、b光平行且關(guān)于過(guò)球心O的直線P1P2對(duì)稱，因此它們的入射角i相等，根據(jù)圖中幾何關(guān)系可知，b光在玻璃球中的光路偏離進(jìn)入球之前方向較多，即b光的折射角較小，根據(jù)折射定律有：neq f(sin i,sin )，所以玻璃對(duì)b光的折射率越大，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)臨界角公式有：sin Ceq f(1,n)，所以玻璃對(duì)a光的臨界角較大，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)折射率的定義式有：neq f(c,v)，所以b光在玻璃中的傳播速度v較小，故選項(xiàng)C正確；根據(jù)圖中幾何關(guān)系可知，a、b光進(jìn)入玻璃球后，b光的光程d較大，根據(jù)勻速直

10、線運(yùn)動(dòng)規(guī)律有：teq f(d,v)，所以b光在玻璃中的傳播時(shí)間較長(zhǎng)，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤6(2014江蘇高考)某同學(xué)用單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在屏上觀察到甲圖所示的條紋，僅改變一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后，觀察到的條紋如乙圖所示他改變的實(shí)驗(yàn)條件可能是(B)A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解析：根據(jù)xeq f(l,d)，其中l(wèi)是雙縫到光屏之間的距離，d是雙縫之間的距離，是波長(zhǎng)，又c，是頻率，B選項(xiàng)正確7(2014大綱版全國(guó)卷)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，一鈉燈發(fā)出的波長(zhǎng)為589 nm的光，在距雙縫1.00 m的屏上形成干涉圖樣圖樣上相鄰兩明紋中心間距為0.350 cm

11、，則雙縫的間距為(C)A2.06107 m B2.06104 mC1.68104 m D1.68103 m解析：由xeq f(l,d)可得：deq f(l,x)eq f(1.00,0.350102)589109 m1.68104 m，所以選項(xiàng)C正確二、多項(xiàng)選擇題8(2015海南高考)一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波在t0時(shí)刻的波形如圖所示，質(zhì)點(diǎn)P的x坐標(biāo)為3 m已知任意振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)連續(xù)2次經(jīng)過(guò)平衡位置的時(shí)間間隔為0.4 s下列說(shuō)法正確的是(BDE)A波速為4 m/sB波的頻率為1.25 HzCx坐標(biāo)為15 m的質(zhì)點(diǎn)在t0.2 s時(shí)恰好位于波谷Dx的坐標(biāo)為22 m的質(zhì)點(diǎn)在t0.2 s時(shí)恰好位于波峰E當(dāng)

12、質(zhì)點(diǎn)P位于波峰時(shí)，x坐標(biāo)為17 m的質(zhì)點(diǎn)恰好位于波谷解析：任意振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)連續(xù)2次經(jīng)過(guò)平衡位置的時(shí)間間隔為0.4 s，則eq f(1,2)T0.4 s，解得T0.8 s從圖象中可知4 m，所以根據(jù)公式veq f(,T)eq f(4,0.8)5 m/s，故A錯(cuò)誤；根據(jù)公式feq f(1,T)可得波的頻率為1.25 Hz，B正確；x坐標(biāo)為15 m的質(zhì)點(diǎn)和x坐標(biāo)為3 m的質(zhì)點(diǎn)相隔12 m，為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即兩質(zhì)點(diǎn)為同相點(diǎn)，而x坐標(biāo)為3 m的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)t0.2 s即四分之一周期振動(dòng)到平衡位置，所以x坐標(biāo)為15 m的質(zhì)點(diǎn)在t0.2 s時(shí)振動(dòng)到平衡位置，C錯(cuò)誤；x的坐標(biāo)為22 m的質(zhì)點(diǎn)和x的坐標(biāo)為2 m的質(zhì)點(diǎn)為

13、同相點(diǎn)，x的坐標(biāo)為2 m的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)t0.2 s即四分之一周期恰好位于波峰，故x的坐標(biāo)為22 m的質(zhì)點(diǎn)在t0.2 s時(shí)恰好位于波峰，D正確；當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P位于波峰時(shí)，經(jīng)過(guò)了半個(gè)周期，而x坐標(biāo)為17 m的質(zhì)點(diǎn)和x坐標(biāo)為1 m的質(zhì)點(diǎn)為同相點(diǎn)，經(jīng)過(guò)半個(gè)周期x坐標(biāo)為1 m的質(zhì)點(diǎn)恰好位于波谷，E正確；9如圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長(zhǎng)的光垂直入射到該裝置上，結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說(shuō)法正確的是(AC)A干涉現(xiàn)象是由凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的B干涉現(xiàn)象是由凸透鏡上表面反射光和玻璃上表

14、面反射光疊加形成的C干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽ず穸炔皇蔷鶆蜃兓腄干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽ず穸仁蔷鶆蜃兓慕馕觯河捎谠谕雇哥R和平板玻璃之間的空氣形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透鏡的下表面和平板玻璃的上表面，故A正確，B錯(cuò)由于凸透鏡的下表面是圓弧面，所以形成的薄膜厚度不是均勻變化的，形成不等間距的干涉條紋，故C正確，D錯(cuò)三、非選擇題10(1)(多選)如圖所示是用雙縫干涉測(cè)光波波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖，圖中是光源、是濾光片、是單縫、是雙縫、是光屏下列操作能增大光屏上相鄰兩條亮紋之間距離的是()A增大和之間的距離B增大和之間的距離C將綠色濾光片改成紅色濾光片D增大雙縫之間的距離(2)如果將燈

15、泡換成激光光源，該實(shí)驗(yàn)照樣可以完成，這時(shí)可以去掉的部件是_(填數(shù)字代號(hào))(3)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭的手輪，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)第1條亮紋，讀下手輪的讀數(shù)如圖甲所示繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻度線對(duì)準(zhǔn)第10條亮紋，讀下手輪的讀數(shù)如圖乙所示則相鄰兩亮條紋的間距是_mm.(4)如果已經(jīng)量得雙縫的間距是0.30 mm、雙縫和光屏之間的距離是900 mm，則待測(cè)光的波長(zhǎng)是_m.(取三位有效數(shù)字)解析：(1)由xeq f(l,d)知相鄰兩條亮紋之間的距離與單縫和雙縫之間的距離無(wú)關(guān)，A錯(cuò)；增大和之間的距離即是增大l，x增大，B正確；紅光的波長(zhǎng)大于綠光的波長(zhǎng)，C正確；增大雙縫之間的距離，x減小，D錯(cuò)誤(2)由于激光是相

16、干光源，故可以去掉的部件是、.(3)甲圖讀數(shù)是0.045 mm，乙圖讀數(shù)是14.535 mm，它們的差值是14.490 mm，中間跨越了1019個(gè)條紋間距，所以相鄰兩亮條紋間距是xeq f(14.490,9) mm1.610 mm.(4)光的波長(zhǎng)eq f(xd,l)5.37107 m.答案：(1)BC(2)(3)1.610(4)5.3710711(2015寧波模擬)(1)如圖所示是一觀察太陽(yáng)光譜簡(jiǎn)易裝置，一加滿清水的碗放在有陽(yáng)光的地方，將平面鏡M斜放入水中，調(diào)整其傾斜角度，使太陽(yáng)光經(jīng)水面折射再經(jīng)水中平面鏡反射，最后由水面折射回空氣射到室內(nèi)白墻上，即可觀察到太陽(yáng)光譜的七色光帶逐漸增大平面鏡的傾斜

17、角度，各色光將陸續(xù)消失，則此七色光帶從上到下的排列順序以及最先消失的光分別是()A紅光紫光，紅光 B紫光紅光，紅光C紅光紫光，紫光 D紫光紅光，紫光(2)一束細(xì)光束由真空沿著直徑方向射入一塊半圓柱形透明體，如圖甲所示，對(duì)其射出后的折射光線的強(qiáng)度進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)折射光線的強(qiáng)度隨著的變化而變化，如圖乙的圖線所示此透明體的臨界角為_(kāi)，折射率為_(kāi)(3)如圖所示，ABCD是一直角梯形棱鏡的橫截面，位于截面所在平面內(nèi)的一束光線由O點(diǎn)垂直AD邊射入已知棱鏡的折射率neq r(2)，ABBC8 cm，OA2 cm，OAB60.求光線第一次射出棱鏡時(shí)，出射光線的方向_第一次的出射點(diǎn)距C_cm.解析：(1)由于可見(jiàn)

18、光中紅光折射率最小，全反射臨界角最大，所以七色光從上到下的排列順序?yàn)榧t光紫光，最先消失的是紫光，選項(xiàng)C正確(2)由圖乙的圖線可知，當(dāng)小于等于30時(shí)，即入射角大于等于60，折射光線的強(qiáng)度為零，所以此透明體的臨界角為60，由臨界角公式sin Ceq f(1,n)，解得neq f(2r(3),3).(3)根據(jù)公式neq f(1,sin C)將neq r(2)代入，該玻璃的臨界角為C45光線從O點(diǎn)垂直AD射入后不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，恰好射到AB的中點(diǎn)，根據(jù)截面的幾何關(guān)系可知，入射角等于60，大于臨界角，發(fā)生全反射，恰好射到BC的中點(diǎn)，入射角仍等于60，在此位置再一次發(fā)生全反射，射到CD邊上的O點(diǎn)，入射角等于30，設(shè)折射角為，光路圖如圖所示由折射定律及光路可逆原理可得：neq f(sin ,sin 30)解得45由光路圖，根據(jù)幾何知識(shí)可得：第一次出射點(diǎn)O距C的距離為OCeq f(BC,2)