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第14講 機械振動和機械波 光,1.(2013江蘇單科12B)(1)如圖1所示的裝置，彈簧振子的固有頻率是4 Hz?，F(xiàn)勻速轉動把手，給彈簧振子以周期性的驅動力，測得彈簧振子振動達到穩(wěn)定時的頻率為1 Hz，則把手轉動的頻率為________。,圖1,A.1 Hz B.3 Hz C.4 Hz D.5 Hz,(2)如圖2所示，兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行，相對地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上測得它們相距為L，則A測得兩飛船間的距離________(選填“大于”“等于”或“小于”)L。當B向A發(fā)出一光信號，A測得該信號的速度為________。,圖2,(3)圖3為單反照相機取景器的示意圖，ABCDE為五棱鏡的一個截面，AB⊥BC。光線垂直AB射入，分別在CD和EA上發(fā)生反射，且兩次反射的入射角相等，最后光線垂直BC射出。若兩次反射都為全反射，則該五棱鏡折射率的最小值是多少？(計算結果可用三角函數(shù)表示),圖3,2.(2014江蘇單科，12B)(1)某同學用單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到如4(甲)圖所示的條紋，僅改變一個實驗條件后，觀察到的條紋如(乙) 圖所示。他改變的實驗條件可能是________。,圖4,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,(2)在“探究單擺的周期與擺長的關系”實驗中，某同學準備好相關實驗器材后，把單擺從平衡位置拉開一個很小的角度后釋放，同時按下秒表開始計時，當單擺再次回到釋放位置時停止計時，將記錄的這段時間作為單擺的周期。以上操作中有不妥之處，請對其中兩處加以改正。 (3)Morpho蝴蝶的翅膀在陽光的照射下呈現(xiàn)出閃亮耀眼的藍色光芒，這是因為光照射到翅膀的鱗片上發(fā)生了干涉。電子顯微鏡下鱗片結構的示意圖見5圖。一束光以入射角i從a點入射，經(jīng)過折射和反射后從b點出射。設鱗片的折射率為n，厚度為d，兩片之間空氣層厚度為h。取光在空氣中的速度為c，求光從a到b所需的時間t。,圖5,3.(2015江蘇單科，12B) (1)一漁船向魚群發(fā)出超聲波，若魚群正向漁船靠近，則被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比________。 A.波速變大 B.波速不變 C.頻率變高 D.頻率不變 (2)用2106 Hz的超聲波檢查膽結石，該超聲波在結石和膽汁中的波速分別為2 250 m/s和1 500 m/s，則該超聲波在結石中的波長是膽汁中的________倍。用超聲波檢查膽結石是因為超聲波的波長較短，遇到結石時________(選填“容易”或“不容易”)發(fā)生衍射。,(3)人造樹脂是常用的眼鏡鏡片材料。如圖6所示，光線射在一人造樹脂立方體上，經(jīng)折射后，射在桌面上的P點。已知光線的入射角為30，OA＝5 cm，AB＝20 cm，BP＝12 cm，求該人造樹脂材料的折射率n。,圖6,從近三年江蘇省高考試題來看，本專題考查的題型相當穩(wěn)定和集中。從題型看，試題都是3個小題組合而成，有選擇題、填空題和計算題。從知識點上看，知識點分布較廣。 知識熱點 簡諧振動的特點、振動圖象和波的圖象；波速、波長和頻率(周期)的關系；光的折射定律、全反射及光導纖維。,考向一 振動(或波動)與光的折射、全反射的組合,核心知識,1.機械振動與機械波,1.(2015蘇北四市高三調(diào)研)(1)下列說法中正確的是________。 A.簡諧運動為勻變速直線運動 B.受迫振動的周期取決于驅動力的周期 C.未見其人先聞其聲，是因為聲波波長較長，容易發(fā)生衍射現(xiàn)象 D.聲波頻率的大小取決于在某種介質(zhì)中傳播的速度和波長的大小,圖7,(3)如圖8所示，半圓形玻璃磚的半徑R＝10 cm，AB與屏幕垂直并接觸于A點，激光束a射向半圓形玻璃磚的圓心O，激光束a對準O點從圖示位置在紙面內(nèi)順時針方向旋轉，當轉過角度為30時，光屏上有兩個光斑，當轉過的角度剛好過45時，光屏上恰好只有一個光斑，求：,圖8,①玻璃磚的折射率n； ②當轉過角度為30時，光屏上兩個光斑之間的距離L。,②光路如圖所示,2.(2015南京市、鹽城市高三模擬)(1)列車上安裝一個聲源，發(fā)出一定頻率的樂音。當列車與觀察者都靜止時，觀察者記住了這個樂音的音調(diào)。在以下情況中，觀察者聽到這個樂音的音調(diào)比原來降低的是________。 A.觀察者靜止，列車向他駛來 B.觀察者靜止，列車離他駛去 C.列車靜止，觀察者靠近列車 D.列車靜止，觀察者遠離列車,(2)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，t＝0時刻的圖象如圖9所示。周期T＝0.01 s，介質(zhì)中質(zhì)點P位于x＝2 m處。則該列波傳播的速度大小為________m/s。t＝0.15 s時質(zhì)點P振動沿________(填“＋y”或“－y”)方向。,圖9,答案 (1)BD (2)400 ＋y (3)2 m,光的折射和全反射題型的分析思路 (1)確定要研究的光線，有時需要根據(jù)題意分析、尋找臨界光線、邊界光線為研究對象。 (2)找入射點，確認界面，并畫出法線。 (3)明確兩介質(zhì)折射率的大小關系。 ①若光疏→光密：定有反射、折射光線。 ②若光密→光疏：如果入射角大于或等于臨界角，一定發(fā)生全反射。 (4)根據(jù)反射定律、折射定律列出關系式，結合幾何關系，具體求解。,核心知識,考向二 光學基本知識與波動(或振動)的組合,1.(1)關于物理原理在技術上的應用，下列說法中正確的是________。 A.激光全息照相是利用了激光相干性好的特性 B.3D電影是利用了光的干涉特性 C.攝影機鏡頭鍍膜增透是利用了光的衍射特性 D.紅外遙感是利用了紅外線具有顯著熱效應的特性,(2)某同學測量玻璃磚的折射率，準備了下列器材：激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚。如圖10所示，直尺與玻璃磚平行放置，激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點射向玻璃磚表面，在直尺上觀察到A、B兩個光點，讀出OA間的距離為20.00 cm，AB間的距離為5.77 cm，測得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d1＝10.00 cm，玻璃磚厚度d2＝5.00 cm。玻璃的折射率n＝________，光在玻璃中的傳播速度v＝________m/s(光在真空中傳播速度c＝3.0108 m/s，tan 30＝0.577)。,圖10,(3)一列簡諧波沿＋x軸方向傳播，t0＝0時刻波的圖象如圖11所示，此刻波剛好傳播至x1＝10 m處，在此后2 s時間內(nèi)x1＝10 m處的質(zhì)點通過的總路程是20 cm。求：,圖11,①波沿x軸傳播速率v； ②x軸上x2＝16 m處的質(zhì)點何時開始振動？開始振動時的方向如何？,解析 (1)全息照片的拍攝利用了光的干涉原理，而激光具有相干性好的特點，激光全息照相正是利用了激光的這一特性，選項A正確；3D電影利用了光的偏振，選項B錯誤；攝影機鏡頭鍍膜增透利用了薄膜干涉，選項C錯誤；紅外線遙感主要是利用紅外線穿透云霧能力強的特點，選項D錯誤。,答案 (1)A (2)1.41(或) 2.12108 (3)①4 m/s ②1.5 s ＋y方向(或向上),2.(1)下列說法正確的是________。 A.真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的 B.機械波和電磁波一樣，從空氣進入水中，波長都變短 C.泊松亮斑充分支持了光的波動說 D.超聲波與光波都具有偏振性,(2)如圖12所示，平靜的水面上同一豎直線上有兩個點光源Sa、Sb，可分別發(fā)出a、b兩種不同顏色的單色光。在光源的正上方放置一個圓形的遮光板，在水面上方同時恰好看不到兩個光源。則a光的頻率________(選填“＞”、“＝”或“＜”)b光的頻率。,圖12,(3)如圖13甲所示，一列簡諧橫波以1 m/s的速度沿繩子由A向B傳播，A、B間的距離為3 m。從波傳到A點開始計時，質(zhì)點A的振動圖象如圖乙所示。試求：,圖13,①該波的波長； ②經(jīng)過多長時間質(zhì)點B第一次位于波峰位置。,答案 (1)AC (2)＜ (3)①4 m ②6 s,3.利用波傳播的周期性、雙向性解題 (1)波的圖象的周期性：相隔時間為周期整數(shù)倍的兩個時刻的波形相同，從而使題目的解答出現(xiàn)多解的可能。 (2)波傳播方向的雙向性：在題目未給出波的傳播方向時，要考慮到波可沿x軸正向或負向傳播的兩種可能性。,高頻考點十五 波的圖象與光的折射、全反射的組合,2.求解光學計算題的“四點”注意 光的幾何計算題往往是光路現(xiàn)象與光的反射、折射、全反射(臨界點)及幾何圖形關系的綜合問題。解決此類問題應注意以下四個方面： (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)準確作出光路圖。 (4)充分考慮三角形、圓的特點，運用幾何圖形中的邊角關系、三角函數(shù)、相似形、全等形等，仔細分析光傳播過程中產(chǎn)生的幾何關系。,[2015蘇、錫、常、鎮(zhèn) 四市高三教學情況調(diào)研(一)]如圖14所示為兩列簡諧橫波在同一繩上傳播時某時刻的波形圖，甲波的速度為v1，乙波的速度為v2，質(zhì)點M的平衡位置為x＝0.2 m。則下列說法中正確的是________。,圖14,A.這兩列波發(fā)生干涉現(xiàn)象，且質(zhì)點M的振動始終加強 B.由圖示時刻開始，再經(jīng)過1/4甲波周期，M將位于波峰 C.甲波的速度v1與乙波的速度v2一樣大 D.因波的周期未知，故兩列波波速的大小無法比較 (2)相對論認為時間和空間與物體的速度有關。在高速前進中的列車的中點處，某乘客突然按亮電燈，使其發(fā)出一道閃光，該乘客認為閃光向前、向后傳播的速度相等，都為c；站在鐵軌旁邊地面上的觀察者認為閃光向前、向后傳播的速度________(填“相等”或“不等”)。車上的乘客認為，電燈的閃光同時到達列車的前、后壁：地面上的觀察者認為電燈的閃光先到達列車的________(填“前”或“后”)壁。,圖15,(1)下列說法正確的是( ) A.在機械波的傳播過程中，介質(zhì)質(zhì)點的振動速度等于波的傳播速度 B.當波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)中傳播時，頻率一定不變 C.在光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光由紅光改為綠光，則干涉條紋間距變寬 D.水中的氣泡看起來特別明亮，是因為光從水射向氣泡時，一部分光在界面上發(fā)生了全反射的緣故,(2)某介質(zhì)中，x＝0處的質(zhì)點在t＝0時刻開始振動，產(chǎn)生的波沿x軸正方向傳播，t＝0.3 s時波的圖象如圖16所示，質(zhì)點b剛好開始振動，則此時質(zhì)點a的振動方向為沿y軸________方向(填“正”或“負”)，波在介質(zhì)中傳播的速度為________。,圖16,圖17,答案 (1)BD (2)負 40 m/s (3)45,