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2022新高考二轮复习 专题七第2讲 振动和波动 光 课件（48张）
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这是一份2022新高考二轮复习 专题七第2讲 振动和波动 光 课件（48张），共48页。
考向一 机械振动和波与光的折射、全反射的组合1．巧解波动图象与振动图象综合问题的基本方法
2．波的多解问题的分析思路
3．光学问题分析思路(1)确定要研究的光线，有时需要根据题意分析、寻找临界光线和边界光线。(2)找入射点，确认界面，并画出法线。(3)明确两介质折射率的大小关系①若光疏→光密：定有反射、折射光线。②若光密→光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射。(4)根据反射定律、折射定律列出关系式，结合几何关系，具体求解。
[答案] (1)小于 最大
(2)如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的。光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为α，折射角为β；光从P点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角θ的正弦值表达式。
1．(2021·全国乙卷)(1)图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线，经过0.3 s后，其波形曲线如图中虚线所示。已知该波的周期T大于0.3 s，若波是沿x轴正方向传播的，则该波的速度大小为______ m/s，周期为_____ s；若波是沿x轴负方向传播的，该波的周期为______ s。
答案：(1)0.5 0.4 1.2
(2)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率，实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路，O和O′分别是入射点和出射点，如图(a)所示。测得玻璃砖厚度为h＝15.0 mm；A到过O点的法线OM的距离AM＝10.0 mm，M到玻璃砖的距离MO＝20.0 mm，O′到OM的距离为s＝5.0 mm。①求玻璃砖的折射率；②用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图(b)所示。光从上表面入射，入射角从0逐渐增大，达到45°时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。
2．(2021·全国甲卷)(1)如图，单色光从折射率n＝1.5、厚度d＝10.0 cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为3.0×108 m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为________ m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是______s≤t＜________ s(不考虑反射)。
(2)均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上，坐标分别为0和xB＝16 cm。某简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v＝20 cm/s，波长大于20 cm，振幅为y＝1 cm，且传播时无衰减。t＝0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，运动方向相反，此后每隔Δt＝0.6 s，两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻(t1>0)，质点A位于波峰。求：①从t1时刻开始，质点B最少要经过多长时间位于波峰；②t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。
答案： (2)①0.8 s ②－0.5 cm
3．(2020·全国Ⅱ卷)(1)用一个摆长为80.0 cm的单摆做实验，要求摆动的最大角度小于5°，则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过________cm(保留一位小数)。(提示：单摆被拉开小角度的情况下，所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程。)某同学想设计一个新单摆，要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等。新单摆的摆长应该取为________cm。
答案：(1)7.0 96.8
(2) 直角棱镜的折射率n＝1.5，其横截面如图所示，图中∠C＝90°，∠A＝30°。截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上。①光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由。②不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。
2．波的传播方向与质点振动方向的互判
(2)一列简谐横波沿x轴传播，图中实线和虚线分别代表t＝0时刻和t＝0.01 s时刻在0≤x≤8 m区域的波形，已知该波的频率f＜30 Hz，求：①波速大小及波的传播方向；②图中P质点(坐标xP＝1 m)从t＝0时刻开始经过多长时间第一次向下经过平衡位置以及此过程中P的平均速度大小。
[答案] (2)见解析
解析：(1)两束光线传播的光路图如图所示。
(2)在图甲中，轻弹簧上端固定，下端系一质量为m＝0.2 kg的小球，现让小球在竖直方向上做简谐运动，小球从最高点释放时开始计时，小球相对平衡位置的位移y随时间t按正弦规律变化，如图乙所示。取g＝10 m/s2。①写出小球相对平衡位置的位移y的表达式；②求0～9.2 s内小球的总路程L，并指出t＝9.2 s时小球的位置。
5．(1)用紫光做双缝干涉实验，在屏上观察到干涉条纹，若增大双缝距离，则屏上干涉条纹的间距将________(选填“变大”或“变小”)。若其他条件不变，改用红光做实验，则干涉条纹的间距将_______(选填“变大”或“变小”)。
答案：(1)变小 变大
(2)简谐横波沿x轴传播，MN是x轴上两质点，图甲是质点N的振动图象，图乙中实线是t＝3 s时的波形，质点M位于x＝8 m处，虚线是经过Δt后的波形，图中两波峰间距离Δx＝7.0 m，求：①波速大小和方向；②时间Δt和从此刻算起M点的位移第一次到达2.5 cm 所需时间。
6．(1)如图所示，某种复合光经过半圆形玻璃砖后分成a、b两束，光束a与法线的夹角为60°，光束b与法线的夹角为45°，则玻璃对a、b两种光的折射率之比na∶nb＝________；若复合光的入射角增大至37°，则a光束射出玻璃砖时与原法线的夹角为________；若用a、b两束光照射同一双缝干涉装置，测量a、b两束光的相邻亮条纹间距之比为Δxa∶Δxb，a、b两束光的频率之比fa∶fb＝________。
(2)同一种均匀介质中沿x轴正方向传播的简谐横波上有两个质点M和N，其平衡位置分别是xM＝10 cm和xN＝22 cm。t1＝14 s时刻，M离开平衡位置的位移是2 cm，N在波峰；t2＝16 s时刻，质点M第一次回到平衡位置；t3＝20 s时刻，质点N第一次回到平衡位置。求：①简谐横波的波长；②质点M离开平衡位置的位移y与时刻t的关系式。
考向一 机械振动和波与光的折射、全反射的组合1．巧解波动图象与振动图象综合问题的基本方法
2．波的多解问题的分析思路
3．光学问题分析思路(1)确定要研究的光线，有时需要根据题意分析、寻找临界光线和边界光线。(2)找入射点，确认界面，并画出法线。(3)明确两介质折射率的大小关系①若光疏→光密：定有反射、折射光线。②若光密→光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射。(4)根据反射定律、折射定律列出关系式，结合几何关系，具体求解。
[答案] (1)小于 最大
(2)如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的。光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为α，折射角为β；光从P点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角θ的正弦值表达式。
1．(2021·全国乙卷)(1)图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线，经过0.3 s后，其波形曲线如图中虚线所示。已知该波的周期T大于0.3 s，若波是沿x轴正方向传播的，则该波的速度大小为______ m/s，周期为_____ s；若波是沿x轴负方向传播的，该波的周期为______ s。
答案：(1)0.5 0.4 1.2
(2)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率，实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路，O和O′分别是入射点和出射点，如图(a)所示。测得玻璃砖厚度为h＝15.0 mm；A到过O点的法线OM的距离AM＝10.0 mm，M到玻璃砖的距离MO＝20.0 mm，O′到OM的距离为s＝5.0 mm。①求玻璃砖的折射率；②用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图(b)所示。光从上表面入射，入射角从0逐渐增大，达到45°时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。
2．(2021·全国甲卷)(1)如图，单色光从折射率n＝1.5、厚度d＝10.0 cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为3.0×108 m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为________ m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是______s≤t＜________ s(不考虑反射)。
(2)均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上，坐标分别为0和xB＝16 cm。某简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v＝20 cm/s，波长大于20 cm，振幅为y＝1 cm，且传播时无衰减。t＝0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，运动方向相反，此后每隔Δt＝0.6 s，两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻(t1>0)，质点A位于波峰。求：①从t1时刻开始，质点B最少要经过多长时间位于波峰；②t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。
答案： (2)①0.8 s ②－0.5 cm
3．(2020·全国Ⅱ卷)(1)用一个摆长为80.0 cm的单摆做实验，要求摆动的最大角度小于5°，则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过________cm(保留一位小数)。(提示：单摆被拉开小角度的情况下，所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程。)某同学想设计一个新单摆，要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等。新单摆的摆长应该取为________cm。
答案：(1)7.0 96.8
(2) 直角棱镜的折射率n＝1.5，其横截面如图所示，图中∠C＝90°，∠A＝30°。截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上。①光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由。②不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。
2．波的传播方向与质点振动方向的互判
(2)一列简谐横波沿x轴传播，图中实线和虚线分别代表t＝0时刻和t＝0.01 s时刻在0≤x≤8 m区域的波形，已知该波的频率f＜30 Hz，求：①波速大小及波的传播方向；②图中P质点(坐标xP＝1 m)从t＝0时刻开始经过多长时间第一次向下经过平衡位置以及此过程中P的平均速度大小。
[答案] (2)见解析
解析：(1)两束光线传播的光路图如图所示。
(2)在图甲中，轻弹簧上端固定，下端系一质量为m＝0.2 kg的小球，现让小球在竖直方向上做简谐运动，小球从最高点释放时开始计时，小球相对平衡位置的位移y随时间t按正弦规律变化，如图乙所示。取g＝10 m/s2。①写出小球相对平衡位置的位移y的表达式；②求0～9.2 s内小球的总路程L，并指出t＝9.2 s时小球的位置。
5．(1)用紫光做双缝干涉实验，在屏上观察到干涉条纹，若增大双缝距离，则屏上干涉条纹的间距将________(选填“变大”或“变小”)。若其他条件不变，改用红光做实验，则干涉条纹的间距将_______(选填“变大”或“变小”)。
答案：(1)变小 变大
(2)简谐横波沿x轴传播，MN是x轴上两质点，图甲是质点N的振动图象，图乙中实线是t＝3 s时的波形，质点M位于x＝8 m处，虚线是经过Δt后的波形，图中两波峰间距离Δx＝7.0 m，求：①波速大小和方向；②时间Δt和从此刻算起M点的位移第一次到达2.5 cm 所需时间。
6．(1)如图所示，某种复合光经过半圆形玻璃砖后分成a、b两束，光束a与法线的夹角为60°，光束b与法线的夹角为45°，则玻璃对a、b两种光的折射率之比na∶nb＝________；若复合光的入射角增大至37°，则a光束射出玻璃砖时与原法线的夹角为________；若用a、b两束光照射同一双缝干涉装置，测量a、b两束光的相邻亮条纹间距之比为Δxa∶Δxb，a、b两束光的频率之比fa∶fb＝________。
(2)同一种均匀介质中沿x轴正方向传播的简谐横波上有两个质点M和N，其平衡位置分别是xM＝10 cm和xN＝22 cm。t1＝14 s时刻，M离开平衡位置的位移是2 cm，N在波峰；t2＝16 s时刻，质点M第一次回到平衡位置；t3＝20 s时刻，质点N第一次回到平衡位置。求：①简谐横波的波长；②质点M离开平衡位置的位移y与时刻t的关系式。
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