1、第十二章 波与相对论选修34备考指南考 点内 容要求考 点内 容要求一、机械振动简谐运动四、光的波动性电磁波相对论光的干涉、衍射和偏振现象简谐运动的公式和图像变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁波及其传播单摆、单摆的周期公式受迫振动和共振电磁波的产生、发射和接收二、机械波机械波电磁波谱横波和纵波狭义相对论的基本假设横波的图像质速关系、质能关系波速、波长和频率(周期)的关系相对论质能关系式波的干涉和衍射现象实验十四探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度多普勒效应三、光的折射全反射光的折射定律实验十五测定玻璃的折射率折射率实验十六用双缝干涉测光的波长全反射、光导纤维把握考情找规律：从近几年的
2、高考试题来看，对本章内容主要考查简谐运动的图像、波动图像以及波的传播规律等；另外对光学知识的考查主要以折射定律、全反射等知识为主。明热点：预计在2016年高考中，对本部分内容的考查仍将以图像为主，考查振动和波动问题；并以光的折射和全反射为重点考查光学知识。第1节机械振动(1)简谐运动是匀变速运动。()(2)周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量。()(3)振幅等于振子运动轨迹的长度。()(4)简谐运动的回复力可以是恒力。()(5)弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零、动能最大。()(6)单摆在任何情况下的运动都是简谐运动。()(7)物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关。()(8)
3、简谐运动的图像描述的是振动质点的轨迹。() 要点一简谐运动1动力学特征Fkx，“”表示回复力的方向与位移方向相反，k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数。2运动学特征简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比而方向相反，为变加速运动，远离平衡位置时，x、F、a、Ep均增大，v、Ek均减小，靠近平衡位置时则相反。3运动的周期性特征相隔T或nT的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同。4对称性特征(1)相隔或(n为正整数)的两个时刻，振子位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度大小相等，方向相反。(2)如图1211所示，振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P(OPOP)时，速度的大小、动能、势能
4、相等，相对于平衡位置的位移大小相等。图1211(3)振子由P到O所用时间等于由O到P所用时间，即tPOtOP(4)振子往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等，即tOPtPO。5能量特征振动的能量包括动能Ek和势能Ep，简谐运动过程中，系统动能与势能相互转化，系统的机械能守恒。典例1(2014浙江高考)一位游客在千岛湖边欲乘坐游船，当日风浪较大，游船上下浮动。可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，振幅为20 cm，周期为3.0 s。当船上升到最高点时，甲板刚好与码头地面平齐。地面与甲板的高度差不超过10 cm时，游客能舒服地登船。在一个周期内，游客能舒服登船的时间是()A0.5 sB0
5、.75 sC1.0 s D1.5 s解析由于振幅A为20 cm，振动方程为yA sin t(从游船位于平衡位置时开始计时，)，由于高度差不超过10 cm时，游客能舒服登船，代入数据可知，在一个振动周期内，临界时刻为t1，t2，所以在一个周期内能舒服登船的时间为tt2t11.0 s，选项C正确。答案C典例2(多选)一简谐振子沿x轴振动，平衡位置在坐标原点。t0时刻振子的位移x0.1 m；t s时刻x0.1 m；t4 s时刻x0.1 m。该振子的振幅和周期可能为()A0.1 m， sB0.1 m,8 sC0.2 m， s D0.2 m,8 s思路点拨(1)题目中所对应的情况有几种可能？提示：由题目
6、所给条件可知有两种可能。开始速度指向平衡位置。开始速度背离平衡位置。(2)请作出示意图，并在图中找出对应几个时刻的振子位置。提示：解析若振子的振幅为0.1 m，(s)(n)T，则周期最大值为 s，A项正确，B项错；若振子的振幅为0.2 m，由简谐运动的对称性可知，当振子由x0.1 m处运动到负向最大位移处再反向运动到x0.1 m处，再经n个周期时所用时间为 s，则(n)T(s)，所以周期的最大值为 s，且t4 s时刻 x0.1 m，故C项正确；当振子由x0.1 m经平衡位置运动到x0.1 m处，再经n个周期时所用时间为 s，则(n)T(s)，所以此时周期的最大值为8 s，且t4 s时，x0.1
7、 m，故D项正确。答案ACD规律总结分析简谐运动的技巧(1)分析简谐运动中各物理量的变化情况时，一定要以位移为桥梁，位移增大时，振动质点的回复力、加速度、势能均增大，速度、动能均减小；反之，则产生相反的变化。另外，各矢量均在其值为零时改变方向。(2)分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性。针对训练1(多选)某质点做简谐运动，其位移随时间变化的关系式为xAsint，则质点()A第1 s末与第3 s末的位移相同B第1 s末与第3 s末的速度相同C第3 s末至第5 s末的位移方向都相同D第3 s末至第5 s末的速度方向都相同解析：选AD由关系式可知rad/s，T8 s，将t1 s和t3 s代入
8、关系式中求得两时刻位移相同，A对；作出质点的振动图像，由图像可以看出，第1 s末和第3 s末的速度方向不同，B错；由图像可知，第3 s末至第4 s末质点的位移方向与第4 s末至第5 s末质点的位移方向相反，而速度的方向相同，故C错、D对。2(2014重庆高考)一竖直悬挂的弹簧振子，下端装有一记录笔，在竖直面内放置有一记录纸。当振子上下振动时，以速率v水平向左匀速拉动记录纸，记录笔在纸上留下如图1212所示的图像。y1、y2、x0、2x0为纸上印迹的位置坐标。由此图求振动的周期和振幅。图1212解析：由图像可知，振子在一个周期内沿x方向的位移为2x0，水平速度为v，故周期T；又由图像知2Ay1y
9、2，故振幅A。答案：周期为振幅为要点二简谐运动的图像1对简谐运动图像的认识(1)简谐运动的图像是一条正弦或余弦曲线，如图1213所示。图1213(2)图像反映的是位移随时间的变化规律，随时间的增加而延伸，图像不代表质点运动的轨迹。2图像信息(1)由图像可以得出质点做简谐运动的振幅、周期和频率。(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。(3)可以确定某时刻质点回复力、加速度的方向：因回复力总是指向平衡位置，故回复力和加速度在图像上总是指向t轴。(4)确定某时刻质点速度的方向：速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定，下一时刻位移如增加，振动质点的速度方向就是远离t轴，下一时刻位移如减小，振动
10、质点的速度方向就是指向t轴。(5)比较不同时刻回复力、加速度的大小。(6)比较不同时刻质点的动能、势能的大小。典例(2012北京高考)一个弹簧振子沿x轴做简谐运动，取平衡位置O为x轴坐标原点。从某时刻开始计时，经过四分之一周期，振子具有沿x轴正方向的最大加速度。能正确反映振子位移x与时间t关系的图像是()图1214思路点拨(1)具有沿x轴正方向最大加速度的位置？提示：振子在负的最大位移处。(2)具有沿x轴负方向的最大加速度的位置？提示：振子在正的最大位移处。(3)从平衡位置到最大位移处所用时间最少为多少？提示：周期。解析弹簧振子做简谐运动，由回复力公式Fkx，结合牛顿第二定律Fma可知，经四分
11、之一的周期有沿x轴正方向的最大加速度，则其位移为负的最大值。t0时刻振子应该自平衡位置向x轴负向运动，故选项A正确。答案A针对训练1一质点做简谐运动的图像如图1215所示，下列说法正确的是()图1215A质点振动频率是4 HzB在10 s内质点经过的路程是20 cmC第4 s末质点的速度为零D在t1 s和t3 s两时刻，质点位移大小相等，方向相同解析：选B由振动图像可知，质点振动的周期是4 s，频率为0.25 Hz，故A错误；振幅为2 cm。一个周期质点经过的路程为4A,10 s为2.5个周期，经过的路程为2.54A10A20 cm，B正确；4 s末质点在平衡位置，速度最大，故C错误；在t1
12、s和t3 s两时刻，质点分别在正最大位移和负最大位移，大小相等、方向相反，故D错误。2一质点做简谐运动，其位移和时间的关系如图1216所示。图1216(1)求t0.25102 s时的位移；(2)在t1.5102 s到t2102 s的振动过程中，质点的位移、回复力、速度、动能、势能如何变化？(3)在t0到t8.5102 s时间内，质点的路程、位移各多大？解析：(1)由题图可知A2 cm，T2102 s，振动方程为xAsin Acos t2cos t cm2cos 100t cm当t0.25102 s时，x2cos cm cm。(2)由题图可知在1.5102 s2102 s的振动过程中，质点的位移
13、变大，回复力变大，速度变小，动能变小，势能变大。(3)从t0至t8.5102 s时间内经历个周期，质点的路程为s17A34 cm，位移为2 cm。答案：(1) cm(2)变大变大变小变小变大(3)34 cm2 cm要点三受迫振动和共振1自由振动、受迫振动和共振的关系比较振动项目自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力受驱动力作用受驱动力作用振动周期或频率由系统本身性质决定，即固有周期T0或固有频率f0由驱动力的周期或频率决定，即TT驱或ff驱T驱T0或f驱f0振动能量振动物体的机械能不变由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆(5)机械工作时底座发生的振动共振筛、声音的
14、共鸣等2对共振的理解(1)共振曲线：如图1217所示，横坐标为驱动力频率f，纵坐标为振幅A。它直观地反映了驱动力频率对某固有频率为f0的振动系统受迫振动振幅的影响，由图可知，f与f0越接近，振幅A越大；当ff0时，振幅A最大。图1217(2)受迫振动中系统能量的转化：做受迫振动的系统的机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换。多角练通1.(2013江苏高考)如图1218所示的装置，弹簧振子的固有频率是4 Hz。现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1 Hz，则把手转动的频率为()图1218A1 HzB3 HzC4 Hz D5 Hz解析：选A本题考查受迫振
15、动的特点，意在考查考生对受迫振动特点的掌握。弹簧振子做受迫振动，因此振动频率等于驱动力的频率，即为1 Hz，A项正确。2.(多选)如图1219所示，A球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动，振动达到稳定时，下列说法中正确的是()图1219A只有A、C的振动周期相等BC的振幅比B的振幅小CC的振幅比B的振幅大DA、B、C的振动周期相等解析：选CDA振动后，水平细绳上驱动力的周期TA2，迫使B、C做受迫振动，受迫振动的频率等于A施加的驱动力的频率，所以TATBTC，而TC固2 TA，TB固2 TA，故C共振，B不共振，C的振幅比B的振幅大，所以C、D正确。3一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线(振
16、幅A与驱动力频率f的关系)如图12110所示，则()图12110A此单摆的固有周期约为0.5 sB此单摆的摆长约为1 mC若摆长增大，单摆的固有频率增大D若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动解析：选B由共振曲线知此单摆的固有频率为0.5 Hz，固有周期为2 s；再由T2 ，得此单摆的摆长约为1 m；若摆长增大，单摆的固有周期增大，固有频率减小，则共振曲线的峰将向左移动。对点训练：简谐运动1(2013上海高考)做简谐振动的物体，当它每次经过同一位置时，可能不同的物理量是()A位移B速度C加速度 D回复力解析：选B做简谐振动的物体，经过同一位置时，相对平衡位置的位移x相同，回复力(Fkx)相同，由牛
17、顿第二定律(Fma)知加速度a相同，物体可能以方向相反的速度经过同一位置，故B正确。2.如图1所示，弹簧振子在振动过程中，振子从a到b历时0.2 s，振子经a、b两点时速度相同，若它从b再回到a的最短时间为0.4 s，则该振子的振动频率为()图1A1 Hz B1.25 HzC2 Hz D2.5 Hz解析：选B由简谐运动的对称性可知，tOb0.1 s，tbc0.1 s，故0.2 s，解得T0.8 s，f1.25 Hz，选项B正确。3.如图2所示，物体A和B用轻绳相连，挂在轻弹簧下静止不动，A的质量为m，B的质量为M，弹簧的劲度系数为k。当连接A、B的绳突然断开后，物体A将在竖直方向上做简谐运动，
18、则A振动的振幅为()图2A. B.C. D.解析：选A在物体A振动的平衡位置处，弹簧弹力和A物体重力相等。物体B将A拉至平衡位置以下最大位移x处，故物体A振动的振幅为，A正确。对点训练：简谐运动的图像4有一个在y方向上做简谐运动的物体，其振动图像如图3所示。下列关于图4中(1)(4)的判断正确的是()图3图4A图(1)可作为该物体的速度时间图像B图(2)可作为该物体的回复力时间图像C图(3)可作为该物体的回复力时间图像D图(4)可作为该物体的加速度时间图像解析：选C因为Fkx，a，故图(3)可作为Ft、at图像；而v随x增大而减小，故v t图像应为图(2)。5.(多选)弹簧振子做简谐运动的图像
19、如图5所示，下列说法正确的是()图5A在第5秒末，振子的速度最大且沿x方向B在第5秒末，振子的位移最大且沿x方向C在第5秒末，振子的加速度最大且沿x方向D在0到5秒内，振子通过的路程为10 cm解析：选BCD由题图可知第5秒末，振子处于正的最大位移处，此时有负方向的最大加速度，速度为零，故B、C正确，A错误；在0到5 s内，振子经过个全振动，路程为5A10 cm，故D正确。6.图6为一弹簧振子的振动图像，由此可知()图6A在t1时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最大B在t2时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最小C在t3时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最小D在t4时刻，振子的动能最大，所受的弹
20、性力最大解析：选B从题中图像的横坐标和纵坐标可知此图是振动图像，它所描述的是一个质点在不同时刻的位置，t2和t4是在平衡位置处，t1和t3是在最大位移处，根据弹簧振子振动的特征，弹簧振子在平衡位置时的速度最大，加速度为零，即弹性力为零；在最大位移处，速度为零，加速度最大，即弹性力为最大，所以B正确。7.如图7所示是弹簧振子的振动图像，由此图像可得，该弹簧振子做简谐运动的公式是()图7Ax2sin(2.5t)Bx2sin(2.5t)Cxsin(2.5t)Dx2sin 2.5t解析：选D由图像可知：A2 cm，2.5，0。所以x2sin2.5t，D正确。8劲度系数为20 N/cm的弹簧振子，它的振
21、动图像如图8所示，则()图8A在图中A点对应的时刻，振子所受的弹力大小为0.5 N，方向指向x轴的负方向B在图中A点对应的时刻，振子的速度方向指向x轴的正方向C在04 s内振子做了1.75次全振动D在04 s内振子通过的路程为0.35 cm，位移为0解析：选B由题图可知A在t轴上方，位移x0.25 cm，所以弹力Fkx5 N，即弹力大小为5 N，方向指向x轴的负方向，选项A错误。由题图可知此时振子的速度方向指向x轴的正方向，选项B正确。由题图可看出，t0、t4 s时刻振子的位移都是最大，且都在t轴的上方，在04 s内振子完成两次全振动，选项C错误。由于t0时刻和t4 s时刻振子都在最大位移处，
22、所以在04 s内振子的位移为零，又由于振幅为0.5 cm，在04 s内振子完成了2次全振动，所以在这段时间内振子通过的路程为240.5 cm4 cm，故选项D错误。9如图9甲所示，弹簧振子以O点为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动。取向右为正方向，振子的位移x随时间t的变化如图乙所示，下列说法正确的是()图9At0.8 s时，振子的速度方向向左Bt0.2 s时，振子在O点右侧6 cm处Ct0.4 s和t1.2 s时，振子的加速度完全相同Dt0.4 s到t0.8 s的时间内，振子的速度逐渐减小解析：选A从t0.8 s时起，再过一段微小时间，振子的位移为负值，因为取向右为正方向，故t0.8 s时
23、，速度方向向左，A正确；由题中图像得振子的位移x12sin t cm，故t0.2 s时，x6 cm，故B错误；t0.4 s和t1.2 s时，振子的位移方向相反，由a知，加速度方向相反，C错误；t0.4 s到t0.8 s的时间内，振子的位移逐渐变小，故振子逐渐靠近平衡位置，其速度逐渐变大，故D错误。对点训练：受迫振动、共振10(2015银川模拟)在飞机的发展史中有一个阶段，飞机上天后不久，飞机的机翼很快就抖动起来，而且越抖越厉害，后来人们经过了艰苦的探索，利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法，解决了这一问题。在飞机机翼前装置配重杆的主要目的是()A加大飞机的惯性B使机体更加平衡C使机翼更加牢
24、固 D改变机翼的固有频率解析：选D当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，振幅较大，因此要减弱机翼的振动，必须改变机翼的固有频率，选D。11下表记录了某受迫振动的振幅随驱动力频率变化的关系，若该振动系统的固有频率为f固，则()驱动力频率/Hz304050607080受迫振动振幅/ cm10.216.827.228.116.58.3Af固60 Hz B60 Hzf固70 HzC50 Hzf固60 Hz D以上三个都不对解析：选C从如图所示的共振曲线可判断出f驱与f固相差越大，受迫振动的振幅越小；f驱与f固越接近，受迫振动的振幅越大。并可以从中看出f驱越接近f固，振幅的变化越慢。比较各组数据知f驱在
25、50 Hz60 Hz范围内时，振幅变化最小，因此50 Hzf固60 Hz，即C正确。考点综合训练12一物体沿x轴做简谐运动，振幅为8 cm，频率为0.5 Hz，在t0时，位移是4 cm，且向x轴负方向运动，试写出用正弦函数表示振动方程并画出相应的振动图像。解析：简谐运动振动方程的一般表示式为xAsin(t0)，根据题给条件有：A0.08 m，2f，所以x0.08 sin(t0)m，将t0时x00.04 m代入得0.040.08sin 0，解得初相0或0，因为t0时，速度方向沿x轴负方向，即位移在减小，所以取0，所求的振动方程为x0.08sin(t)m，对应的振动图像如图所示。答案：x0.08s
26、in(t)m图像见解析13(2015温州十校联合体期中)弹簧振子以O点为平衡位置，在B、C两点间做简谐运动，在t0时刻，振子从O、B间的P点以速度v向B点运动；在t0.2 s时，振子速度第一次变为v；在t0.5 s时，振子速度第二次变为v。(1)求弹簧振子振动周期T；(2)若B、C之间的距离为25 cm，求振子在4.0 s内通过的路程；(3)若B、C之间的距离为25 cm，从平衡位置计时，写出弹簧振子位移表达式，并画出弹簧振子的振动图像。解析：(1)弹簧振子简谐运动示意图如图所示，由对称性可得：T0.52 s1.0 s(2)若B、C之间距离为25 cm，则振幅A25 cm12.5 cm振子4.
27、0 s内通过的路程s412.5 cm200 cm(3)根据xAsin t，A12.5 cm，2得x12.5sin 2t(cm)。振动图像为答案：(1)1.0 s(2)200 cm(3)x12.5sin 2t(cm)图像见解析图第2节机械波,(1)在水平方向传播的波为横波。()(2)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。()(3)通过波的图像可以找出任一质点在任意时刻的位移。()(4)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。()(5)机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。()(6)波速表示介质中质点振动的快慢。()(7)两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。()(8)一切波都能
28、发生衍射现象。()(9)多普勒效应说明波源的频率发生变化。()要点一波的形成与传播(1)在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离叫波长。(2)波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同。(3)介质中每个质点做的都是受迫振动，所以任一质点的振动频率和周期都和波源相同。因此可以断定：波从一种介质进入另一种介质，由于介质的情况不同，它的波长和波速可以改变，但频率和周期都不会改变。(4)振源经过一个周期T完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离，所以有vf。(5)质点振动nT(波传播n)时，波形不变。(6)相隔波长整数倍的两质点，振动状态总相同，相隔半波长奇数倍的两质点，振动状态
29、总相反。典例(2014天津高考)平衡位置处于坐标原点的波源S在y轴上振动，产生频率为50 Hz的简谐横波向x轴正、负两个方向传播，波速均为100 m/s。平衡位置在x轴上的P、Q两个质点随波源振动着，P、Q的x轴坐标分别为xP3.5 m、xQ3 m。当S位移为负且向y方向运动时，P、Q两质点的()A位移方向相同、速度方向相反B. 位移方向相同、速度方向相同C. 位移方向相反、速度方向相反D. 位移方向相反、速度方向相同解析由题可知，波动周期为T s0.02 s，波长 vT2 m，则xS Q3 m1，因此Q质点与S质点的振动完全相反，当S质点位移为负，且向y方向运动时，Q质点的位移为正，且向y方
30、向运动，两质点位移大小相等；xSP3.5 m1，则P质点的位移也一定为负，但沿y方向运动，位移大小与S质点的位移不一定相等，因此P质点和Q质点的位移方向相反，速度方向相同，D项正确，A、B、C项错误。答案D针对训练1(多选)(2013全国卷)如图1221所示，a、b、c、d是均匀媒质中x轴上的四个质点，相邻两点的间距依次为2 m、4 m和6 m。一列简谐横波以2 m/s的波速沿x轴正向传播，在t0时刻到达质点a处，质点a由平衡位置开始竖直向下运动，t3 s时a第一次到达最高点。下列说法正确的是()图1221A在t6 s时刻波恰好传到质点d处B在t5 s时刻质点c恰好到达最高点C质点b开始振动后
31、，其振动周期为4 sD在4 st6 s的时间间隔内质点c向上运动E当质点d向下运动时，质点b一定向上运动解析：选ACD由题意知，3 s内a振动了个周期，得T4 s，又v2 m/s，故8 m。t6 s时，svt12 m，波刚好传到d处，A、C正确。波传到c点的时间t3 s，故T4 s时c位于最低点，t5 s时位于平衡位置，t6 s时位于最高点，B错误，D正确。b与d相隔10 m，即，所以d向下运动时，质点b不一定向上运动，E错误。2.(2012浙江高考)用手握住较长软绳的一端连续上下抖动，形成一列简谐横波。某一时刻的波形如图1222所示。绳上a、b两质点均处于波峰位置。下列说法正确的是()图12
32、22Aa、b两点之间的距离为半个波长Ba、b两点振动开始时刻相差半个周期Cb点完成全振动次数比a点多一次Db点完成全振动次数比a点少一次解析：选D由题图知a、b两点之间的距离为一个波长，a、b两点振动开始时刻相差一个周期，知选项A、B错误；由波是向右传播的，知选项C错误，D正确。要点二波动图像与波速公式的应用1波的图像反映了在某时刻介质中的各质点离开平衡位置的位移情况，图像的横轴表示各质点的平衡位置，纵轴表示该时刻各质点的位移，如图1223所示。图1223图像的应用：(1)直接读取振幅A和波长，以及该时刻各质点的位移。(2)确定某时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小。(3)结合波的传播方向可
33、确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向。2波速与波长、周期、频率的关系为：vf。3质点振动nT(波传播n)时，波形不变。4在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为n时(n1,2,3)，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n1)(n0,1,2,3)时，它们的振动步调总相反。5波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方向，各质点的起振方向与波源的起振方向相同。典例(2013北京高考)一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波，波速为4 m/s。某时刻波形如图1224所示，下列说法正确的是()图1224A这列波的振幅为4 cmB这列波的周期为1 sC此时x4 m处质点
34、沿y轴负方向运动D此时x4 m处质点的加速度为0解析由波形图可知：振幅A2 cm，8 m，T s2 s，选项A、B均错误；x4 m处的质点此时正处于平衡位置处，加速度为零，由“上下坡法”可知，此时质点沿y轴正方向运动，所以选项C错误，D正确。答案D针对训练1.如图1225所示为一列在均匀介质中沿x轴正方向传播的简谐横波在某时刻的波形图，波速为4 m/s，则()图1225A质点P此时的振动方向沿y轴正方向BP点振幅比Q点振幅小C经过t3 s，质点Q通过的路程是0.6 mD经过t3 s，质点P将向右移动12 m解析：选C由机械波沿x轴正方向传播，利用“带动”原理可知，质点P此时的振动方向沿y轴负方
35、向，选项A错误；沿波传播方向上各质点并不随波迁移，而是在平衡位置附近做简谐运动，并且各质点振动的幅度相同，即振幅相同，选项B、D均错误；根据波形图可知，波长4 m，振幅A5 cm，已知v4 m/s，所以T1 s，t3 s3T，质点Q通过的路程是12A60 cm0.6 m，所以选项C正确。2.(2011四川高考)如图1226为一沿x轴负方向传播的简谐横波在t0时的波形图，当Q点在t0时的振动状态传到P点时，则()图1226A1 cmx3 cm范围内的质点正在向y轴的负方向运动BQ处的质点此时的加速度沿y轴的正方向CQ处的质点此时正在波峰位置DQ处的质点此时运动到P处解析：选B当Q点在t0时的振动
36、状态传播到P点时，波形图如图中虚线所示。此时，1 cm x0)。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G点射出，如图乙所示。由反射定律和几何关系得乙OGOCR射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出。答案(1) R(2)见解析方法规律解答全反射类问题的技巧(1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件。光必须从光密介质射入光疏介质；入射角大于或等于临界角。(2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符。针对训练1(2014重庆高考)打磨某剖面如图1234所
37、示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角切割在12，光线一定在OP边发生全反射B若2，光线会从OQ边射出C若1，光线会从OP边射出D若1，光线会在OP边发生全反射解析：选D题图中，要使光线可在OP边发生全反射，图中光线在OP边上的入射角大于902。从OP边上反射到OQ边的光线，入射角大于90(18031)3190可使光线在OQ边上发生全反射。若2，光线不能在OP边上发生全反射；若1，光线不能在OQ边上发生全反射，综上所述，选项D正确。2.(2014山东高考)如图1235，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射，第一次到达AB边恰好发生全
38、反射。已知15，BC边长为2L，该介质的折射率为。求：图1235(1)入射角i; (2)从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c，可能用到：sin 75或tan 152)。解析：(1)根据全反射规律可知，光线在AB面上P点的入射角等于临界角C，由折射定律得sin C代入数据得C45设光线在BC面上的折射角为r，由几何关系得r30由折射定律得n联立式，代入数据得i45。(2)在OPB中，根据正弦定理得设所用时间为t，光线在介质中的速度为v，得vt又v联立式，代入数据得tL。答案：(1)45(2) L要点三色散1光的色散(1)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。图12
39、36图1237(2)成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。2各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率低高同一介质中的折射率小大同一介质中的速度大小波长大小通过棱镜的偏折角小大临界角大小双缝干涉时的条纹间距大小多角练通1(2013福建高考)一束由红、紫两色光组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜。下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜折射分离成两束单色光的是()图1238解析：选B光通过玻璃三棱镜后向它的横截面的底边偏折，故C、D选项错误；同一介质对频率越高的光的折射率越大，所以复色光
40、经玻璃折射后，光路应分开，故A选项错误。紫光的频率比红光的大，故经玻璃三棱镜后紫光的偏折程度大于红光的，故B选项正确。2(多选)(2014浙江高考)关于下列光学现象，说法正确的是()A水中蓝光的传播速度比红光快B光从空气射入玻璃时可能发生全反射C在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深D分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽解析：选CD光在介质中的传播速度vc/n，其中n是折射率，由于水对蓝光的折射率大于水对红光的折射率，所以在水中蓝光传播速度比红光慢，A错误；光从光密介质射入光疏介质时，才有可能发生全反射，B错误；视深h和实际深度H的关系为h，所以
41、鱼的实际深度比看到的要深，C正确；双缝干涉实验中条纹间距x，由于红光波长大于蓝光波长，所以用红光时得到的条纹间距更宽，D正确。3.(多选)(2015唐山模拟)某学习小组在探究三棱镜对光的色散的实验中，用一束含有两种A、B不同颜色的光束以一定的角度从三棱镜的一边射入，并从另一面射出，如图1239所示。由此我们可以知道()图1239A在同种介质中，A光的波长比B光的波长长B从空气中以相同的入射角射入同样的介质，A光的折射角比B光的小CA、B两种光在水中的速度一样大DA、B两种光从相同的介质入射到空气中，逐渐增大入射角，B光先发生全反射解析：选AD由图可知，B光折射率较大，B光的频率大。在同种介质中
42、，A光的波长比B光的波长长，选项A正确；从空气中以相同的入射角射入同样的介质，A光的折射角比B光的大，选项B错误；A、B两种光在水中的速度，A光较大，选项C错误；由于B光的折射率较大，B光的全反射临界角较小，A、B两种光从相同的介质入射到空气中，逐渐增大入射角，B光先发生全反射，选项D正确。对点训练：折射定律1.如图1所示，一条光线从空气垂直射到直角玻璃三棱镜的界面AB上，棱镜材料的折射率为1.414，这条光线从BC边射出棱镜后的光线与界面BC的夹角为()图1A90B60C30 D45解析：选D由sin C得：光从玻璃射向真空时，发生全反射时的临界角为：C45。由几何关系可求得在BC面的入射角
43、为30，由折射定律知：n得sin rnsin isin 30，所以r45，则射出棱镜后的光线与界面BC的夹角为45，故D正确。2如图2所示，玻璃球的半径为R，折射率n，今有一束平行直径AB方向的光照射在玻璃球上，经B点最终能沿原方向相反方向射出的光线离AB的距离为()图2A.RB.RC.R D.解析：选C由题意分析：光线照射在玻璃球上，最终能沿原方向相反方向射出，说明入射光路与出射光路平行对称，作出光路图，由光路图知：122，又由折射定律得n，解以上两式得：cos 2，即230，160，则dRsin 1，所以dR，C正确。3(多选)一束光从空气射向折射率n的某种玻璃的表面，如图3所示。i代表入
44、射角，则()图3A当入射角i0时不会发生折射现象B无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45C欲使折射角r30，应以i60的角度入射D当入射角iarctan时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直解析：选BD当入射角i0时光能从空气进入玻璃，故发生了折射，A错误；当入射角是90时，根据折射定律n，解得：r45，所以无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45，B正确；欲使折射角r30，根据折射定律n，解得：i45，故C错误；当iarctan ，有tan i，设入射角为i，折射角为r，根据折射定律ntan i，解得sin rcos i，所以反射光线跟折射光线恰好互相垂直，故D正确。4有一玻璃半球，右侧面
45、镀银，光源S就在其对称轴SO上(O为球心)，且SO水平，如图4所示。从光源S发出的一束光射到球面上，其中一部分光经球面反射后恰能竖直向上传播，另一部分光折入玻璃半球内，经右侧镀银面第一次反射恰能沿原路返回。若球面半径为R，玻璃折射率为，求光源S与球心O之间的距离SO为多大？图4解析：如图所示，由光的反射定律可知：13，2390，n可得：160，230，则230，130可得SO2Rcos 30R。答案：R对点训练：全反射5(2014福建高考)如图5，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是()图5解析：选A光只有从光密介质射向光疏介质且入射角大于全反射临
46、界角时才会发生全反射现象，而玻璃相对于空气是光密介质，故B项错；由折射定律可知，光由空气射入玻璃，入射角大于折射角，D项错；由光路可逆原理可知，光由玻璃射入空气，入射角小于折射角，C项错，故A项对。6公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯，在晚上观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积，下列说法正确的是()A红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较小B红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较小C红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较大D红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较大解析：选D光从水里射入空气时发生折射，入射角相同时，折射率越大，折射角越大，从水面上看光源越浅，红灯发出的红光的折射率最小
47、，看起来最深；设光源的深度为d，光的临界角为C，则光能够照亮的水面面积大小为S(dtan C)2，可见，临界角越大的光，照亮的面积越大，各种色光中，红光的折射率最小，临界角最大，所以红灯照亮的水面面积较大，选项D正确。7如图6所示，扇形AOB为透明柱状介质的横截面，圆心角AOB60。一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质，经OA折射的光线恰平行于OB，以下对该介质的折射率值及折射光线中恰好射到M点的光线能不能发生全反射的说法正确的是()图6A.，不能发生全反射B.，能发生全反射C.，不能发生全反射 D.，能发生全反射解析：选A画出光路图，并根据几何关系标出角度，如图所示。由图可知，介质的
48、折射率n；因为sin 30sin C，所以折射光线中恰好射到M点的光线不能发生全反射，选项A正确。8如图7所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90，半径为R的扇形NBC。该柱体厚度为h，即MNDCABh。一束刚好覆盖ABNM面的单色光，以与该面成45角的方向照射到ABNM面上。若只考虑首次入射到ABCD面上的光，则ABCD面上有光透出部分的面积为()图7A. B.C. D.解析：选B根据折射定律有：n，得sin r0.5，折射角r30，即光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为30。过N的光线垂直入射到BC界面上点G射出，G到C之间没有光线射出；越接近B的光线入射到BC界面上时的入
49、射角越大，发生全反射的可能性越大。根据临界角公式：sin C，可得临界角C45，设BC界面上的临界点为E，此光线由NB界面上点F入射，在三角形NEF中可求得NE与水平方向的夹角为：180(12045)15，所以E到B之间没有光线射出。由此可得没有光线射出的圆弧对应圆心角为90(3015)45，所以有光透出的部分的弧长为，则ABCD面上有光透出部分的面积为S，故A、C、D错误，B正确。对点训练：色散现象9如图8所示是一观察太阳光谱的简易装置，一加满清水的碗放在有阳光的地方，将平面镜M斜放入水中，调整其倾斜角度，使太阳光经水面折射再经水中平面镜反射，最后由水面折射回空气射到室内白墙上，即可观察到太
50、阳光谱的七色光带。逐渐增大平面镜的倾斜角度，各色光将陆续消失，则此七色光带从上到下的排列顺序以及最先消失的光分别是()图8A红光紫光，红光 B紫光红光，红光C红光紫光，紫光 D紫光红光，紫光解析：选C根据折射定律作出光路图可知，此七色光带从上到下的排列顺序是红光紫光；因为水对紫光的折射率n最大，根据公式sin C可知，其从水中射向水平面时发生全反射的临界角最小，所以最先消失。综上分析，正确选项为C。10.如图9所示，一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单色光，取其中a、b、c三种色光，下列说法正确的是()图9A若b光为绿光，则c光可能为蓝光B若分别让a、b、c三色光通过一双缝装置，则a光形成
51、的干涉条纹的间距最小Ca、b、c三色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越小D若让a、b、c三色光以同一入射角，从某介质射向空气，b光恰能发生全反射，则c光也一定能发生全反射解析：选B白光经过色散后，从c到a形成红光到紫光的彩色光带，从c到a波长在逐渐减小，因为蓝光的波长小于绿光的波长，所以如果b是绿光，c绝对不可能是蓝光，A错误；c光的波长最长，a光波长最短，由于干涉条纹的间距与波长成正比，a光形成的干涉条纹的间距最小，故B正确；由图看出，c光的折射率最小，a光的折射率最大，由公式v分析可知，a、b、c三色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越大，故C错误；c光的折射率最小，a光的折射率最大，由
52、临界角公式sin C分析得知，a光的临界角最小，c光临界角最大，则若让a、b、c三色光以同一入射角，从某介质射向空气，b光恰能发生全反射，则c光一定不能发生全反射，故D错误。对点训练：综合应用11如图10所示，一束截面为圆形(半径R1 m)的平行紫光垂直射向一半径也为R的玻璃半球的平面，经折射后在屏幕S上形成一个圆形亮区。屏幕S至球心距离为D(1)m，不考虑光的干涉和衍射，试问：图10(1)若玻璃半球对紫色光的折射率为n，请求出圆形亮区的半径；(2)若将题干中紫光改为白光，在屏幕S上形成的圆形亮区的边缘是什么颜色？解析：(1)如图，紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点E，E点到亮区中
53、心G的距离r就是所求最大半径。设紫光临界角为C，由全反射的知识：sin C由几何知识可知：ABRsin COBRcos CRBFABtan C，GFD(OBBF)D，所以有：rmGEDnR1 m。由于白色光中紫光的折射率最大，临界角最小，故在屏幕S上形成的圆形亮区的边缘应是紫色光。答案：(1)1 m(2)紫色12如图11所示为某种透明介质的截面图，AOC为等腰直角三角形，OBC为半径R10 cm的四分之一圆弧，AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点。由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O，在AB分界面上的入射角i45，结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑。已知该介质对红光和紫光的折射率分别为n1
54、，n2。图11(1)判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色；(2)求两个亮斑间的距离。解析：(1)设红光和紫光的临界角分别为C1、C2，则sin C1，C160，同理C245，i45C2，i45C1，所以紫光在AB面发生全反射，而红光在AB面一部分折射，一部分反射，且由几何关系可知，反射光线与AC垂直，所以在AM处产生的亮斑P1为红色，在AN处产生的亮斑P2为红色和紫色的混合色。(2)画出如图所示光路图，设折射角为r，两个光斑分别为P1，P2，根据折射定律n1求得sin r由几何知识可得：tan r，解得AP15 cm。由几何知识可得OAP2为等腰直角三角形，解得AP210 cm，所以P1P2(5
55、10)cm。答案：(1)在AM处产生的亮班P1为红色，在AN处产生的亮斑P2为红色和紫色的混合色(2)(510)cm第4节光的波动性_电磁波_相对论,(1)光的颜色取决于折射率。()(2)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。()(3)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。()(4)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。()(5)自然光是偏振光。()(6)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。()(7)无线电波不能发生干涉和衍射现象。()(8)波长不同的电磁波在本质上完全不同。()(9)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的。()要点一光的干涉、衍射及偏振1光的干涉
56、(1)明暗条纹的判断方法单色光图1241a如图1241所示，光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r2r1k(k0,1,2)时，光屏上出现明条纹。b光的路程差r2r1(2k1)(k0,1,2)时，光屏上出现暗条纹。白光：光屏上出现彩色条纹。中央条纹为明条纹。(2)双缝干涉条纹是等间距的，相邻明条纹(或暗条纹)间的距离与波长成正比(装置已确定的情况下)。利用双缝干涉实验可测量光波的波长。(3)薄膜干涉如图1242所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。图1242光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA和后表面BB分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。原理分析单色光a在P1
57、、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差r等于波长的整数倍，即rn(n1,2,3)，薄膜上出现明条纹。b在Q处，两列反射回来的光波的路程差r等于半波长的奇数倍，即r(2n1)(n0,1,2,3)，薄膜上出现暗条纹。白光：薄膜上出现水平彩色条纹。(4)薄膜干涉的应用干涉法检查平面如图1243所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。图12432光的干涉和衍射的比较(1)干涉和衍射的比较内容干涉衍射现象在光重叠区域出现加强或减弱的现象光绕过障碍物偏离直线传播的现象产生条件两束光
58、频率相同、相位差恒定障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小典型实验杨氏双缝实验单缝衍射(圆孔衍射、不透明圆盘衍射)图样特点不同点条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等，中央最宽条纹间距各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等亮度情况清晰条纹，亮度基本相等中央条纹最亮，两边变暗相同点干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹(2)对光的衍射的理解干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看做是沿直线传播的。典例(2014大纲卷)在双缝干涉实验中
59、，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为()A2.06107 mB2.06104 mC1.68104 m D1.68103 m解析根据双缝干涉图样的相邻两明条纹间距公式x ，可得：d m1.68104m，选项C正确，A、B、D错误。答案C针对训练1(2014江苏高考)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图1244甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是_。图1244A减小光源到单缝的距离B减小双缝之间的距离C减小双缝到光屏之间的距离D换用频率更高的单
60、色光源解析：选B根据条纹间距公式x可知，若增大条纹间距，可以采取的措施有：换用波长更长、频率更低的单色光源，减小双缝间的距离d，增大双缝到屏的距离l，故选项B正确。2图1245所示为条纹总宽度相同的4种明暗相间的条纹，其中有两种是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样，还有两种是黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(灰黑色部分表示亮纹)。则图中从左向右排列，亮条纹的颜色依次是()图1245A红黄蓝紫 B红紫蓝黄C蓝紫红黄 D蓝黄红紫解析：选B由双缝干涉条纹间隔公式可知，左侧第一个是红光通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样，第三个是蓝光通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样；由单
61、缝衍射可知，左侧第二个是紫光通过同一个单缝形成的衍射图样，左侧第四个是黄光通过同一个单缝形成的衍射图样，所以选项B正确。3.(多选)把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图1246所示。这时可以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是()图1246A干涉条纹是光在空气尖劈膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果B干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动D观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧解析：选AC根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰
62、与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项对，B项错。因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误。条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确。要点二电磁场和电磁波1对麦克斯韦电磁场理论的理解2对电磁波的理解(1)电磁波是横波。电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直，如图1247所示。图1247(2)电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度只与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关。3电磁波谱分析及应用电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波310
63、11103波动性强，易发生衍射无线电技术 衍 直 射 线 能 传 力 播 减 能 弱 力 增 强红外线10111015103107热效应红外遥感可见光1015107引起视觉照明、摄影紫外线10151017107109化学效应、荧光效应、灭菌消毒医用消毒、防伪X射线101610191081011贯穿本领强检查、医用透视射线10191011贯穿本领最强工业探伤、医用治疗特别提醒(1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性。其中波长较长的无线电波和红外线等，易发生干涉、衍射现象；波长较短的紫外线、X射线、射线等，穿透能力较强。(2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线
64、、X射线和射线都有重叠，但它们产生的机理不同。多角练通1(2014四川高考)电磁波已广泛运用于很多领域。下列关于电磁波的说法符合实际的是()A电磁波不能产生衍射现象B常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同解析：选C干涉、衍射是波所特有的现象，所以电磁波能产生衍射现象，选项A错误；常用的遥控器是通过发出红外线来遥控电视机的，选项B错误；利用多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的速度，选项C正确；根据光速不变原理，在不同的惯性系中，光速是相同的，选项D错误。2(多选)关于电磁波谱，下列说
65、法正确的是()A电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波B紫外线的频率比可见光低，长时间照射可以促进钙的吸收，改善身体健康CX射线和射线的波长比较短，穿透力比较强D红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线解析：选AC无线电波的波长长，易发生衍射现象，A正确。紫外线的频率比可见光高，B错。任何物体都能辐射红外线，D错。故选A、C。3关于电磁波，下列说法正确的是()A雷达是用X光来测定物体位置的设备B使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调C用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光D变化的电场可以产生磁场解析：选D雷达是用微波测定物体的位置的设备，A错；使电磁波
66、随各种信号而改变的技术叫调制，B错；使钞票上的荧光物质发出可见光的是紫外线，C错；根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场可以产生磁场，D正确。要点三狭义相对论的简单应用1惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系。相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。2光速的大小与选取的参考系无关，因为光速是从麦克斯韦方程组中推导出来的，无任何前提条件。3狭义相对论认为物体的质量m与物体的速度v有关，其关系式为m。典例(2011江苏高考)如图1248所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔 A、B和 C。假想有一列车沿 AC 方向以接近光速行驶，当铁塔 B 发出一个闪光，列车上
67、的观测者测得 A、C 两铁塔被照亮的顺序是()图1248A同时被照亮BA 先被照亮CC先被照亮 D无法判断解析火车上的观察者以火车为参考系，那么灯塔A、B、C均沿向CA方向运动。B发出的光向A、C传播的过程中，A是远离光线运动的，C是向着光线运动的，所以在火车上的观察者看来，光线先传播到C，即C先被照亮，C正确。答案C针对训练1(2010北京高考)属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中()A真空中光速不变B时间间隔具有相对性C物体的质量不变D物体的能量与质量成正比解析：选A本题考查物理学史。意在考查考生是否了解物理发展史以及物理学家探索物理规律的基本思路。对点训练：光的干涉、衍射及偏振现
68、象1下列四种现象中与光的干涉有关的是()A雨后空中出现彩虹B肥皂泡的表面呈现彩色C一束白光通过三棱镜后形成彩色光带D一束白光通过很窄的单缝后在光屏上形成彩色光带解析：选B雨后空中出现彩虹是太阳光经过悬浮在空气中的小液滴时发生色散而形成的，也就是七种单色光的折射率不同，而偏转程度不同而分成七种单色光，不是干涉，选项A错。肥皂泡的表面呈现彩色是由于白光在肥皂泡的前后表面的反射光相互叠加而干涉形成的，由于不同单色光波长不同，所以发生叠加后加强减弱的位置也不同，所以形成彩色条纹，选项B对。一束白光通过三棱镜后发生折射，由于折射率不同而发生色散形成彩色光带，选项C错。一束白光通过很窄的单缝后在光屏上形成
69、彩色光带，属于光的衍射而不是干涉，选项D错。2下列说法中正确的是()A光导纤维传送光信号是利用了光的全反射现象B用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的偏振现象C门镜可以扩大视野是利用了光的干涉现象D照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的衍射现象解析：选A光导纤维传送光信号是利用了光的全反射现象，A正确；用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉现象，B错误；门镜可以扩大视野是利用了光的折射现象，C错误；照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的干涉现象，D错误。3下列说法中正确的是()A频率相同的两列波叠加时，振动最强区域的质点位移总是最大B雨后
70、公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是光的折射现象C利用多普勒效应的原理，可以测量运动物体的速度D在近光速运动的列车中，车上的人看到车头与车尾同时发生的事件，而静止在地面上的人认为车头事件先发生解析：选C振动最强区域的质点，是振动的振幅最大，但它仍然在平衡位置附近来回往复运动，位移随时间呈周期性变化，即位移可能为零，故选项A错误；雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，是由于发生了光的干涉现象，故选项B错误；在近光速运动的列车中，车上的人以车为参考系，看到车头与车尾同时发生的事件对静止在地面上的人以自己为参考系而言，根据光速不变原理可知，他将认为车尾事件先发生，故选项D错误；选项C说法正
71、确。4如图1所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播路径与方向可能正确的是()图1图2解析：选D由干涉条纹可看出，a光的条纹间距大于b光，故根据x可知，a光的波长大于b光，a光的频率小于b光，则a光的折射率小于b光；a光的临界角大于b光的临界角；A图中ab两种光的位置颠倒了；B图中出射光应该和入射光平行；C、D图中首先发生全反射的应该是b光，所以选项D正确。5有a、b两束单色光从空气中平行照射在平行玻璃砖上，它们经玻璃折射后射入空气的光线如图3所示，则有关a、b光的说法正确的是()图3A在玻璃中传播时a光的速
72、度较大B在同一双缝干涉实验装置发生干涉时，a光的干涉条纹间距较大C从同一介质射向空气时a光发生全反射的临界角较小D只有a光才是偏振光解析：选C根据光路图知，a光的偏折程度大于b光，则a光的折射率大于b光的折射率，根据v知，a光在玻璃中传播的速度较小，故A错误。光的折射率大，则频率大，波长小，则a光的波长小，根据x知，a光的干涉条纹间距较小，故B错误。a光的折射率大，根据sin C知，a光的全反射的临界角较小，故C正确。折射光和反射光都是偏振光，故D错误。6下列有关光现象的说法正确的是()A在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大B以相同入射角从水中射向空气，若紫光能
73、发生全反射，则红光也一定能发生全反射C照相机镜头涂有增透膜，是利用光的衍射D拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度解析：选A在光的双缝干涉实验中，根据条纹间距表达式x，若仅将入射光由紫光改为红光，因为红光的波长大于紫光，则条纹间距一定变大，选项A正确；因为紫光的折射率大于红光，根据sin C，则紫光的临界角小于红光，故以相同入射角从水中射向空气，若紫光能发生全反射，则红光不一定能发生全反射，选项B错误；照相机镜头涂有增透膜，是利用光的干涉，选项C错误；拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片使反射减弱，但不能增加透射光的强度，故D错误。7.如图4所示，市场
74、上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以表示红外线的波长，则所镀薄膜的最小厚度应为()图4A.B.C. D解析：选B红外线最显著的特点之一就是热效应，当光照射物体时，一般都伴随着大量的红外线。在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(相当于增透膜)，当增透膜最小厚度等于红外线在其中传播的波长的时，灯泡发出的红外线射到增透膜后，从增透膜的前后表面反射回来的两束红外线发生干涉，相互
75、抵消，使反射的红外线强度减弱，达到冷光效果。8.如图5所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1r2|应为()图5A. B.C. D.解析：选D出现第3条暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为(2n1)，其中n3，而，所以|r1r2|，因而D是正确的。对点训练：电磁场、电磁波及相对论9.据飞行国际报道称，中国制造的首款具有“隐身能力”和强大攻击力的第四代作战飞机“歼20”(如图6)，于2011年1月11日12：50进行了公开首飞。它的首飞成功标志着中国继美国和俄罗斯之后，成为世界上进入到第四代战机研发序列中的国
76、家。隐形飞机的原理是：在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击。根据你所学的物理知识，判断下列说法中正确的是()图6A运用隐蔽色涂层，无论距你多近，即使你拿望远镜也不能看到它B使用能吸收雷达电磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现C使用吸收雷达电磁波涂层后，传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上不会产生感应电流D主要是对发动机、喷气尾管等因为高温容易产生紫外线辐射的部位采取隔热、降温等措施，使其不易被对方发现解析：选B隐形飞机的原理是在飞机制造过程中使用能吸收雷达电磁波的材料，使反射的雷达电磁波很弱，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，飞机在雷达
77、屏幕上很难被发现，故只有B正确。10(多选)下列说法中正确的是()A人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射B光的色散现象都是由光的干涉引起的C根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围一定可以产生电磁波D光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大解析：选AD超声波的频率较大，波长较小，所以人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射，选项A正确；光的色散现象都是由光的折射引起的，选项B错误；根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的电场周围才可以产生电磁波，选项C错误；光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，这样才能使得光在光导纤维丝的内芯发生全反射，选项D正确。11(多选)以下说法中正确的是()
78、A对于同一障碍物，波长越大的光波越容易绕过去B白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种干涉现象C红光由空气进入水中，波长变长、颜色不变D用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉E不管光源与观察者是否存在相对运动，观察者观察到的光速是不变的解析：选ADE波长越长的光越容易发生衍射现象，故越容易绕过障碍物，所以A正确；白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种折射现象，所以B错误；红光由空气进入水中，频率不变，故颜色不变，传播速度减小，故波长变短，所以C错误；用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，即薄膜干涉，所以D正确；根据狭义相对性原理，不管光源与观察者是否
79、存在相对运动，观察者观察到的光速是不变的，故E正确。考点综合训练12在水面下同一深处的两个点光源P、Q发出不同颜色的光，在水面上P光照亮的区域大于Q光照亮的区域，下列说法正确的是()A在真空中P光的传播速度更大BP光在水中的传播速度小于Q光在水中的传播速度C让P光和Q光通过同一双缝干涉装置，P光的条纹间距小于Q光DP光发生全反射的临界角大于Q光发生全反射的临界角解析：选D光在真空中的传播速度大小是相等的，所以A错；在水面下同一深处的两个点光源P、Q发出不同颜色的光，在水面上P光照亮的区域大于Q光照亮的区域，知P光发生全反射的临界角大，根据sin C，知P光的折射率小。根据v知，P光的折射率小，
80、则P光在水中的传播速度大。故B错误，D正确；因为P光的折射率小，所以P光的频率小，则P光波长一些，故让P光和Q光通过同一双缝干涉装置P光的条纹间距大于Q光，所以C错。13.在直角坐标系的第一、四象限内有一横截面为半圆形的柱状玻璃砖MNP，两束平行于x轴且与x轴等距离的可见单色光a、b，从空气中垂直y轴射入玻璃砖中，在MNP面上发生反射和折射的实际情况如图7所示，由此可知()图7Aa光在玻璃砖内的频率和比在空气中的小Ba光的频率比b光的小C在玻璃砖内a光的传播速度比c大D相同条件下进行双缝干涉实验，a光的条纹间距比b光的小解析：选D光的频率由光源决定，与介质无关，则a光在玻璃砖内的频率和在空气中
81、的频率相等，故A错误；由图知，a光已经发生全反射，而b光没有发生全反射，说明a光的临界角小于b光的临界角，由公式sin C分析可知，a光的折射率大于b光的折射率，则知a光的频率比b光的大，故B错误；由公式v，n1分析可知，a光在玻璃砖内的传播速度 v比在空气中的传播速度c小，故C错误；a光的频率比b光的大，真空中a光的波长比b光的波长短，因为双缝干涉条纹的间距与波长成正比，则相同条件下进行双缝干涉实验，a光的条纹间距比b光的小，故D正确。14.如图8所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1106 m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干
82、涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？图8(1)已知A光在折射率为n1.5的介质中波长为4107 m。(2)已知B光在某种介质中波长为3.15107 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37。解析：(1)设单色光A在空气和介质中的波长分别为1、2，根据n可得1n26107 m由题意可知，S1、S2到P点的光的路程差x2.1106 m则N13.5倍，故P点为暗条纹。(2)根据临界角与折射率的关系sin C得n由此可知，B光在空气中的波长2为2n介3.15107 m5.25107。所以N24，可见，用B光作光源，P点为亮条纹。答案：(1)暗条纹(2)亮条纹实 验 十 三探究单摆的运动用单摆测定重力
83、加速度一、实验目的1.学会用单摆测定当地的重力加速度。2.能正确熟练地使用秒表。二、实验器材,带孔小钢球一个、细丝线一条(长约1 m)、毫米刻度尺一把、秒表、游标卡尺、带铁夹的铁架台。考点一实验原理及操作典例1(2013安徽高考)根据单摆周期公式T2 ，可以通过实验测量当地的重力加速度。如图实131甲所示，将细线的上端固定在铁架台上，下端系一小钢球，就做成了单摆。图实131(1)用游标卡尺测量小钢球直径，示数如图乙所示，读数为_mm。(2)以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有_。a摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些b摆球尽量选择质量大些、体积小些的c为了使摆的周期大一些，以方
84、便测量，开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度d拉开摆球，使摆线偏离平衡位置不大于5，在释放摆球的同时开始计时，当摆球回到开始位置时停止计时，此时间间隔t即为单摆周期Te拉开摆球，使摆线偏离平衡位置不大于5，释放摆球，当摆球振动稳定后，从平衡位置开始计时，记下摆球做50次全振动所用的时间t，则单摆周期T答案(1)18.6(2)abe由题引知要点谨记1.考查摆长的测量及游标卡尺的读数对应第(1)题,(1)测摆长用米尺量出摆线长l(精确到毫米)，用游标卡尺测出小球直径D(也精确到毫米)，则单摆的摆长ll(2)游标卡尺读数：18 mm60.1 mm18.6 mm；2.考查实验操作及步骤对应第
85、(2)题(1)摆线细一些有助于减小空气阻力，伸缩性小一些保证摆长不变，尽可能长一些使周期较大，容易测量。(2)摆球质量大一些，体积小一些能减小空气阻力对实验的影响。(3)根据T2 可知，周期T与摆幅无关，且摆角太大时，小球运动不能看做是简谐运动，不符合实验要求。(4)测量周期时应以小球经过最低位置时开始计时，而且应记录n次全振动的时间，用T去计算。题组突破1(2014江苏高考)在“探究单摆的周期与摆长的关系”实验中，某同学准备好相关实验器材后，把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度后释放，同时按下秒表开始计时，当单摆再次回到释放位置时停止计时，将记录的这段时间作为单摆的周期。以上操作中有不妥之处，
86、请对其中两处加以改正。解析：摆球的速度为零的位置不容易观察，计时不准确，为减小实验误差，应在摆球通过平衡位置时开始计时；应测量多次全振动的时间，求周期的平均值，以减小实验误差。答案：应在摆球通过平衡位置时开始计时；应测量单摆多次全振动的时间，再计算出周期的测量值。(或在单摆振动稳定后开始计时)2.(2012天津高考)某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。图实132(1)他组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图实132所示。这样做的目的是_(填字母代号)。A保证摆动过程中摆长不变B可使周期测量得更加准确C需要改变摆长时便于调节D保证摆球
87、在同一竖直平面内摆动(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L0.999 0 m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图实133所示，则摆球的直径为_ mm，单摆摆长为_m。图实133(3)下列振动图像真实地描述了对摆长约为1 m的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横坐标原点表示计时开始，A、B、C均为30次全振动的图像，已知sin 50.087，sin 150.26，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是_(填字母代号)。图实134解析：(1)橡皮的作用是使摆线摆动过程中悬点位置不变，从而保障摆长一定，同时又便于调节摆长，选项AC说法正确；(2)根
88、据游标卡尺读数规则可得摆球直径为d12 mm0.1 mm012.0 mm，则单摆摆长为L0Ld/20.993 0 m(注意统一单位)；(3)单摆摆角不超过5，且计时位置应从最低点(即速度最大位置)开始，故选项A的操作符合要求。答案：(1)AC(2)12.00.993 0(3)A考点二数据处理与误差分析典例2在探究单摆周期与摆长关系的实验中，(1)关于安装仪器及测量时的一些实验操作，下列说法中正确的是()A用米尺测出摆线的长度，记为摆长lB先将摆球和摆线放在水平桌面上测量摆长l，再将单摆悬挂在铁架台上C使摆线偏离竖直方向某一角度(接近5)，然后由静止释放摆球D测出摆球两次通过最低点的时间间隔记为
89、此单摆振动的周期(2)实验测得的数据如下表所示：次数12345摆长l/cm80.0090.00100.00110.00120.0030次全振动时间t/s53.856.960.062.865.7振动周期T/s1.791.902.002.092.19振动周期的平方T2/s23.203.614.004.374.80由题引知要点谨记1.考查实验操作及注意事项对应第(1)题(1)本实验中，应将摆球和摆线组成单摆之后再测量其摆长，摆长应为悬点到摆球球心的距离。(2)单摆在摆角小于10时可认为做简谐运动。(3)测量单摆的周期时，应为相邻两次通过最低点并且通过最低点的速度方向相同，即单摆做一次全振动，这段时间
90、才为一个周期，为了减小误差，须测量单摆的多个周期，然后再取平均值求出一个周期。请将测量数据标在图实135中，并在图中作出T2随l变化的关系图像。图实135(3)根据数据及图像可知单摆周期的平方与摆长的关系是_。(4)根据图像，可求得当地的重力加速度为_m/s2。(3.14，结果保留3位有效数字)答案(1)C(2)如图所示(3)成正比(4)9.86 题组突破3某同学在做“用单摆测重力加速度”实验中，先测得摆线长为101.00 cm，摆球直径为2.00 cm，然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间为101.5 s。则(1)他测得的重力加速度g_m/s2。(2)他测得的g值偏小，可能的原因是_。(
91、填选项前面的字母)A测摆线长时摆线拉得过紧B摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了C开始计时，秒表过迟按下D实验中误将49.5次全振动数为50次解析：(1)单摆的摆长为：Ll线1.02 m，单摆运动的周期为：T s2.03 s，根据单摆的周期公式T2 ，代入数据解得重力加速度为：g9.76 m/s2。(2)由单摆的周期公式T2 ，解得重力加速度为：g，测得的g值偏小，可能是n、L测量偏小，也可能是t测量偏大造成的，可能的原因是B。答案：(1)9.76(2)B4(2015成都摸底)在“用单摆测定重力加速度”的实验中，某实验小组在测量单摆的周期时，从单摆运动到最低点开始计时，且
92、记数为1，到第n次经过最低点所用的时间为t；在测量单摆的摆长时，先用毫米刻度尺测得悬挂摆球后的摆线长为l，再用游标卡尺测得摆球的直径为d。(1)该单摆的摆长为_。(2)该单摆的周期为_。(3)用上述物理量的符号写出求重力加速度的一般表达式g_。(4)实验结束后，某同学发现他测得的重力加速度的值总是偏大，其原因可能是下述原因中的_。A单摆的悬点未固定紧，摆动中出现松动，使摆线增长了B把n次摆动的时间误记为(n1)次摆动的时间C以摆线长作为摆长来计算D以摆线长与摆球的直径之和作为摆长来计算解析：到第n次经过最低点所用的时间的周期数为，该单摆的周期为T。由单摆周期公式，T2 ，联立解得g。若单摆的悬
93、点未固定紧，摆动中出现松动，使摆线增长了，测量的周期增大，即t增大，由此可知，测得的重力加速度的值偏小，选项A错误；若把n次摆动的时间误记为(n1)次摆动的时间，由g可知测得的重力加速度的值总是偏大，选项B正确；若以摆线长作为摆长来计算，由g可知测得的重力加速度的值总是偏小，选项C错误；以摆线长与摆球的直径之和作为摆长来计算，由g可知测得的重力加速度的值总是偏大，选项D正确。答案：(1)ld/2(2)(3)(4)BD5在做“用单摆测定重力加速度”的实验时，用摆长l和周期T计算重力加速度的公式是g。(1)如果已知摆球直径为2.00 cm，让刻度尺的零点对准摆线的悬点，摆线竖直下垂，如图实136甲
94、所示，那么单摆摆长是_m，如果测定了40次全振动的时间如图乙中秒表所示，那么秒表读数是_s，单摆的振动周期是_s。图实136(2)如果测得的g值偏小，可能的原因是_(填写代号)。A测摆长时，忘记了摆球的半径B摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增加了C开始计时时，秒表过早按下D实验中误将39次全振动次数记为40次(3)某同学在实验中，测量6种不同摆长情况下单摆的振动周期，记录表格如下：l/m0.40.50.80.91.01.2T/s1.261.421.791.902.002.20T2/s21.592.023.203.614.004.84以l为横坐标、T2为纵坐标，作出T2l图线，并利
95、用此图线求重力加速度g。解析：(1)刻度尺的零点对准摆线的悬点，故单摆的摆长l(88.50)cm87.50 cm0.875 0 m。秒表的读数t(6015.2) s75.2 s。单摆的周期T1.88 s。(2)由公式g可知，g偏小的原因可能是测量摆长l时，测量值比真实值偏小或测量周期偏大，故选项A、B、C正确。(3)由单摆周期公式可得T2，所以T2l图线是过坐标原点的一条直线，直线斜率是k，g。在图线上取相距较远的两点(l1，T)，(l2，T)，则k，所以g。作出图像如图所示，由直线上的点(0.4,1.59)和(1.0,4.00)可求出k4，g m/s29.86 m/s2。答案：(1)0.87
96、5 075.21.88(2)ABC(3)图见解析9.86 m/s2实 验 十 四测定玻璃的折射率一、实验目的1测定玻璃的折射率2学会用插针法确定光路。二、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔。考点一实验原理与操作典例1(2012浙江高考)在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图实141甲所示。图实141(1)在图实142中画出完整的光路图图实142(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n_；(保留3位有效数字)(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示
97、。图中P1和P2是同一入射光线的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和_(填“A”或“B”)。答案(1)如图所示(2)1.53(0.03范围内都可)(3)A由题引知要点谨记1.考查画光路图的方法对应题第(1)题先确定入射光线和出射光线，然后连接入射点和出射点，画出折射光线。2.考查折射率的计算对应第(2)题折射率nsin 1与 sin 2可利用图中的方格进行粗略的计算，或是利用直尺测量计算。3.考查光路分析对应第(3)题由题图可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此射出光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A。 题组突破1.如图实143所示，用插针法测定
98、玻璃的折射率的实验中，以下各说法中正确的是()图实143P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些，可以提高准确度入射角1适当大些，可以提高准确度入射角太大，入射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射，使实验无法进行P1、P2的间距和入射角的大小均与实验的准确度无关ABC D解析：选A因为实验中的入射光线和折射光线都是隔着玻璃砖观察在一直线上的大头针确定的，相互间的距离太小，容易出现偏差，正确错误。入射角适当大些，相应的折射角也增大，折射现象较明显，容易测量些，正确错误。由于光通过玻璃砖时，各相关角度互相制约着，其出射角恒等于入射角，而对于入射的
99、界面，光线是从光疏介质射入光密介质，折射角必小于入射角，当入射角趋于最大值90时，折射角也趋于最大值2max，而对于出射的界面，在玻璃砖内的折射光线的入射角最大值也只能为2max，根据光路可逆原理，出射角最大值也趋于90，即始终能透过玻璃砖看到入射光线，错误。2.(2012江苏高考)“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D。在插入第四个大头针D时，要使它_。如图实144是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a是描在纸上的玻璃砖的两个边。根据该图可算得玻璃的折射率n_。(计算结果保留两位有效数字)图实144解析：测定玻璃折射率的实验是利用
100、大头针得到进入玻璃的入射光线，在另一侧插入大头针挡住前面的A、B的像来确定C，同样插入大头针D挡住C及A、B的像，C和D确定了出射光线，利用入射点和出射点的连线来确定折射光线，作出法线FG，连接OO，以O点为圆心画圆，分别交AB、OO于E、Q两点，分别过E、Q向GF作垂线EG、FQ并用毫米刻度尺测其长度，如图所示，根据n可得：n1.8。答案：挡住C及A、B的像1.8(1.61.9)3.某校开展研究性学习，某研究小组根据光学知识，设计了一个测液体折射率的仪器。如图实145所示，在一个圆盘上，过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF。在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持位置不变。每
101、次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2，在圆周EC部分插上P3，使P3挡住P1、P2的像。同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值。图实145(1)若AOF30，OP3与OC之间的夹角为30，则P3处刻的折射率的值为_。(2)图中P3、P4两处，对应折射率大的是_。(3)做AO的延长线交圆周于K，K处对应的折射率为_。解析：(1)根据折射定律n，题中160，2AOF30，所以n1.73。(2)在折射角相同的情况下，图中P4对应的入射角大于P3
102、所对应的入射角，所以P4对应的折射率大。(3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角，所以K处对应的折射率应为1。答案：(1)1.73(2)P4(3)1考点二数据处理与误差分析典例2某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行。正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图实146所示。图实146(1)此玻璃的折射率计算式为n_(用图中的1、2表示)；(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度_(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。答案(1)(2)大由题引知要点谨记1考查数据处理的方法对应题第(1)题折射率n2.考查误差分析问题对应第(2)题玻璃砖
103、越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确。故应选用宽度大的玻璃砖来测量。题组突破4.在用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，已画好玻璃砖界面aa和bb，若不慎将玻璃砖向上平移了一些，放在图实147所示的位置上，而实验中其他操作均正确，则测得的折射率将()图实147A偏大B偏小C不变 D无法确定解析：选C经过玻璃砖的光路如图中实线所示，由于所作的玻璃砖分界线不是实际的分界线，而是如图中虚线所示，由几何知识可知，测出的折射角与真实的折射角相同。5如图实148所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的_面不能用手直接接触。图实148图实149在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同
104、学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为d、e两点，如图实149所示。计算折射率时，用_(填“d”或“e”)点得到的值较小，用_(填“d”或“e”)点得到的值误差较小。解析：实验用的光学玻璃砖的光学面不能用手接触，以防止损坏其光学面。如图所示，连接cd、ce并延长分别交玻璃砖于O1、O2点，连接OO1、OO2，入射角i相同，折射角OOO2OOO1，由n得，折射角越大的，求得的折射率越小。由图可得，用d点得到的值较小，而ce与ab近似平行，故用e点得到的值误差较小。答案：光学de实 验 十五用双缝干涉测光的波长
105、一、实验目的1了解光波产生稳定的干涉现象的条件。2观察白光和单色光的双缝干涉图样。3测定单色光的波长。二、实验器材双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)，另外还有学生电源、导线、刻度尺。考点一实验原理与操作典例1(2015太原模拟)(1)如图实151所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为光源、_、_、_、遮光筒、光屏。对于某种单色光，为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取_或_的方法。图实151(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是_(填数字代号)。(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准
106、第1条亮条纹，读下手轮的读数如图实152甲所示。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹，读下手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是_mm。图实152(4)如果已经量得双缝的间距是0.30 mm、双缝和光屏之间的距离是900 mm，则待测光的波长是_m。(取三位有效数字)答案(1)滤光片单缝双缝增加双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)减小双缝之间的距离(2)(3)1.610(4)5.37107由题引知要点谨记1.考查实验原理及器材对应第(1)题第一、二、三空由实验原理可知分别是滤光片、单缝、双缝。2.考查实验原理及操作对应第(1)题第四、五空由x可知，要增加相邻亮纹(暗纹)间
107、的距离，可采取的办法有：增大双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)；减小双缝之间的距离。4.考查实验操作读数及数据处理对应第(3)题甲图读数是0.045 mm，乙图读数是14.535 mm，它们的差值是14.490 mm，中间跨越了1019个条纹间距，所以相邻两亮条纹间距是x 题组突破1利用图实153所示装置研究双缝干涉现象时，下列说法中正确的是()图实153A将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄B将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽C将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽D换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄解析：选ABD由条纹间距公式x，d指双缝间距离，l指双缝到屏的
108、距离，可知：A项中l减小，x变小；B项中变大，x变大；D项中d变大，x变小。故A、B、D正确。2(2012福建高考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图实154)：图实154(1)下列说法哪一个是错误的_。(填选项前的字母)A调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝B测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距x(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图实155，其示数为_mm。图实155解析：(1)调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，无需放上单缝和双缝，选项
109、A错误。(2)主尺的示数为1.5 mm，可动尺的示数为47.00.01 mm0.470 mm，总的示数为(1.50.470)mm1.970 mm答案：(1)A(2)1.970考点二数据处理与误差分析典例2(2015湖北八校联考)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，请按照题目要求回答下列问题。(1)图实156中甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是_。(2)将下表中的光学元件放在图实156丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长。图实156元件代号ABCDE元件名称光屏双缝白光光源单缝透红光的滤光片图实157将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其
110、他光学元件，由左至右，表示各光学元件的排列顺序应为_。(填写元件代号)(3)已知该装置中双缝间距d0.50 mm，双缝到光屏的距离L0.50 m，在光屏上得到的干涉图样如图实157甲所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图实157乙所示，则其示数为_mm；在B位置时游标卡尺如图实157丙所示。由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为_m。答案(1)甲(2)CEDBA(3)111.106.5107由题引知要点谨记1考查双缝干涉图样的分析对应第(1)题(1)干涉图样应为条纹间距和宽度相同。(2)衍射图样为条纹宽度不等，中央最宽。2.考查实验原理及器材的选择对应第(2)题光源发出的白光，各
111、种频率的光都有，加上E后通过的只有红光了，变成单色光，加上D和B，就得到两列频率相同、步调一致的相干光，最后放置光屏，干涉条纹呈现在光屏上，所以顺序为CEDBA。3考查读数及数据处理的方法对应第(3)题A位置的示数为111.10 mm，B位置的示数为115.65 mm，图甲中AB之间的距离为(115.65111.10)mm4.55 mm，则相邻条纹的间距为x mm，再根据公式x，代入数据得波长为6.5107 m。题组突破3(2015厦门联考)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图实158所示。图实158(1)某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几
112、点：A灯丝与单缝和双缝必须平行放置B干涉条纹与双缝垂直C干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D干涉条纹的间距与光的波长有关以上几点中，你认为正确的是_。(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图实159甲所示，该读数为_mm。图实159(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图乙所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距x时，测量值_实际值。(填“大于”“小于”或“等于”)解析：(1)为了获得清晰的干涉条纹，A正确。由干涉现象可知干涉条纹与双缝平行，B错误。干涉条纹的疏密x与单缝宽度无关，C错误，D正确。(2)手轮的读数为(0.5 mm20.00.01
113、 mm)0.700 mm。(3)条纹与分划板不平行时，实际值x实x测cos ，为条纹与分划板间的夹角，故x实1 s可得2 m，又根据M、N两质点的距离和振动情况可知，M、N两质点的距离等于波长的四分之三，即2 m，可得 m，又根据v可得T s，故A选项错误；t s时，N位于它做简谐运动的平衡位置，速度为最大，但不一定为2 m/s(与波的传播速度无关)，故B选项错误；质点只在其平衡位置附近做简谐运动，不会随波移动，故C选项错误；从t s至t s过程中，M从其平衡位置上方最大位移处向其平衡位置处运动，M的速度逐渐增大，则其动能也逐渐增大，故D选项正确。高频考点三：光的折射全反射13(2013四川高
114、考)光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知()A折射现象的出现说明光是纵波B光总会分为反射光和折射光C折射光与入射光的传播方向总是不同的D发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同解析：选D本题考查光的折射现象的相关知识，意在考查考生对光的折射现象的识记、理解等能力。光属于电磁波，是一种横波，另外光的折射现象的出现不能说明光是纵波，故A选项错误；当光从光密介质射向光疏介质，且入射角足够大时，会在分界面处发生全反射现象，此时只有折射光线而反射光线消失，故B选项错误；当光垂直射到两种不同介质的分界面时，折射光线与入射光线的传播方向是相同的，故C选项错误；当光射到两种不同介质的分界面时会
115、发生折射现象，这是因为不同介质对光的(绝对)折射率n不同，即光在不同介质中的传播速度不同，故D选项正确。14.(2010全国卷)如图12所示，一个三棱镜的截面为等腰直角ABC，A为直角。此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射。该棱镜材料的折射率为()图12A.B.C. D.解析：选A作出几何光路图，如图所示。由折射规律可得n，若光线在AC边上的D点发生全反射，则sin ，由几何关系又有r90，结合以上三式可得n2，即n，正确答案为A。15.(2011福建高考)如图13所示，半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方。一束白光沿半径方向从A点射
116、入玻璃砖，在O点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带。若入射点由A向B缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O点，观察到各色光在光屏上陆续消失。在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是()图13A减弱，紫光 B减弱，红光C增强，紫光 D增强，红光解析：选C入射点由A向B缓慢移动的过程中，同一介质对各色光的折射率不同，各色光对应的全反射的临界角也不同。七色光中紫光的折射率最大，由sin C可知紫光的临界角最小，所以最先发生全反射的是紫光，折射光减弱，则反射光增强，故C正确。16.(多选)(2013天津高考)固定的半圆形玻璃砖的横截面如图14，O点为圆心，OO为直径M
117、N的垂线。足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN。由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO夹角较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增大角，当时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大角，当时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则()图14A玻璃砖对A光的折射率比对B光的大BA光在玻璃砖中传播速度比B光的大C时，光屏上只有1个光斑D时，光屏上只有1个光斑解析：选AD本题考查光的的反射、折射、全反射规律的应用，意在考查考生对光的传播规律的灵活应用。当较小时，屏上NQ区域有两个光斑，这是两种单色光折射后折射程度不同的结果，当时NQ区域A光消失，说明A光发生了全反射，A光发生全反
118、射的临界角为，同理，B光发生全反射的临界角为，由于，由n可知，B光的折射率小，A项正确；由v可知，B光在半圆形玻璃砖中传播速度较大，B项错误；时，NQ区域只有一个光斑，而由于光的反射，在NP区域还有一个光斑，时，两种单色光全部发生全反射，在NQ区域没有光斑，在NP区域有一个由全反射形成的光斑，C项错误，D项正确。17.(2010重庆高考)如图15所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90、半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以45入射角照射到OA上，OB不透光，若只考虑首次入射到圆弧上的光，则上有光透出部分的弧长为()图15A.R B.RC.R D.R解析：选B本题考
119、查光的折射与全反射，意在考查考生综合应用数学知识，正确作出几何光路图解决几何光学问题的能力。作出如图所示的几何光路图，其中N点为从O点入射的折射光线，故圆弧NB段没有光线从AB圆弧射出，由折射定律n可知，即BON30。若在圆弧AB上的M点，折射光线发生了全反射，由sin C可得C45，由几何关系则有AOM90453015，所以圆弧AB上有光透出的长度为s2RR，正确选项为B。18(2013山东高考)如图16所示，ABCD是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入。已知棱镜的折射率n，ABBC8 cm，OA2 cm，OAB60。图16(1)求光线第一次射出棱镜时，
120、出射光线的方向。(2)第一次的出射点距C_cm。解析：本题主要考查光的折射和全反射、折射率，意在考查考生应用折射和全反射解决光路问题的能力。(1)设发生全反射的临界角为C，由折射定律得sin C代入数据得C45光路图如图所示，由几何关系可知光线在AB边和BC边的入射角均为60，均发生全反射。设光线在CD边的入射角为，折射角为，由几何关系得30，小于临界角，光线第一次射出棱镜是在CD边，由折射定律得n代入数据得45。(2)由于AO2 cm，ABBC8 cm，由几何关系得AEBEBFCF4 cm，所以GCCFtan 30 cm答案：(1)见解析(2)19(2013重庆高考)利用半圆柱形玻璃，可减小
121、激光光束的发散程度。在如图17所示的光路中，A为激光的出射点，O为半圆柱形玻璃横截面的圆心，AO过半圆顶点。若某条从A点发出的与AO成角的光线，以入射角i入射到半圆弧上，出射光线平行于AO，求此玻璃的折射率。图17解析：本题主要考查光的折射、折射率的计算，意在考查考生对光路分析和几何知识的运用能力。设折射角为r，根据光路图，寻找几何关系有ir，又由折射率公式n，解得玻璃的折射率n。答案：20.(2013全国卷)如图18所示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c。图18(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光
122、线在端面AB上的入射角应满足的条件；(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。解析：本题考查光的折射和全反射现象，意在考查考生解决实际问题的能力。(1)设光线在端面AB上C点(如图)的入射角为i，折射角为r，由折射定律有sin insin r设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为，为了使该光线可在此光导纤维中传播，应有式中，是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角，它满足nsin 1由几何关系得r90由式得sin i 。(2)光在玻璃丝中传播速度的大小为v光速在玻璃丝轴线方向的分量为vxvsin 光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为t光线在玻璃丝中传播，在刚好发生全反射时
123、，光线从端面AB传播到其另一端面所需的时间最长，由式得tmax答案：(1)sin i(2)高频考点四：光的波动性电磁波21(2013上海高考)白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的()A传播速度不同B强度不同C振动方向不同 D频率不同解析：选D白光是由各种不同颜色的单色光组成的复色光，而光的颜色由频率决定，不同色光频率不同，D正确。22(2012北京高考)一束单色光经由空气射入玻璃，这束光的()A速度变慢，波长变短B速度不变，波长变短C频率增高，波长变长D频率不变，波长变长解析：选A光从空气射入玻璃中，其频率f不变；又由nc/v，推出速度v变小；再由vf，推出变小。故选项A正
124、确。23(2013全国卷)下列现象中，属于光的衍射的是()A雨后天空出现彩虹B通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹C海市蜃楼现象D日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹解析：选B本题考查光的衍射现象，意在考查考生对衍射现象的基本理解。雨后的彩虹是光的色散，则A错误；通过一个狭缝观察到的彩色条纹属于光的衍射，则B正确；海市蜃楼是全反射和折射，则C错误；日光下的肥皂膜出现的彩色条纹是薄膜干涉现象，则D错误。24(2013浙江高考)与通常观察到的月全食不同，小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时，看到整个月亮是暗红的。小虎画了月全食的示意图，并提出了如下猜想，其中最为合理的是()图19A地球上有人用
125、红色激光照射月球B太阳照射到地球的红光反射到月球C太阳光中的红光经地球大气层折射到月球D太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹解析：选C本题考查月全食现象，意在考查考生运用光学知识解释月全食现象的能力。小虎同学观看月全食时看到的整个月亮是暗红色的，这是由于太阳光中的红光经地球的大气层折射到月球而形成的，则C项正确，其他选项错误。25.(2011北京高考)如图20所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以()图20A增大S1与S2的间距B减小双缝屏到光屏的距离C将绿光换为红光D将绿光换为紫光解析：选C由双缝干涉条纹间距公式x可知，要增大
126、条纹间距，可以增大双缝到屏的距离，减小双缝间距，选用波长更长的单色光，因此C项正确。26(2013浙江高考)关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是()A电磁波可以传递信息，声波不能传递信息B手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同D遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同解析：选B本题考查波的知识，意在考查考生对波的理解和应用能力。无论是电磁波还是声波，都可以传递能量和信息，则A项错误；易知B项正确；太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波的传播速度不相同，则C项错误；遥控器发出的红外线频率和医院“CT”中的X射线频率不同，故
127、它们的波长也不相同，则D项错误。27(2010天津高考)下列关于电磁波的说法正确的是()A均匀变化的磁场能够在空间产生电场B电磁波在真空和介质中传播速度相同C只要有电场和磁场，就能产生电磁波D电磁波在同种介质中只能沿直线传播解析：选A如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是恒定的，不能产生新的电场(磁场)，因而不能产生电磁波，A正确，C错误；电磁波的传播速度跟介质有关，频率由波源决定，同一频率的电磁波在不同介质里波长不等，由vf知不同介质中波的传播速度不同，B错误；波发生衍射现象时，不再沿直线传播，波发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸大小跟光的波长差不多或比波长还要小，D错误。
