【沖擊高考】2013年高考物理二輪專項復(fù)習 （考點預(yù)測 要點歸納 熱點重點難點 能力演練）專題五 振動與波、光學(xué)

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1、 2013年高考二輪復(fù)習專題五 振動與波、光學(xué) 知識網(wǎng)絡(luò) 考點預(yù)測 振動與波是歷年高考的必考內(nèi)容，其中命題率最高的知識點為波的圖象、波長、頻率、波速及其相互關(guān)系，特別是波的圖象與振動圖象的關(guān)系，一般以選擇題的形式出現(xiàn)，試題信息量大、綜合性強，一道題往往考查多個概念和規(guī)律．其中波的圖象，可以綜合考查對波的理解能力、推理能力和空間想象能力． 高考對光學(xué)部分的考查主要有：①光的折射現(xiàn)象，全反射；②光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象；③平面鏡成像的作圖方法；④雙縫干涉實驗測定光的波長；⑤光電效應(yīng)現(xiàn)象． 要點歸納 一、振動與波 單擺 (1)特點：①單擺是理想模型；②單擺的回復(fù)力由重

2、力沿圓弧方向的分力提供，當最大擺角α＜10°時，單擺的振動可看做簡諧運動，其振動周期T＝2π． (2)應(yīng)用：①計時器；②測定重力加速度g，g＝． 二、振動圖象與波動圖象的區(qū)別與聯(lián)系 振動圖象 波動圖象 圖象 研究對象 一個質(zhì)點 所有質(zhì)點 物理意義 橫軸上各點表示各個時刻，圖象表示一個質(zhì)點各個時刻的位移情況 橫軸上各點表示質(zhì)點的平衡位置，圖象表示某一時刻各個質(zhì)點的位移情況 圖象形成的物理過程 相當于順序“掃描”的結(jié)果 相當一次“拍照”的結(jié)果 所能提供的信息 直接得出振幅、周期 直接得出振幅、波長 可以算出頻率 據(jù)波速、波長和頻率(周期)的關(guān)系求其

3、中一個量 可以判斷出位移、加速度、回復(fù)力間的變化關(guān)系 振動方向和傳播方向的關(guān)系 三、機械波與電磁波 機械波 電磁波 對象 研究力學(xué)現(xiàn)象 研究電磁現(xiàn)象 周期性變化的物理量 位移隨時間和空間做周期性變化 電場E和磁場B隨時間和空間做周期性變化 傳播 傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)，分橫波和縱波兩種，傳播機械能 傳播不需要介質(zhì)，在真空中波速總是c，在介質(zhì)中傳播時，波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)系．電磁波都是橫波，傳播電磁能 特性 v＝，都會發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效應(yīng) 產(chǎn)生 由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生 無線電波由振蕩電路產(chǎn)生 光也是電磁波的一種，

4、由原子能級躍遷發(fā)出 四、平面鏡成像 1．平面鏡改變光的傳播方向，而不改變光的性質(zhì)． 2．平面鏡成像的特點：等大、正立、虛像，物、像關(guān)于鏡面對稱． 3．成像作圖要規(guī)范化． 射向平面鏡的入射光線和反射光線要用實線，并且要用箭頭標出光的傳播方向．反射光線的反向延長線只能用虛線，虛線上不能標箭頭． 鏡中的虛像是物體射到平面鏡上所有光線的反射光線反向延長后相交形成的．在成像作圖中，可以只畫兩條光線來確定像點． 法線既與界面垂直，又是入射光線與反射光線夾角的平分線． 平面鏡轉(zhuǎn)過一個微小的角度α，法線也隨之轉(zhuǎn)過角度α，當入射光線的方向不變時，反射光線則偏轉(zhuǎn)2α． 五、光的折射定律 1．折

5、射率：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角θ1的正弦與折射角θ2的正弦之比為定值n，叫做這種介質(zhì)的折射率，表示為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＝． 2．折射現(xiàn)象中光路是可逆的． 六、全反射和臨界角 1．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． 2．臨界角：使折射角等于90°時的入射角，某種介質(zhì)的臨界角C用sin C＝計算． 七、用折射定律分析光的色散現(xiàn)象 在分析、計算光的色散時，要掌握好折射率n的應(yīng)用及有關(guān)數(shù)學(xué)知識，著重理解兩點：①光的頻率(顏色)由光源決定，與介質(zhì)無關(guān)；②

6、在同一介質(zhì)中，頻率越大的光的折射率越大，再應(yīng)用n＝＝等知識，就能準確而迅速地判斷有關(guān)色光在介質(zhì)中的傳播速度、波長、入射光線與折射光線的偏折程度等問題． 八、光的波動性 1．光的干涉 (1)干涉條件：兩束光的頻率相同，并有穩(wěn)定的相位差． (2)雙縫干涉：兩列光波到達某點的路程差為波長的整數(shù)倍時，該處的光互相加強，出現(xiàn)亮條紋；當?shù)竭_某點的路程差為半波長的奇數(shù)倍時，該處的光互相削弱，出現(xiàn)暗條紋．相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)的間距Δx＝λ． (3)薄膜干涉：從薄膜前后表面反射的兩列波疊加產(chǎn)生的干涉．應(yīng)用：檢查平面的平整度、增透膜等． 2．光的衍射 發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物的尺寸跟光的波長

7、相近或比光的波長還小． 光的衍射條紋和干涉條紋不同．泊松亮斑是光的衍射引起的． 3．光的電磁說 麥克斯韋提出“光是一種電磁波”的假設(shè)，赫茲用實驗驗證了電磁說的正確性． 九、光的粒子性 1．光電效應(yīng) (1)現(xiàn)象：在光的照射下物體發(fā)射電子(光電子)的現(xiàn)象． (2)規(guī)律：任何金屬都存在極限頻率，只有用高于極限頻率的光照射金屬時，才會發(fā)生光電效應(yīng)．在入射光的頻率大于金屬的極限頻率的情況下，從光照射到金屬上到金屬逸出光電子的過程，幾乎是瞬時的．光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，與光的強度無關(guān)．單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光的強度成正比． 2．光電效應(yīng)方程：mvm2＝hν－W．

8、 3．光子說：即空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份的能量等于hν(ν為光子的頻率)，每一份叫做一個光子． 4．光的波粒二象性：光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應(yīng)表明光具有粒子性，因此光具有波粒二象性． 5．物質(zhì)波：任何一個運動的物體(小到電子大到行星)都有一個波與它對應(yīng)，波長λ＝(p為物體的動量)． 熱點、重點、難點 一、簡諧運動的動力學(xué)問題 圖6－1 ●例1　如圖6－1所示，一個彈簧振子在光滑水平面上的A、B兩點之間做簡諧運動．當振子經(jīng)過最大位移處(B點)時，有塊膠泥落在它的上面，并隨其一起振動，那么后來的振動與原來相比較(　　) A．振幅的大小不變

9、 B．加速度的最大值不變 C．速度的最大值變小 D．彈性勢能的最大值不變 【解析】當振子經(jīng)過最大位移處(B點)時，膠泥落在它的上面，在此過程中，膠泥減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，振子(含膠泥)在B點的速度仍為零，則其仍以O(shè)點為平衡位置做簡諧運動，且振幅的大小不變．于是，最大回復(fù)力和最大彈性勢能不變．由于質(zhì)量增大，則其最大加速度變小，在平衡位置的速度(即最大速度)變?。C上可知，選項A、C、D正確． [答案]　ACD 【點評】解決本題的關(guān)鍵在于正確理解簡諧運動的特征，了解簡諧運動中各個物理量的變化，找到“振幅的大小不變”這一突破口，進而分析求解．簡諧運動具有以下規(guī)律． ①在平衡位置：

10、速度最大、動能最大、動量最大，位移最小、回復(fù)力最小、加速度最小、勢能最?。? ②在位移大小等于振幅處：速度最小、動能最小、動量最小，位移最大、回復(fù)力最大、加速度最大、勢能最大． ③振動中的位移x都是以平衡位置為起點的，方向從平衡位置指向末位置，大小為這兩位置間的直線距離．加速度與回復(fù)力的變化一致，在兩個“端點”最大，在平衡位置為零，方向總是指向平衡位置． 二、簡諧運動的圖象、波的圖象 ●例2　一列簡諧橫波以1 m/s的速度沿繩子由A向B傳播，質(zhì)點A、B間的水平距離為3 m，如圖6－2甲所示．若t＝0時質(zhì)點A剛從平衡位置開始向上振動，其振動圖象如圖6－2 乙所示，則B點的振動圖象為圖6－2

11、丙中的(　　) 圖6－2 【解析】由題意知，λ＝v·T＝4 m 故lAB＝λ，經(jīng)過t＝T＝3 s時間B點開始振動． 又由波的傳播特性可知，每點開始振動的方向與振源的起振方向相同，故知B點的振動圖象為B． [答案]　B 【點評】本例雖然只要求B的振動圖象，但解析過程必須弄清楚波的傳播過程，可畫出t＝3 s時刻以及t′＝3 s＋Δt時刻AB方向波的圖象圖6－2丁所示． 圖6－2丁 ●例3　兩列振幅、波長均相同的簡諧橫波，以相同的速率沿相反方向在同一介質(zhì)中傳播．圖6－3所示為某一時刻兩波的波形圖，其中實線為向右傳播的波，虛線為向左傳播的波，a、b、c、d、e為五個等距離的質(zhì)點

12、．則在兩列波傳播的過程中，下列說法中正確的是(　　) 圖6－3 A．質(zhì)點a、b、c、d、e始終靜止不動 B．質(zhì)點b、d始終靜止不動 C．質(zhì)點a、c、e始終靜止不動 D．質(zhì)點a、c、e以振幅2A做簡諧運動 【解析】由波的疊加原理可知，圖示時刻質(zhì)點a、b、c、d、e的位移都為零．其中兩列波在a、c、e上引起的振動方向相同，在b、d兩點引起的振動方向總是相反，故b、d始終靜止不動，a、c、e以振幅2A做簡諧運動． [答案]　BD 【點評】①兩列波傳播至某點時，兩列波引起的振動“步調(diào)”相同時，干涉加強；引起的振動“步調(diào)”相反時，干涉減弱，不應(yīng)僅考慮波峰、波谷的相遇． ②振動加強的

13、點與振動減弱的點有規(guī)律地相互間隔． ③注：干涉圖樣不是固定不動的，加強的點在做更大振幅的振動． 三、平面鏡成像問題 ●例4　某物體左右兩側(cè)各有一豎直放置的平面鏡，兩平面鏡相互平行，物體距離左鏡4 m，右鏡8 m，如圖6－4甲所示．物體在左鏡所成的像中從右向左數(shù)的第三個像與物體的距離是[2009年高考·全國理綜卷Ⅰ](　　) 圖6－4甲 A．24 m B．32 m C．40 m D．48 m 【解析】物體在左鏡中所成的各像如圖6－4乙所示，可知左鏡中從右向左的第三個像是第一個像在右鏡中的像再在左鏡中成的像，即看見像時為光線在左鏡反射一次后在右鏡反射一次再在左鏡反射一次進入眼睛，由

14、平面鏡成像的對稱性可得：d＝32 m． 圖6－4乙 [答案]　B 【點評】光線經(jīng)過平面鏡反射進入眼睛，眼睛逆著光線確定光源，感覺光是從“虛像”發(fā)出． 四、光的折射與全反射 光學(xué)器材是由透明介質(zhì)制成的，當光線從空氣照射到這些透明體的表面時，折射進入透明體，然后再發(fā)生其他的光學(xué)現(xiàn)象．解這類問題用到的光學(xué)知識主要是反射定律、折射定律、全反射知識和數(shù)學(xué)中的幾何知識． 1．視深問題 ●例5　某水池的實際深度為h，若某人垂直水面往下看時，水池的視深為多少？(設(shè)水的折射率為n) 【解析】如圖所示，作兩條從水底S發(fā)出的折射光線，一條垂直射出水面，另一條入射角很小(眼睛對光點的張角很小)，

15、這兩條折射光線反向延長線的交點S′ 就是看到的S的像． 在△AS′O中，tan α＝ 在△ASO中，tan γ＝ 則＝ 因為α、γ很小，所以sin α≈tan α，sin γ≈tan γ 得：h′＝h＝． [答案]　 【點評】本題考查光的折射定律在實際中的應(yīng)用．正確畫出光路圖，并運用近似理論是求解此類問題的關(guān)鍵． 2．巧妙運用光路圖解題和光學(xué)作圖問題 (1)解決幾何光學(xué)的基本方法是：畫出光路圖，理解有關(guān)概念，靈活運用數(shù)學(xué)知識求解．在反射和折射現(xiàn)象中，“光路可逆”是解決較復(fù)雜問題常用的思想方法．注意：光路圖的作法必須遵循反射和折射定律． (2)由于同一介質(zhì)對不同色光的折射

16、率不同，導(dǎo)致光的色散現(xiàn)象．利用光的折射定律解決的問題主要有“視深”和棱鏡等．正確畫出光路圖是求解此類問題的關(guān)鍵． (3)作圖法是解決幾何光學(xué)問題的主要方法之一．完成光路圖的依據(jù)是光的傳播規(guī)律，作圖時常常要運用逆向思維——先由像確定反射光線，再確定入射光線．解題中常常要巧用光路可逆規(guī)律分析問題，在實像的位置換上物點，必定在原來物點處成像，即像、物互換．另外，涉及有關(guān)范圍的問題，確定有關(guān)邊界光線是解決問題的關(guān)鍵． ●例6　圖6－5甲所示為一個儲油圓柱桶，其底面直徑與桶高相等．當桶中無油時，貼著桶的上邊緣上的A點恰能看到桶底邊緣上的B處；當桶內(nèi)油的深度等于桶高的一半時，眼所處的位置不變，在桶外沿

17、AB方向看去，恰能看到桶底上的C點，且BC的距離是桶底直徑的四分之一(A、B、C三點在同一豎直平面內(nèi)，且BC在同一條直徑線上)．據(jù)此可估算出該油的折射率n和光在這種油中的傳播速度v分別為(已知真空中的光速c＝3×108 m/s)(　　) 圖6－5甲 A．1.6、1.9×108 m/s B．2.0、1.6×108 m/s C．2.2、2.2×108 m/s D．1.6、1.6×108 m/s 【解析】當油的深度為桶高的一半時，眼睛看見C點的光路圖如圖6－5乙所示，可得： 圖6－5乙 n＝＝1.6 又因為n＝ 可得v＝1.9×108 m/s． [答案]　A 【點評】

18、準確地畫出光路圖是解決幾何光學(xué)問題的關(guān)鍵． ●例7　一束單色光斜射到厚平板玻璃的一個表面上，經(jīng)兩次折射后從玻璃板另一個表面射出，出射光線相對于入射光線側(cè)移了一段距離．在下列情況下，出射光線側(cè)移距離最大的是[2008年高考·全國理綜卷Ⅱ](　　) A．紅光以30°的入射角入射 B．紅光以45°的入射角入射 C．紫光以30°的入射角入射 D．紫光以45°的入射角入射 【解析】如圖所示，由題意可知，O2A為偏移距離Δx，有： Δx＝·sin(i－r) n＝ 若為同一單色光，即n值相同．當i增大時，r也增大，但i比r增大得快，sin(i－r)＞0且增大，＞0且增大，故A、C選項錯

19、誤． 若入射角相同，則： Δx＝dsin i(1－) 即當n增大，Δx也增大，故選項B錯誤、D正確． [答案]　D 【點評】①某束單色光照到介質(zhì)表面，當入射角增大時，折射角也增大，但入射角比折射角增大得快． ②一束復(fù)色光經(jīng)過平板玻璃也會發(fā)生色散現(xiàn)象，即射出光的邊緣出現(xiàn)彩色，只是當玻璃較薄時這個現(xiàn)象不太明顯． ●例8　一足夠大的水池內(nèi)盛有某種透明液體，液體的深度為H，在水池的底部中央放一點光源，其中一條光線以30°的入射角射到液體與空氣的界面上，它的反射光線與折射光線的夾角為105°，如圖6－6甲所示，則可知(　　) 圖6－6甲 A．液體的折射率為 B．液體的折射率為

20、 C．整個水池表面都有光射出 D．液體表面亮斑的面積為πH2 【解析】由題意知i＋r＝180°－105°＝75° r＝75°－30°＝45° 故折射率n＝＝ 該液體的臨界角C＝arcsin＝45° 可得液體表面亮斑的半徑如圖6－6 乙所示，r＝H 圖6－6乙 故亮斑面積為： S＝πH2． [答案]　AD 【點評】利用反射定律、折射定律和幾何知識，解出折射角是解本題的關(guān)鍵． 五、干涉、衍射與偏振 1．干涉與衍射的比較 光的干涉與衍射現(xiàn)象是光的波動性的表現(xiàn)，也是光具有波動性的證據(jù)．兩者的區(qū)別是：光的干涉現(xiàn)象只有在符合一定條件下才發(fā)生；而光的衍射現(xiàn)象卻總是存在的，只有

21、明顯與不明顯之分． 光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象在屏上出現(xiàn)的都是明暗相間的條紋，但雙縫干涉時條紋間隔均勻，從中央到兩側(cè)的明紋亮度不變化；而單縫衍射的條紋間隔不均勻，中央明紋又寬又亮，從中央向兩側(cè)，條紋寬度減小，明紋亮度顯著減弱． 2．光的偏振 橫波的振動矢量垂直于波的傳播方向振動時，偏于某個特定方向的現(xiàn)象叫偏振．縱波只能沿著波的傳播方向振動，所以不可能有偏振，光的偏振現(xiàn)象證明光是橫波．光的偏振現(xiàn)象在科技、生活中的應(yīng)用有：照相機鏡頭上的偏振片、立體電影等． ●例9　圖6－7所示為一豎直的肥皂膜的橫截面，用單色光照射薄膜，在薄膜上產(chǎn)生明暗相間的條紋，下列說法正確的是(　　) 圖6－7 A

22、．薄膜上的干涉條紋是豎直的 B．薄膜上的干涉條紋是水平的 C．用藍光照射薄膜所產(chǎn)生的干涉條紋的間距比用紅光照射時的小 D．干涉條紋是由于光線在薄膜前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果 【解析】光從肥皂膜的前后表面反射形成相干光，其路程差與薄膜厚度有關(guān)；在重力作用下，肥皂膜形成上薄下厚的楔形，在同一水平面上厚度相等，形成亮紋(或暗紋)．因此，干涉條紋應(yīng)是水平的．又因藍光的波長小于紅光的波長，所以用藍光照射薄膜所產(chǎn)生的干涉條紋的間距較紅光的?。C上所述，選項B、C、D正確． [答案]　BCD 【點評】本題主要考查的是薄膜干涉形成的原因，以及干涉條紋與入射光波長之間的關(guān)系． 六、光電

23、效應(yīng)的規(guī)律與應(yīng)用 ●例10　如圖6－8所示，用導(dǎo)線將驗電器與潔凈鋅板連接，觸摸鋅板使驗電器指示歸零．用紫外線照射鋅板，驗電器指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，接著用毛皮摩擦過的橡膠棒接觸鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器的指針張角減小，此現(xiàn)象說明鋅板帶________(填“正”或“負”)電；若改用紅外線重復(fù)以上實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)驗電器指針根本不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明金屬鋅的極限頻率________(填“大于”或“小于”)紅外線的頻率．[2008年高考·上海物理卷] 圖6－8 【解析】因鋅板被紫外線照射后發(fā)生光電效應(yīng)，驗電器指針帶正電荷而偏轉(zhuǎn)；毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電，與鋅板接觸時，電子與驗電器指針上的正電荷中和，而使張角減小；用紅外線照射鋅板時，驗電器指針的偏角不變，鋅板未發(fā)生光電效應(yīng)，說明鋅板的極限頻率大于紅外線的頻率． [答案]　正　大于 【點評】光電效應(yīng)在物理學(xué)史上具有較重要的意義，需要熟記其現(xiàn)象、清楚地理解其產(chǎn)生的機制． - 10 -