2022屆高考物理第二輪復(fù)習(xí)專題十一振動(dòng)和波光學(xué)

專題十一振動(dòng)和波、光學(xué)（選修3-4）抓基礎(chǔ)探技法研考向提能力[備考方向要明了]主要問題①機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波；②光的傳播、光的波動(dòng)性主要考點(diǎn)①簡諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)；②機(jī)械波的形成和傳播規(guī)律；③振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像；④光的折射和全反射；⑤光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象主要方法①簡諧運(yùn)動(dòng)的周期性；②波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的判斷方法；③波的周期性和多解性主要策略復(fù)習(xí)時(shí)既要重視對基本概念和規(guī)律的理解，又要重視知識點(diǎn)間的相互聯(lián)系。注意把機(jī)械波的規(guī)律與光學(xué)知識相結(jié)合理解，相對論知識只需知道其基本概念，不必深究一、簡諧運(yùn)動(dòng)的重要特征1．簡諧運(yùn)動(dòng)的對稱性(1)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在關(guān)于平衡位置對稱的兩點(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與位移x的方向可能相同，也可能相反。(2)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)來回通過相同的兩點(diǎn)間的時(shí)間相等，則tBC＝tCB，質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過關(guān)于平衡位置對稱的等長的兩線段時(shí)間相等，即Tbc圖11－1

＝tB′C′，如圖11－1所示。二、機(jī)械波1．波長、波速和頻率(1)波長λ：反映了波動(dòng)在空間上的周期性，即沿波的傳播方向相隔nλ的兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況(位移、速度、加速度)完全相同。(2)波速：在同一種均勻介質(zhì)中同一類機(jī)械波波速是一恒量，它只與介質(zhì)有關(guān)，與波的頻率無關(guān)。但電磁波的波速既與介質(zhì)有關(guān)，還與頻率有關(guān)。(3)頻率：波的頻率，即波源振動(dòng)的頻率，只與波源有關(guān)，與介質(zhì)無關(guān)。(4)關(guān)系式：v＝λf。三、振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像的比較振動(dòng)圖像波動(dòng)圖像研究對象某振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)所有質(zhì)點(diǎn)研究內(nèi)容某質(zhì)點(diǎn)位移隨時(shí)間的變化規(guī)律某時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)的空間分布規(guī)律圖象物理意義某質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位移某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移振動(dòng)圖像波動(dòng)圖像圖像變化隨時(shí)間推移，圖像延續(xù)，但已有形狀不變隨時(shí)間推移，圖像沿傳播方向平移一完整曲線表示一個(gè)周期表示一個(gè)波長圖像信息(1)振動(dòng)周期(2)振幅(3)各時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移(4)各時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)速度及加速度的方向(1)波長、振幅(2)任意質(zhì)點(diǎn)在此時(shí)刻的位移(3)任意質(zhì)點(diǎn)在此時(shí)刻加速度方向(4)傳播方向、振動(dòng)方向的互判(2)薄膜干涉。①形成：由透明薄膜前后表面反射的光疊加而成。(薄膜一般指肥皂膜或空氣膜等)②條紋特點(diǎn)：彼此平行的亮暗相間條紋。若白光入射，得到平行的彩色條紋。③應(yīng)用：增透膜，其厚度至少為光在薄膜中波長的四分之一；檢查工件表面的平整度。5．光的衍射6．光的偏振光的偏振證明了光是一種橫波。衍射名稱現(xiàn)象特點(diǎn)單縫衍射屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋狹縫越窄，衍射現(xiàn)象越明顯，圖樣越暗圓孔衍射屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)圓環(huán)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過孔的直線照明范圍圓板衍射圓板陰影中心有一亮斑泊松亮斑內(nèi)容圖像上下坡法圖像上沿波的傳播方向，“上坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng)，“下坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng)同側(cè)法波形上某點(diǎn)表示傳播方向和振動(dòng)方向的箭頭在圖線同側(cè)微平移法將波形圖沿傳播方向進(jìn)行微小平移，再由x軸上某一位置的兩波形曲線上的點(diǎn)來判定1．如圖11－2所示為一列在均勻介質(zhì)中傳播的簡諧橫波在某時(shí)刻的波形圖，波速為2m/s，此時(shí)P點(diǎn)振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向，則(

)圖11－2A．該波傳播的方向沿x軸正方向B．P點(diǎn)的振幅比Q點(diǎn)的小C．經(jīng)過Δt＝4s，質(zhì)點(diǎn)P將向右移動(dòng)8mD．經(jīng)過Δt＝4s，質(zhì)點(diǎn)Q通過的路程是0.4m答案：AD解析：由P點(diǎn)振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向可判斷該波傳播的方向沿x軸正方向，選項(xiàng)A正確；均勻介質(zhì)中傳播的簡諧橫波各質(zhì)點(diǎn)振幅相同，因此選項(xiàng)B錯(cuò)誤；各質(zhì)點(diǎn)只在自己的平衡位置附近振動(dòng)，并沒有隨波移動(dòng)，而且Δt＝4s＝2T，路程s＝8A＝0.4m，選項(xiàng)C錯(cuò)，D對。

波動(dòng)問題的一個(gè)顯著特點(diǎn)是多解性，波的多解問題一直是高考的熱點(diǎn)。造成波的多解的主要因素有：1．波的空間周期性x＝nλ＋x0(n＝0,1,2，…)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況相同。2．波的時(shí)間周期性t＝kT＋t0(k＝0,1,2，…)時(shí)的波的圖像與t0時(shí)刻的圖像相同。3．波傳播方向的雙向性波既可以沿x軸正方向傳播，也可以沿x軸負(fù)方向傳播。4．波的對稱性波源的振動(dòng)，要帶動(dòng)它左、右相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，波要向左、右兩方向傳播，對稱性是指波在介質(zhì)中向左、右同時(shí)傳播時(shí)，關(guān)于波源對稱的左右兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況完全相同。2．如圖11－3所示，實(shí)線為某介質(zhì)中t＝0時(shí)刻的一列簡諧橫波的波形，虛線為t時(shí)的波形，OB間距離1.5λ。則如何確定這列波的波速和波的傳播方向？圖11－3答案：見解析[命題視角1]

如圖11－4所示，圖甲為一列沿x軸傳播的簡諧波在t＝0.1s時(shí)刻的波形。圖乙表示該波傳播的介質(zhì)中x＝2m處的質(zhì)點(diǎn)a從t＝0時(shí)起的振動(dòng)圖像。則 (

)

圖11－4A．波沿x軸正方向傳播B．波傳播的速度為20m/sC．t＝0.25s時(shí)，x＝4m處的質(zhì)點(diǎn)b的加速度沿y軸負(fù)方向D．t＝0.25s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)a的加速度沿y軸負(fù)方向[命題視角2]

一列簡諧橫波以10m/s的速度沿x軸正方向傳播，t＝0時(shí)刻這列波的波形如圖11－5所示。則a質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像為圖11－6中的 (

)圖11－5圖11－6[沖關(guān)錦囊]分析波動(dòng)圖像與振動(dòng)圖像問題的思路(1)分清振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像。橫坐標(biāo)為x則為波動(dòng)圖像，橫坐標(biāo)為t則為振動(dòng)圖像。(2)看清橫、縱坐標(biāo)的單位。尤其要注意單位前的數(shù)量級。(3)根據(jù)振動(dòng)圖像確定某一質(zhì)點(diǎn)在波形圖中某一時(shí)刻的振動(dòng)方向，再由波形圖判斷波的傳播方向。[命題視角1]一列橫波沿x軸傳播，傳播方向未知。t時(shí)刻與t＋0.4s時(shí)刻波形相同，兩時(shí)刻在x軸上－3m～3m的區(qū)間內(nèi)的波形如圖11－7所示。由圖像可以判定(

)圖11－7①該波最大速度為10m/s②在t＋0.2s時(shí)，x＝3m的質(zhì)點(diǎn)位移為零③質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期的最大值為0.4s④若波沿x軸正方向傳播，各質(zhì)點(diǎn)剛開始振動(dòng)時(shí)的方向向上。上述說法中正確的是 (

)A．①②

B．②③C．③④

D．①④[命題視角2]

一列簡諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形如圖11－8中的實(shí)線所示，t＝0.02s時(shí)刻的波形如圖中虛線所示。若該波的周期T大于0.02s，則該波的傳播速度可能是 (

)圖11－8A．2m/s B．3m/sC．4m/s D．5m/s[沖關(guān)錦囊]波的多解問題的求解策略解決波的多解問題的一般思路是采用從特殊到一般的思維方法，仔細(xì)分析是哪種情況引起的多解，一般來說有下列幾種情況：(1)如果是由于時(shí)間的周期性，則應(yīng)寫出時(shí)間與周期的關(guān)系式；(2)如果是由于波形的周期性，則寫出距離與波長的關(guān)系式；(3)如果是由于雙向性，則應(yīng)分兩種情況進(jìn)行討論。對于有限制條件的問題，要在解出通式以后再限制解，這樣可避免漏解。[命題視角1](2011·新課標(biāo)全國卷)一半圓柱形透明物體橫截面如圖11－9所示，底面AOB鍍銀(圓中粗線)，O表示半圓截面的圓心。一束光線在橫截面內(nèi)從M點(diǎn)入射，經(jīng)過圖11－9AB面反射后從N點(diǎn)射出。已知光線在M點(diǎn)的入射角為30°，∠MOA＝60°，∠NOB＝30°。求(1)光線在M點(diǎn)的折射角；(2)透明物體的折射率。[規(guī)范解題]

(1)如圖11－10，透明物體內(nèi)部的光路為折線MPN，Q、M點(diǎn)相對于底面EF對稱，Q、P和N三點(diǎn)共線。設(shè)在M點(diǎn)處，光的入射角為i，折射角為r，∠OMQ＝α，∠PNF＝β。根據(jù)題意有α＝30°①由幾何關(guān)系得，∠PNO＝∠PQO＝r，于是β＋r＝60°②且α＋r＝β③圖11－10由①②③式得r＝15°④[自主嘗試]由反射定律和折射定律，準(zhǔn)確作出光路圖，當(dāng)在玻璃界面的入射角小于45°時(shí)便有光線射入空氣了。[答案]

(1)45°光路圖見自主嘗試(2)2.1×108m/s[沖關(guān)錦囊]光的