1、专题七选修模块 第2讲 机械振动和机械波 高考总复习大二轮 物 理 三年考情分析高考命题规律三年考题考查内容核心素养(1)机械振动和机械波部分考查：简谐运动、振动图像、波的图像、波长与波速及频率的关系、波的传播、波的叠加等侧重点：波动图像和振动图像的相互转化，根据振动图像判断振动方向，根据波的图像确定波的传播方向、传播时间等；2019卷34T振动图像、波的图像，光的折射物理观念，科学思维卷34T振动图像，光的干涉物理观念，科学论证卷34T波的干涉，光的折射与全反射物理观念，科学思维2018卷34T振动图像、波动图像，光的折射科学思维结合简谐运动图像及波的图像考查波的传播的多解问题和波的叠加问题
2、(2)光学部分考查三方面内容：几何光学：结合半圆柱形介质、三棱镜、平行介质等考查反射、折射、全反射，解决此类问题要掌握相关定律的内涵及入射角、反射角、临界角、偏向角等概念，熟练应用三角函数、正余弦定理及相似三角形等数学工具；卷34T机械波的传播，光的折射，全反射科学思维卷34T振动周期、机械波传播，光的折射科学思维卷 34T振动图像、波的干涉，光的折射科学思维卷 34T双缝干涉，光的折射和反射物理观念、科学思维2017卷 34T波的图像、光的折射科学思维物理光学：主要涉及光的干涉和衍射，要熟记双缝干涉实验中的条纹间距公式，要注意理解概念和现象；电磁波、相对论以基本概念、规律的理解为主，多以选择
3、题形式出现.考向一 机械振动和机械波知识必备提核心 通技法1机械振动与机械波2求解波的图像与振动图像综合类问题的方法(1)分清振动图像与波的图像分清横坐标即可，横坐标为 x 则为波的图像，横坐标为 t 则为振动图像(2)看清横、纵坐标的单位尤其要注意单位前的数量级(3)找准波的图像对应的时刻(4)找准振动图像对应的质点3判断波的传播方向和质点振动方向的方法(1)特殊点法(2)微平衡法(波形移动法)4波传播的周期性、双向性(1)波的图像的周期性：相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同，从而出现多解的可能性(2)波传播方向的双向性：在题目未给出波的传播方向时，要考虑到波可沿 x 轴正向或负向传播
4、的两种可能性跟进题组练考题 提能力1.(2019课标，34(1)如图，长为 l 的细绳下方悬挂一小球 a，绳的另一端固定在天花板上 O 点处，在 O 点正下方34l 的 O处有一固定细铁钉将小球向右拉开，使细绳与竖直方向成一小角度(约为2)后由静止释放，并从释放时开始计时，当小球 a 摆至最低位置时，细绳会受到铁钉的阻挡设小球相对于其平衡位置的水平位移为 x，向右为正下列图像中，能描述小球在开始一周期内的 xt 关系的是_解析：A 本题考查单摆问题中对单摆模型的理解及对周期公式的认识，体现出模型建构的素养由单摆的周期公式 T2Lg可知，单摆的摆长越大，周期越大，题中单摆在一个全振动中，当 x0
5、 时摆长为 l，T12lg；当 x0 时，摆长为l4，T2lg，则 T12T2，由机械能守恒定律可知，小球将运动到与初始位置等高的地方，由几何关系可知，当 x0 时，振幅变小，故 A 项正确2(2019课标，34(1)(多选)一简谐横波沿 x 轴正方向传播，在 tT2时刻，该波的波形图如图(a)所示，P、Q 是介质中的两个质点图(b)表示介质中某质点的振动图像下列说法正确的是_A质点 Q 的振动图像与图(b)相同B在 t0 时刻，质点 P 的速率比质点 Q 的大C在 t0 时刻，质点 P 的加速度的大小比质点 Q 的大D平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图(b)所示E在 t0 时刻，质点 P
6、 与其平衡位置的距离比质点 Q 的大解析：CDE 本题考查了机械振动及机械波图像的综合应用，考查了学生的综合分析能力，体现了物理观念中运动与相互作用的素养要素由图(b)可知，在T2时刻，该质点处于平衡位置且向 y 轴负方向运动，再从图(a)中利用“上下坡法”，结合波沿 x 轴正方向传播可知，在T2时刻，质点 Q 在平衡位置且向 y 轴正方向运动，平衡位置在原点处的质点在平衡位置且向 y 轴负方向运动，所以 A 选项错误，D 选项正确分析可知，在 t0 时刻，质点 P 位于波谷，此时质点 P 的速率为 0，加速度最大，位移大小最大，但质点 Q 在平衡位置，速率最大，加速度为 0，位移为 0，所以
7、 B 选项错误，C 和 E 选项均正确3(2017课标，34(1)(多选)如图，一列简谐横波沿 x 轴正方向传播，实线为 t0 时的波形图，虚线为 t0.5 s 时的波形图已知该简谐波的周期大于 0.5 s关于该简谐波，下列说法正确的是_A波长为 2 mB波速为 6 m/sC频率为 1.5 HzDt1 s 时，x1 m 处的质点处于波峰Et2 s 时，x2 m 处的质点经过平衡位置解析：BCE 本题考查机械波图像由题图可知，该波波长 4 m，选项 A 错误；T0.5 s，则由题图知波在 0.5 s 内沿 x 轴正方向传播的距离为34，传播时间 t34T0.5 s，T23 s，频率 f1T1.5
8、 Hz，选项 C 正确；波速 vT6 m/s，选项 B 正确；1 s32T，t1 s时，x1 m 处的质点处于波谷，选项 D 错误；2 s3T，t2 s 时，x2 m 处的质点经过平衡位置，选项 E 正确4(2019课标，34(1)(多选)水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源两波源发出的波在水面上相遇在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样关于两列波重叠区域内水面上振动的质点，下列说法正确的是_A不同质点的振幅都相同B不同质点振动的频率都相同C不同质点振动的相位都相同D不同质点振动的周期都与振动片的周期相同E同一质点处，两列波的相
9、位差不随时间变化解析：BDE 本题考查了机械波的干涉内容，突出了理解能力、综合分析能力的应用，体现了核心素养中模型建构、科学推理和科学论证要素两列波发生干涉时，会出现振动加强区和振动减弱区，振动加强区的质点振幅大，振动减弱区的质点振幅小，故 A 错误波动过程中质点的振动频率由波源决定，故 B 项正确不同质点的振动相位不一定相同，故 C 错误振动质点的周期由波源决定，故 D项正确由题意知，两列波在重叠区域发生干涉并形成干涉图样，则在同一质点处，两列波的相位在不断变化，但两列波的相位差不变，故 E 项正确考向二 光的波动性、电磁波知识必备提核心 通技法1.光的色散问题(1)在同一介质中，不同频率的
10、光的折射率不同，频率越高，折射率越大(2)由 ncv，n0 可知，光的频率越高，在介质中的波速越小，波长越小2光的衍射和干涉问题(1)光的衍射是无条件的，但发生明显的衍射现象是有条件的(2)两列光波发生稳定干涉现象时，光的频率相等，相位差恒定，条纹间距 xld.跟进题组练考题 提能力1正误判断(1)向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”，是多普勒效应的应用()(2)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散，光在干涉、衍射及折射时都可能发生色散()(3)摄影机镜头镀膜增透是利用了光的衍射特性()(4)拍摄
11、玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度()(5)彩虹现象与光的全反射有关()(6)全息照相利用了激光的干涉原理()(7)半径较大的凸透镜的弯曲表面向下放在另一块平板玻璃上，让光从上方射入，能看到亮暗相间的同心圆，这是光的干涉现象()(8)在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的位移要大()(9)泊松亮斑是光的衍射现象()(10)肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的，主要体现了光的波动性()(11)太阳光中的可见光和医院“B 超”中的超声波传播速度相同()(12)无线电波的发射能力与频率有关，频率越高发射能力越弱()(13)为了从高频电流中取出所携带的声音信号就要进行
12、调制()(14)在高速运动的火箭外的人认为火箭本身变短了()(15)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()2(2020吉林大学附中模拟)(多选)下列说法正确的是()A光的偏振现象说明光是一种横波B某玻璃对 a 光的折射率大于 b 光，则在该玻璃中传播速度 a光大于 b 光C当观察者向静止的声源运动时，接收到的声音的波长大于声源发出的波长D变化的电场一定产生磁场，变化的磁场一定产生电场E狭义相对论认为：真空中的光速大小在不同惯性参考系中都是相同的解析：ADE 纵波没有偏振现象，光的偏振现象说明光是一种横波，故 A 正确；根据 vcn可得在该玻璃中传播速度 a 光小于 b
13、 光，B 错误；根据多普勒效应，当观察者向静止的声源运动时，接收到的声音的频率大于声源发出的频率，结合 vf 可知，接收到的声音的波长小于声源发出的波长，故 C 错误；根据麦克斯韦电磁理论可知变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，D 正确；狭义相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，故 E 正确3(2019课标，34(2)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹回答下列问题：(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可_；A将单缝向双缝靠近B将屏向靠近双缝的方向移动C将屏向远离双缝的方向移动D使用间距更小的
14、双缝(2)若双缝的间距为 d，屏与双缝间的距离为 l，测得第 1 条暗条纹到第 n 条暗条纹之间的距离为 x，则单色光的波长 _；(3)某次测量时，选用的双缝的间距为 0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为 1.20 m，第 1 条暗条纹到第 4 条暗条纹之间的距离为 7.56 mm.则所测单色光的波长为_ nm(结果保留 3 位有效数字)解析：本题是“利用双缝干涉测光的波长”实验考查了学生的实验能力，培养了学生实事求是的科学态度，建立了结果来源于实验的价值观(1)增加目镜中观察到的条纹个数必须要减小条纹间距，由公式xld 可知 B 正确(2)由于第 1 条暗条纹到第 n 条暗条纹之间的距离
15、为 x，则相邻两条暗条纹的中心间距 x xn1单色光的波长 xdlxdn1l.(3)xdn1l0.300103m7.56103411.20 m6.30107m630 nm.答案：(1)B(2)xdn1l(3)630考向三 光的折射和反射知识必备提核心 通技法1光的特性2光的折射和全反射题型的分析思路(1)确定要研究的光线，有时需根据题意，分析、寻找临界光线、边界光线为研究对象(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若光疏光密：定有反射、折射光线若光密光疏：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，具体求解跟进题组
16、练考题 提能力1(2019课标，34(2)如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面 3 m距水面 4 m 的湖底 P 点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为 53(取 sin 530.8)已知水的折射率为43.(1)求桅杆到 P 点的水平距离；(2)船向左行驶一段距离后停止，调整由 P 点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为 45时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离解析：(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为 x1，到 P点的水平距离为 x2；桅杆高度为 h1，P 点处水深为 h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为.由几何关
17、系有x1h1tan 53x2h2tan 由折射定律有 sin 53nsin 设桅杆到 P 点的水平距离为 x，则 xx1x2联立式并代入题给数据得 x7 m(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为 45时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为 i，由折射定律有 sin insin 45设船向左行驶的距离为 x，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为 x1，到 P 点的水平距离为 x2，则x1x2xxx1h1 tan ix2h2 tan 45联立式并代入题给数据得 x(6 23)m5.5 m答案：(1)7 m(2)5.5 m2(2019课标，34(2)如图，直角三角形 ABC 为一棱镜的横截面，A9
18、0，B30.一束光线平行于底边 BC 射到 AB 边上并进入棱镜，然后垂直于 AC 边射出(1)求棱镜的折射率；(2)保持 AB 边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到 BC 边上恰好有光线射出求此时 AB 边上入射角的正弦解析：本题考查了光的折射、全反射，突出应用数学知识处理物理问题的能力，体现了核心素养中模型建构、科学论证要素，有利于培养考生的应用与创新价值观(1)光路图及相关量如图所示光束在 AB 边上折射，由折射定律得sin isin n式中 n 是棱镜的折射率由几何关系可知60由几何关系和反射定律得B联立式，并代入 i60得n 3(2)设改变后的入射角为 i，折射角为，由折射定律得s
19、in isin n依题意，光束在 BC 边上的入射角为全反射的临界角 c，且 sin c1n由几何关系得 c30由式得入射角的正弦为 sin i 3 22答案：(1)3(2)3 223(2017课标，34(2)如图，一玻璃工件的上半部是半径为 R的半球体，O 点为球心；下半部是半径为 R、高为 2R 的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜有一平行于中心轴 OC 的光线从半球面射入，该光线与 OC 之间的距离为 0.6R.已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)求该玻璃的折射率解析：如图，根据光路的对称性和光路可逆性，与入射光线相对于 OC 轴对称的出射光线一定与入射光线平行这样，从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心 C 点反射设光线在半球面的入射角为 i，折射角为 r.由折射定律有sin insin r由正弦定理有sin r2R sinirR由几何关系，入射点的法线与 OC 的夹角为 i.由题设条件和几何关系有 sin iLR式中 L 是入射光线与 OC 的距离由式和题给数据得sin r6205由式和题给数据得 n 2.051.43答案：1.43
