1、系统知识 明晰备考 考什么 本专题考查的主要内容有：振动图象和波动图象，机械振动和机械波的周期性，波长、波速和频率的关系，光的折射和全反射，相对论的基本原理与基本结论。怎么考 本专题考点主要集中在振动图象和波动图象的理解与应用，波长、波速和周期(频率)的关系，光的折射和全反射等知识点上，题型以选择题和填空题为主，难度中等。预计2013年高考命题仍集中在波的时间和空间的周期性、振动图象与波动图象的综合题、光的折射与全反射。怎么办 复习时要抓住主干知识，重点关注级要求知识点，但也不要忽视波的干涉、衍射、多普勒效应及单摆实验，测定折射率实验和测光的波长实验的复习。例1(2012福建高考)一列简谐横波
2、沿x轴传播，t0时刻的波形如图71甲所示，此时质点P正沿y轴负方向运动，其振动图象如图乙所示，则该波的传播方向和波速分别是()图71A沿x轴负方向，60 m/s B沿x轴正方向，60 m/sC沿x轴负方向，30 m/s D沿x轴正方向，30 m/s思路点拨 解答本题时应注意以下两点：(1)质点振动方向与波的传播方向的互判方法。(2)从波动图象上读出波长，从振动图象上读出周期。解析 由题图甲可知，波长24 m，由题图乙可知周期T0.4 s。根据v T 可求得v60 m/s，故C、D项错误。根据“同侧法”可判断出波的传播方向沿x轴负方向，故A项正确，B项错误。答案 A一、基础知识要记牢1对波长、波
3、速及频率的理解(1)波长：反映了波动在空间上的周期性，即沿波的传播方向相隔n(n1,2,3，)的两质点的振动情况(位移、速度、加速度)完全相同。(2)波速：在同一种均匀介质中同一类机械波波速是一恒量，它只与介质有关，与波的频率无关。但电磁波的波速既与介质有关，还与频率有关。(3)频率：波的频率，即波源振动的频率，只与波源有关，与介质无关。(4)波速与波长、频率的关系：vf。2振动图象和波动图象对比振动图象 波动图象 横坐标 时间 质点的平衡位置 研究对象 一个质点 介质中的各个质点 研究内容 一个质点的位移随时间的变化规律 某时刻所有质点的空间分布情况 振动图象 波动图象 图象可提供的物理信息
4、 (1)振幅、周期(2)任意时刻的位移；加速度和振动的方向(1)振幅、波长(2)某时刻各质点的位移、加速度(3)已知各质点的振动方向可研究波的传播方向；反之亦然 振动图象 波动图象 物理意义 表示一个振动质点在各时刻的位移 表示某时刻所有质点对各自平衡位置的位移 形象比喻 一个人独舞的录像 集体舞的剧照 图象变化 随着时间的推移，图象逐渐延续，但已有的形状不会改变 随着时间的推移，图象沿着波的传播方向匀速平移 二、方法技巧要用好波的传播方向与质点振动方向的互判方法(1)“上下坡”法：沿波的传播速度的正方向看，“上坡”的点向下振动，“下坡”的点向上振动，简称“上坡下，下坡上”。(如图72甲所示)
5、图72(2)同侧法：在波的图象上的某一点，沿纵轴方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿x轴方向画个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧。(如图72乙所示)三、易错易混要明了波速与振速不同。波源的振动形式、振动能量由近及远的传播速度即波速。，在同一种均匀介质中波动的传播是匀速的，波动中的各质点都在平衡位置附近做周期性振动，是变加速运动。vxtT例2(2012东北三校二模)一列简谐横波在x轴上传播，在t10和t20.05 s时，其波形分别用如图73所示的实线和虚线表示，求：图73(1)这列波可能具有的波速。(2)当波速为280 m/s时，波的传播方向如何？以此波速传播时
6、，x8 m处的质点P从平衡位置运动至波谷所需的最短时间是多少？思路点拨 解答本题时应注意以下两点：(1)题中没有指明波沿x轴传播的具体方向。(2)因不能确定波在t1t2内传播的整波长数而具有多解性。解析(1)若波沿x轴正向传播的，则：sx1n(28n)m，n0,1,2，vst28n0.05 m/s(40160n)m/s若波沿x轴负向传播，则：sx2n(68n)m，n0,1,2，vst 68n0.05 m/s(120160n)m/s(2)当波速为280 m/s时，有280(120160n)n1，所以波向x轴负方向传播Tv 135 s所以P质点第一次到达波谷所需最短时间为：t3T4 3140 s2
7、.1102 s答案 见解析一、基础知识要记牢波动问题出现多解的原因主要是：1波动的周期性(1)t时刻开始经过周期整数倍的时间，各质点的振动情况(位移、速度、加速度等)与它在t时刻的振动情况完全相同。(2)在波的传播方向上相距波长整数倍的质点，振动情况也相同，因此波的传播距离、时间等物理量出现了周期性的变化。2波传播的双向性当机械波沿x轴方向传播时，机械波既可以沿x轴正向传播，也可以沿x轴负方向传播，导致多解。二、方法技巧要用好求解波动图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法：(1)分清振动图象与波动图象。此问题最简单，只要看清横坐标即可，横坐标为x则为波动图象，横坐标为t则为振
8、动图象。(2)看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。(3)找准波动图象对应的时刻。(4)找准振动图象对应的质点。例3(2012新课标全国卷)一玻璃立方体中心有一点状光源。今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体，已知该玻璃的折射率为 2，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值。破题关键点(1)中心点光源发出的光在立方体表面上，发生全反射时入射角应满足什么条件？临界角如何求？请写出表达式。(2)立方体的每个侧面上能射出光线的部分，其形状有什么特点？请求出其面积。(3)请表示出镀膜的总面积和立方体的表面积。解析 设立方体的边长为a，光在界面上发
9、生全反射的临界角为C，则sin C1n，可得C45。设A点为上表面上面积最小的不透明薄膜边缘上的一点，在A点刚好发生全反射，则上表面上膜的形状为以R为半径的一个圆，且Ra2，所以膜的总面积S6R2立方体的表面积S6a2，故SS 6R26a2 4。答案 4一、基础知识要记牢1折射率公式(1)nsin 1sin 2(2)ncv(3)n真介2临界角公式：sin C1n 3光的色散白光通过三棱镜后发生色散现象，说明白光是复色光，是由七种单色光组成的。七种单色光红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫频率增大折射率增大在同种介质中的传播速度减小临界角(介质空气)减小波长(同一介质中)减小二、方法技巧要用好(1)在解决
10、光的折射问题时，应根据题意分析光路，即画出光路图，找出入射角和折射角，然后应用公式来求解，找出临界光线往往是解题的关键。(2)分析全反射问题时，先确定光是否由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于临界角，若不符合全反射的条件，则再由折射定律和反射定律确定光的传播情况。(3)在处理光的折射和全反射类型的题目时，根据折射定律及全反射的条件准确作出几何光路图是基础，利用几何关系、折射定律是关键。例4(2011天津高考)甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，设相邻两个亮条纹的中心距离为x，若x甲x乙，则下列说法正确的是()A甲光能发生偏振现象，乙光则不能发生B真空中甲光的波长一定大于
11、乙光的波长C甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量D在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光思路点拨 解答本题时应注意以下三点：(1)相邻两亮条纹间距与波长的关系。(2)光子能量与波长的关系。(3)同种介质中折射率与光频率的关系。解析 根据公式x ld，结合已知条件x甲x乙，可知甲乙，选项B正确；光是横波，不论什么光都能发生偏振，选项A错误；由关系式c可知，甲光的频率小于乙光的频率，根据公式Eh可知，甲光子的能量一定小于乙光子的能量，选项C错误；由于光的波长甲乙，则n甲v乙，选项D正确。答案 BD一、基础知识要记牢1光的干涉光干涉的条件是有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。(1)双缝干涉：双
12、缝作用：将一束光分为两束，获得相干光源。相邻亮条纹(或暗条纹)间距：xld。(2)薄膜干涉：由薄膜的前后表面反射的光叠加，形成彼此平行的明暗相间条纹。若白光入射，得到平行的彩色条纹。应用：增透膜、增反膜、检查平面的平整程度等。2光的衍射(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。发生明显衍射的条件是：障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。(2)在发生明显衍射的条件下，当窄缝变窄时，亮斑的范围变大，条纹间距离变大，而亮度变暗。3光的偏振在与光波传播方向垂直的平面内，光振动沿各个方向均匀分布的光称为自然光，光振动沿着特定方向的光即为偏振光。偏振现象是横波特有的现象，所以光的偏振现象表
13、明光波为横波。二、方法技巧要用好(1)白光发生光的干涉、衍射和光的色散时都可出现彩色条纹，但出现彩色条纹的本质不相同，干涉和衍射是光的波长不同引起的干涉条纹间距，衍射明显程度不同的缘故，而光的色散是在同一种介质中波速不同折射率不同造成的。(2)区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分。三、易错易混要明了(1)观察薄膜干涉条纹应在光源同侧观察。(2)增透膜最小厚度为光在介质中波长的四分之一。课堂针对考点强化训练1(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74所示。图74绳上a、b两质点均处于波峰位置。
14、下列说法正确的是()Aa、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 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。D2.(2012天津高考)半圆形玻璃砖横截面如图75所示，AB为直径，O点为圆心。在该截面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射入玻璃砖，两入射点到O的距离相等。两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示，则a、b两束光()A在同种均匀介质中传播，a光的传播速度较大B以相同的入射角从空气斜射入水中，
15、b光的折射角大C若a光照射某金属表面能发生光电效应，b光也一定能D分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大图75解析：选 b光发生了全反射，说明b光临界角较小，折射率较大，所以在同种均匀介质中传播，a光的传播速度较大，选项A正确；以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小，选项B错误；由于b光折射率较大，频率较高，若a光照射某金属表面能发生光电效应，b光也一定能，选项C正确；a、b两束光分别通过同一双缝干涉装置，由于a光的波长较长，a光的相邻亮条纹间距大，选项D正确。ACD3.(2012浙江高考)为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储
16、罐中，电容器可通过开关S与线圈L或电源相连，如图76所示。当开关从a拨到b时，由L与C构成的回路中产图76生的周期T2 LC的振荡电流。当罐中液面上升时()A电容器的电容减小B电容器的电容增大CLC回路的振荡频率减小DLC回路的振荡频率增大解析：选 当罐中的液面上升时，电容器极板间的介电常数变大，由平行板电容器的电容公式知，电容增大，则选项A错误，B正确；由LC回路周期公式知，振荡周期增大，振荡频率减小，则选项C正确，D错误。BC4(2012北京海淀模拟)一列简谐横波，在t5.0 s时的波形如图77甲所示，图乙是这列波中质点P的振动图线，那么该波的传播速度和传播方向是()图77Av0.25 m
17、/s，向右传播Bv0.50 m/s，向右传播Cv0.25 m/s，向左传播Dv0.50 m/s，向左传播解析：选 由题图乙可知，T2 s，t5.0 s时P点经平衡位置向下振动，对应甲图可知，波向右传播，而1.00 m，故vT0.50 m/s，B正确。B5(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78所示)：图78(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xa
18、n1(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图79所示，其示数为_mm。图79解析：(1)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，首先应取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束直接沿遮光筒轴线把屏照亮，故选项A错误；根据实验操作可知选项B、C正确。(2)读数为1.5 mm47.00.01 mm1.970 mm。答案：(1)A(2)1.9706(2012无锡摸底)(1)2009 年诺贝尔物理学奖授予科学家高锟以及威拉德博伊尔和乔治史密斯。3 名得主的成就分别是发明光纤电缆和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是_。A用透明的标准平面样板检查光学平面
19、的平整程度是利用光的偏振现象B用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象D光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象(2)如图710所示，一截面为正三角形的棱镜，其折射率为 3。今有一束单色光射到它的一个侧面，经折射后与底边平行，则入射光线与水平图710方向的夹角是_。(3)如图711所示是某时刻一列横波上A、B两质点的振动图象，该波由A传向B，两质点沿波的传播方向上的距离x6.0 m，波长大于10.0 m，求：图711再经过0.7 s，质点A通过的路程。这列波的波速。解析：(1)选项A是利用光的干涉现象，选项B是利用光的色散现象，选项C是利用光的全反射现象，选项D是利用光的薄膜干涉现象，故D正确。(2)由题意可知，r30，由n sin isin r 可得：i60，故入射光线与水平方向夹角是30。(3)由振动图线知T0.4 s，t0.7 s134T，故质点A通过的路程为sA0.35 m，由x14得：24 m，故vT60 m/s。答案：(1)D(2)30(3)0.35 m 60 m/s