1、第15讲 选修3-3 第16讲 选修3-4 专题六 选考模块 第15讲 选修3-3 返回目录 高频考点探究高考真题聚焦返回目录 近年高考纵览 考点2014年 2015年 2016年 分子动理论 新课标全国卷33(1)，新课标全国卷33(1)，福建卷29(1)，北京卷13，全国卷16 全国卷33(1)，山东卷37(1)，江苏卷12A(2)，海南卷15(1)，福建卷29(1)，广东卷17 全国卷33(1)，北京卷20，江苏卷12A(1)(2)，上海卷17 气体实验定律和理想气体状态方程 新课标全国卷33(2)，新课标全国卷33(2)，山东卷37(2)，重庆10(2)，福建卷29(2)，广东卷17
2、全国卷33(2)，山东卷37(2)，江苏卷12A(2)(3)，海南卷15(2)，福建卷29(2)，重庆卷11(2)全国卷33(2)，全国卷33(2)，上海卷12、29、30，海南卷15(2)返回目录 近年高考纵览 考点2014年 2015年 2016年 热力学定律 新课标全国卷33(1)，山东卷37(1)，重庆卷10(1)，北京卷13，广东卷17 福建卷29(2)，北京卷13，重庆卷11(1)全国卷33(1)，全国卷33(1)，海南卷15(1)，江苏卷12A(3)返回目录 知识网络构建 返回目录 知识网络构建 明确分子动理论的基本内容，关注布朗运动现象、阿伏伽德罗常数在微观量与宏观量转换中的作
3、用及分子力与分子势能随分子间距变化的规律；掌握气体实验定律、气体状态方程的适用条件和解题方法，关注气体状态等温、等压、等容变化图像的应用；理解热力学第一定律及定律中各物理量的意义，掌握应用定律解题的方法，同时关注热力学第一定律及热力学第二定律的区别和联系第15讲 选修3-3高考真题聚焦返回目录 12016全国卷(1)关于热力学定律，下列说法正确的是_A气体吸热后温度一定升高B对气体做功可以改变其内能C理想气体等压膨胀过程一定放热D热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡(2)在水下气泡内空气的压强大于气泡表
4、面外侧水的压强，两压强差 p 与气泡半径 r 之间的关系为 p2r，其中 0.070 N/m.现让水下 10 m 处一半径为 0.50 cm 的气泡缓慢上升，已知大气压强 p01.0105 Pa，水的密度 1.0103第15讲 选修3-3 高考真题聚焦kg/m3，重力加速度大小 g 取 10 m/s2.求在水下 10 m 处气泡内外的压强差；忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值返回目录 第15讲 选修3-3 高考真题聚焦答案(1)BDE(2)28 Pa 1.3解析(1)气体吸热，若同时对外做功，则温度可能降低，故 A 错误；改变气体的内能的方式
5、有两种：做功和热传递，故 B 正确；理想气体等压膨胀过程是吸热过程，故 C错误；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故 D 正确；如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也一定达到热平衡，否则就不会与第三个系统达到热平衡，故 E 正确(2)当气泡在水下 h10 m 处时，设其半径为 r1，气泡内外压强差为 p1，则返回目录 第15讲 选修3-3 高考真题聚焦p12r1 代入题给数据得p128 Pa 设气泡在水下 10 m 处时，气泡内空气的压强为 p1，气泡体积为 V1；气泡到达水面附近时，气泡内空气的压强为 p2，内外压强差为 p2，其
6、体积为 V2，半径为 r2.气泡上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有p1V1p2V2 由力学平衡条件有p1p0ghp1 p2p0p2 气泡体积 V1 和 V2 分别为返回目录 第15讲 选修3-3 高考真题聚焦V143r31 V243r32 联立式得r1r23p0p2ghp0p1 由式知，p1p0，i1，2，故可略去式中的 p1 项，代入题给数据得r2r13 21.3 返回目录 第15讲 选修3-3 高考真题聚焦【考题定位】难度等级：中等出题角度：第一小题考查热学力学定律、热平衡概念，以气体为主要研究对象，结合气体状态参量的理解及气体实验定律的应用第二小题考查水中气泡内气体的等温变化过程，利用
7、玻意耳定律结合大气压和液体压强公式进行简单计算.返回目录 返回目录 第15讲 选修3-3 教师备用真题 12016全国卷(1)一定量的理想气体从状态 a 开始，经历等温或等压过程 ab、bc、cd、da 回到原状态，其 p-T图像如图所示，其中对角线 ac 的延长线过原点 O.下列判断正确的是_A气体在 a、c 两状态的体积相等B气体在状态 a 时的内能大于它在状态c 时的内能C在过程 cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D在过程 da 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E在过程 bc 中外界对气体做的功等于在过程 da 中气体对外界做的功返回目录 第15讲 选修3-3 教
8、师备用真题(2)一氧气瓶的容积为 0.08 m3，开始时瓶中氧气的压强为20 个大气压某实验室每天消耗 1 个大气压的氧气 0.36 m3.当氧气瓶中的压强降低到 2 个大气压时，需重新充气若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天第15讲 选修3-3 高考真题聚焦返回目录 答案(1)ABE(2)4 天解析(1)由pVT C 得 pCVT(C 为常量)，因对角线 ac 的延长线过原点 O，即 pkT，故体积 V 不变，即 VaVc，选项 A 正确；一定量的理想气体的内能由温度 T 决定，而TaTc，故 EaEc，选项 B 正确；cd 过程为等温加压过程，外界对系统做正功，
9、但系统内能不变，故系统要对外放热，放出热量 QW 外，选项 C 错误；da 过程为等压升温过程，体积增加，对外界做功，系统内能增加，故系统要从外界吸热，且吸收热量 QW 外E 内W 外，选项 D 错误；bc过程为等压降温过程，由V1T1V2T2可知，气体体积会减小，WpVCTbc；同理 da 过程中，WpVCTda，因为|Tbc|Tda|，故|W|W|，选项 E 正确教师备用真题 第15讲 选修3-3 返回目录(2)设氧气开始时的压强为 p1，体积为 V1，压强变为 p2(2个大气压)时，体积为 V2.根据玻意耳定律得p1V1p2V2 重新充气前，用去的氧气在 p2 压强下的体积为V3V2V1
10、 设用去的氧气在 p0(1 个大气压)压强下的体积为 V0，则有p2V3p0V0 设实验室每天用去的氧气在 p0 下的体积为 V，则氧气可用的天数为N V0V 联立式，并代入数据得N4(天)教师备用真题 第15讲 选修3-3 返回目录 22016全国卷(1)关于气体的内能，下列说法正确的是_ A质量和温度都相同的气体，内能一定相同 B气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大 C气体被压缩时，内能可能不变 D一定量的某种理想气体的内能只与温度有关 E一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加(2)一U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一光滑的轻活塞初始时，管内汞柱及空气柱
11、长度如图所示用力向下缓慢推活塞，直至管内两边汞柱高度相等时为止求此时右侧管内气体的压强和活塞向 教师备用真题 第15讲 选修3-3 高考真题聚焦下移动的距离已知玻璃管的横截面积处处相同；在活塞向下移动的过程中，没有发生气体泄漏；大气压强 p075.0 cmHg.环境温度不变返回目录 教师备用真题 第15讲 选修3-3 返回目录 答案(1)CDE(2)144 cmHg 9.42 cm解析(1)温度相同，分子平均动能相同，若摩尔质量不同，则相同质量的气体有不同的分子数，分子总动能不同，假若都是理想气体，因为只考虑分子动能，所以内能不同，A 错误；气体内能取决于气体分子的平均动能和分子势能，而与宏观
12、上整体的动能无关，B 错误；若外界对气体做的功等于气体向外界放出的热，则气体的内能不变，C 正确；理想气体的内能取决于气体分子的平均动能，而分子平均动能取决于温度，D 正确；理想气体等压膨胀过程中，p一定，V 增加，由pVT C 可知 T 升高，故内能增加，E 正确教师备用真题 第15讲 选修3-3(2)设初始时，右管中空气柱的压强为 p1，长度为 l1；左管中空气柱的压强为 p2p0，长度为 l2.活塞被下推 h 后，右管中空气柱的压强为 p1，长度为 l1；左管中空气柱的压强为 p2，长度为 l2.以 cmHg 为压强单位由题给条件得 p1p0(20.05.00)cmHg l120.020
13、.05.002cm 由玻意耳定律得p1l1p1l1 联立式和题给条件得p1144 cmHg 依题意p2p1 返回目录 教师备用真题 第15讲 选修3-3 l24.00 cm20.05.002cmh 由玻意耳定律得p2l2 p2l2 联立式和题给条件得h9.42 cm 返回目录 教师备用真题 返回目录 教师知识必备 一、分子动理论与统计观点1阿伏伽德罗常数：NA6.021023 mol1，是联系宏观量与微观量的桥梁；分子直径的数量级为 1010 m.2分子运动：说明分子无规则运动的实例有扩散现象和布朗运动现象3分子力和分子势能：分子间同时存在着引力和斥力，二者均随分子间距的增大而减小，且分子斥力
14、随分子间距变化得比较显著分子力和分子势能随分子间距变化的规律如图 1 和图 2 所示注意当 rr0 时，分子力为零，而分子势能最小却不为零返回目录 教师知识必备 图1 图24气体分子运动速率按统计规律分布，表现出“中间多，两头少”的规律返回目录 教师知识必备 二、物体的内能与热力学定律1决定内能的因素：从微观上看，物体内能的大小与分子平均动能和分子间距有关；从宏观上看，物体内能的大小与温度和体积有关；理想气体的内能仅与温度有关 2热力学第一定律：UQW.外界对物体做功，W取正值，物体对外界做功，W取负值；物体吸收热量，Q取正值，物体放出热量，Q取负值；物体内能增加，U取正值，物体内能减少，U取
15、负值 3热力学第二定律：反映了涉及热现象的宏观过程的不可逆性 返回目录 教师知识必备 三、液体与固体1单晶体具有规则的几何形状，某些物理性质表现为各向异性的特点；晶体具有固定的熔点 2液晶既具有液体的流动性，又具有晶体的特征，在光学、电学特性上表现为各向异性，在显示屏技术上应用广泛 3液体的表面张力是由液体表面层的结构决定的，类似现象还有浸润、不浸润、毛细现象等 4与液体处于动态平衡的蒸汽称为饱和汽，饱和汽的压强随温度的升高而增大某温度下空气中水蒸气的压强与同温度下水的饱和汽压的比值称为空气的相对湿度 返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究考点一 分子动理论例1下列叙述中正确的是()A布
16、朗运动就是液体分子的无规则运动 B当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大 C对于一定质量的气体，温度升高时，压强可能减小 D已知水的密度和水的摩尔质量，则可以计算出阿伏伽德罗常数 E扩散现象说明分子之间存在空隙，同时分子在永不停息地做无规则运动 返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究导思 布朗运动现象中观察到的是什么在运动？分子势能的变化与分子力做功有什么关系？从微观角度看，气体压强与哪些因素有关？返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究BCE 解析布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒的运动，是由于其周围液体分子的碰撞而造成的，布朗运动是液体分子无规则热运动的反映，但并不
17、是液体分子的无规则运动，选项A错误；当分子力表现为引力时，分子距离增大，则分子引力做负功，分子势能增大，选项B正确；气体温度升高时，分子平均动能增大，如果气体的体积同时增大，则单位体积内分子数减少，气体的压强可能减小，选项C正确；已知水的密度和水的摩尔质量，只能求出水的摩尔体积，求不出阿伏伽德罗常数，选项D错误；扩散现象说明分子之间存在空隙，同时分子在永不停息地做无规则运动，选项E正确 返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究归纳 1布朗运动：布朗运动的研究对象是悬浮在液体(或气体)中的固体颗粒，布朗运动是由于各个方向液体分子对悬浮微粒碰撞的不平衡性而引起的，是悬浮微粒的无规则运动，不是固
18、体分子的运动，也不是液体分子的运动，但布朗运动可以反映分子的无规则运动影响布朗运动激烈程度的因素是微粒的大小和温度2两种分子模型(1)球体模型：将分子视为球体，V043d23(d 表示分子直径)；(2)立方体模型：将分子视为立方体，V0d3(d 表示分子间距)返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究固体、液体分子体积 V0 VNA(V 表示摩尔体积)，但对气体来说，V0 表示气体分子平均占据的体积，因为气体分子之间的间隙不能忽略3分子动能和分子势能温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，但某个分子的动能不一定越大；分子势能的大小与物体体积有关，但物体体积增大时，分子势能并不一
19、定增大，物体体积变化时，分子势能如何变化则需要根据分子力做功情况来判定返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究变式 下列说法正确的是()A布朗运动虽不是分子运动，但它证明了组成固体颗粒的分子在做无规则运动 B液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离 C扩散现象可以在液体、气体中发生，不能在固体中发生 D随着分子间距离增大，分子间引力和斥力均减小，分子势能不一定减小 E气体体积不变时，温度越高，单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数越多 返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究BDE 解析布朗运动不是分子运动，而是悬浮在液体中的固体颗粒的运动，它是由于固体颗粒周围的液体分子做无
20、规则的热运动而引起的，选项A错误；液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，表面层分子间的作用力表现为引力，这是液体表面张力产生的原因，选项B正确；扩散现象可以在液体、气体和固体中发生，选项C错误；随着分子间距离增大，分子间引力和斥力均减小，但分子势能不一定减小，在分子间距离大于平衡间距离的前提下，分子势能随着随着分子间距离增大而增大，选项D正确；气体体积不变时，单位体积内的分子数不变，分子平均速率随温度升高而增大，单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数增多，选项E正确 返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究考点二 热力学定律例2 如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活
21、塞封闭着一定质量的理想气体活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距为h，此时封闭气体的温度为T1.现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，气体温度上升到T2.已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与气缸的摩擦，气缸足够高，求：(1)活塞上升的高度；(2)加热过程中气体的内能增加量 返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究导思 状态变化过程中理想气体的内能变化与什么有关？气体等压变化过程中如何求功？返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究答案(1)hT2T1T1(2)Q(p0Smg)hT2T1T1解析(1)气体发生等压变化，根据盖吕萨克定律得V1T1V2T2即hST1（h
22、h）ST2解得 hhT2T1T1.(2)根据平衡条件，对活塞有 p0SmgpS加热过程中气体对外做功 WpV则外界对气体做功 WWpVpSh(p0Smg)hT2T1T1返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究由热力学第一定律得 UQW气体内能的增量为 UQ(p0Smg)hT2T1T1返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究归纳 1热力学第一定律：UWQ 热力学第一定律适用于固体、液体、气体，而气体实验定律、理想气体状态方程均适用于理想气体 判断理想气体状态变化问题时，应先根据气体定律判断三个状态参量的变化一定质量的理想气体的内能只与温度有关：温度升高则内能增加，温度降低则内能减少；依据
23、气体体积的变化确定做功情况：体积增大则气体对外界做功，体积减小则外界对气体做功；根据内能的变化及做功情况，依据UWQ确定过程是吸热还是放热 应用热力学第一定律时，应注意做功的物理意义，外界对系统做功能增大系统的内能，则该功取正值返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究2热力学第二定律：应注意热现象的方向性是有条件的，即“不产生其他影响”返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究变式 下列有关热现象的叙述中正确的是()A气体从外界吸收热量，其内能一定增加 B机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程 C气体可以从单一热源吸收热量，全部用来对外做功 D第二类永动机没有违反能量守恒定律，但违反
24、了热力学第一定律 E热量可以从低温物体传到高温物体，但是不可能不引起其他变化 返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究BCE解析 气体从外界吸收热量的同时可能伴随着气体膨胀对外做功的过程，根据热力学第一定律，做功和热传递均可以改变物体的内能，选项 A 错误；根据热力学第二定律，机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程，机械能可自发地全部转化为内能，但内能不能自发地全部转化为机械能，选项 B 正确；根据热力学第二定律，“不可能从单一热源吸收热量全部用来对外做功，而不产生其他影响”，在产生其他影响的前提下，气体可以从单一热源吸收热量全部用来对外做功(例如导热的气缸放在恒温的环境中，用外力拉活
25、塞缓慢向外运动一段距离，气体内能不变，但气体膨胀对外做功，此过程中气体吸收的热量全部用来做功，但引起其他变化拉力作用)，选项 C 正确；返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究第二类永动机不违反能量守恒定律和热力学第一定律，但违反了热力学第二定律，选项 D 错误；根据热力学第二定律，热量可以从低温物体传到高温物体，但是不可能不引起其他变化，如电冰箱工作过程中，热量从低温物体向高温物体传递的前提条件是压缩机做功，选项 E 正确返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究考点三 气体的状态变化 例 3 如图 15-2 所示，体积为 V0 的容器内有一个很薄的活塞，活塞的截面积为 S，与气缸内壁
26、之间的滑动摩擦力为 f，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力在气缸内充有一定质量的理想气体，初始状态体积为23V0，温度为 T0，气体压强与外界大气压均为 p0.现缓慢加热气体，使活塞缓慢移动至气缸口求：图 15-2(1)活塞刚要开始移动时，气体的温度；(2)活塞刚移动至气缸口时，气体的温度返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究导思活塞刚要开始移动的条件是什么？活塞移动前气体状态变化的特点是什么？活塞移动过程中气体状态变化的特点是什么？返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究答案(1)T01 fp0S (2)32T01 fp0S解析(1)活塞刚要开始移动时，摩擦力达到最大静摩擦力 f.根据
27、平衡条件得p1Sp0Sf解得 p1p0fS气体发生等容变化，根据查理定律有p0T0p1T1解得 T1T01 fp0S返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究(2)活塞移动至气缸口过程中，气体发生等压变化，根据盖吕萨克定律有V1T1V2T2其中 V123V0，V2V0解得 T232T01 fp0S.返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究归纳 1分析有关气体实验定律和理想气体状态方程问题的物理过程必须明确三个要点：(1)阶段性：明确一个物理过程分为哪几个阶段；(2)联系性：找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的；(3)规律性：明确哪个阶段应遵循什么实验定律 2利用三个实验定律及理想气体
28、状态方程解决问题的基本思路：(1)选取研究对象：选取所研究的某一部分气体，该部分气体在状态变化过程中的质量必须保持一定；(2)确定初末状态，列出状态参量；(3)分析状态变化的特点，选用适当的实验定律或理想气体状态方程列式 返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究变式如图 15-3 所示，内壁光滑的气缸竖直放置，在距气缸底部 l36 cm 处有一个与气缸固定连接的卡环，活塞与气缸底部之间封闭了一定质量的理想气体当气体的温度T1300 K、大气压强 p01.0105 Pa 时，活塞与气缸底部之间的距离 l030 cm，已知活塞面积为 50 cm2，不计活塞的质量和厚度现对缸内气体加热，使活塞缓
29、慢上升，当温度上升至 T2540 K 时，求：(1)封闭气体此时的压强；(2)该过程中气体对外做的功图 15-3返回目录 第15讲 选修3-3 高频考点探究答案(1)1.5105 Pa(2)30 J解析(1)对活塞进行受力分析，由平衡条件得 pSp0S解得 pp01.0105 Pa封闭气体先做等压膨胀初状态：V1l0S，T1300 K第二状态(活塞刚刚上升到卡环处)：V2lS由盖吕萨克定律得V1T1V2T即l0ST1lST解得 T360 K光线在玻璃砖内会发生三次全反射最后由 G 点射出，如图所示，由反射定律和几何关系得OGOC 32 R射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出第16
30、讲 选修3-4 返回目录 教师知识必备 一、机械振动与机械波1振动图像和波动图像：振动图像反映了一个质点的位移x(位置坐标)随时间t变化的关系，波动图像反映了一系列质点在某一时刻相对其平衡位置的位移随质点的平衡位置变化的关系 由振动图像可确定周期T、振幅A、各时刻的位移及速度方向，由波动图像可确定波长、振幅A、波峰和波谷的位置、各个质点的位置及运动方向(结合传播的方向)注意：(1)简谐运动与其在介质中的传播形成的简谐波的振幅、频率均相同(2)简谐运动和简谐波的图像均为正弦(或余弦)曲线(3)振动图像和波动图像中质点振动方向判断方法不同 返回目录 教师知识必备 2波长、波速与周期(或频率)的关系
31、：vTf.波的频率(周期)等于振源的频率(周期)，与介质无关，波从一种介质进入另一种介质，其频率(周期)是不变的；波在介质中的传播速度由介质的性质决定；波长等于波在一个周期内向外传播的距离，其大小取决于波的频率及介质的性质波速也可用公式 vxt计算，其中 x 为 t 时间内波沿传播方向传播的距离3受迫振动的特性：受迫振动的周期等于驱动力的周期，与振动质点的固有周期无关，当驱动力的周期与质点的固有周期相等时，发生共振现象，质点振幅最大返回目录 教师知识必备 4波的特性：频率相同的两列波叠加发生波的干涉，与波源的路程差 x2n12(n0，1，2，)的点为振动减弱点，与波源的路程差 xn(n0，1，
32、2，)的点为振动加强点波发生明显衍射的条件是，波长大于障碍物、小孔的尺寸或两者相差不多多普勒效应是由于波源与观察者发生相对运动形成的，二者距离减小则接收频率增大，二者距离增大则接收频率减小二、光的折射和全反射1光的折射定律：光从真空(或空气)射入透明介质时，sin isin rn；光从透明介质射入真空(或空气)时，sin isin r1n.返回目录 教师知识必备 2折射率：ncv(v 为透明介质中的光速)折射率是表征透明介质的光学性质的物理量3全反射和临界角：(1)发生全反射的条件：光从光密介质进入光疏介质；入射角不小于临界角(2)临界角 C：sin C1n.4光的色散：发生色散现象时，同种透
33、明介质对频率较高(波长较短)的光的折射率较大；真空中光速相同，波长较长(频率较低)的光在同种透明介质中的光速较大返回目录 第16讲 选修3-4 高频考点探究考点一 振动图像和波动图像例1 一列简谐横波在t0时的波形如图162甲所示，介质中x2 m处的质点P沿y轴方向做简谐振动的图像如图乙所示，下列说法正确的是()A振源振动的频率是4 Hz B波沿x轴正方向传播 C波的传播速度为1 m/s Dt2 s时，质点P到达x4 m处图162 E质点P经4 s通过的路程为0.4 m 返回目录 第16讲 选修3-4 高频考点探究导思 质点P在t0时刻的振动方向向哪？怎样利用振动方向判断波的传播方向？在波的传
34、播过程中，各质点是否沿波的传播方向发生迁移？4 s等于几个振动周期？每个周期质点振动通过的路程是多少？返回目录 第16讲 选修3-4 高频考点探究BCE 解析从图像中可知，该波的波长4 m，周期T4 s，振幅A10 cm，则振源振动的频率f0.25Hz，波速v1 m/s，选项A错误，C正确；由质点P在t0时向y轴正方向振动，可以判断出波向x轴正方向传播，选项B正确；在波的传播过程中，各质点在各自的平衡位置振动，不会沿波的传播方向发生迁移，选项D错误；因4 sT，故质点P在一个周期内通过的路程为4A40 cm，选项E正确 返回目录 第16讲 选修3-4 高频考点探究归纳 1振动图像和波动图像中质
35、点振动方向的判断振动图像中质点在某时刻的振动方向可根据下一个时刻(远小于T4)质点的位移(位置坐标)确定，也可根据图像中该时刻对应的曲线斜率的正负确定；波动图像中质点的振动方向与波的传播方向有关，可用“上下坡法”(沿着波传播的方向“上坡”处的质点振动方向向下，“下坡”处的质点振动方向向上)或微平移法(作出微小时间 t 后的波形确定各质点经 t 后到达的位置以确定振动方向)确定质点振动方向返回目录 第16讲 选修3-4 高频考点探究2振动图像与波动图像结合 波动图像是某时刻一系列质点的振动情况的反映，振动图像是某一质点在不同时刻的振动情况的反映；求解波动图像与振动图像综合问题时应注意：(1)明确
36、题目所涉及的图像是振动图像还是波动图像：横坐标为x则为波动图像，横坐标为t则为振动图像；(2)注意观察横、纵坐标的单位，尤其注意单位前的数量级；(3)找准波动图像是哪个时刻的图像；(4)找准振动图像是哪个质点的图像 返回目录 高频考点探究第16讲 选修3-4 变式 如图163所示是沿x轴传播的一列简谐横波，实线是在t0时刻的波形图，虚线是在t0.2 s时刻的波形图已知该波的波速是0.8 m/s，则下列说法正确的是()A这列波的周期是0.15 s B这列波沿x轴负方向传播图163 Ct0时，x4 cm处的质点速度沿y轴正方向 D00.2 s内，x4 cm处的质点振动方向改变了3次 Et0时，x4
37、 cm处的质点加速度沿y轴负方向 返回目录 高频考点探究ABD 解析 由图可知波长 12 cm，则周期 Tv0.15 s，选项 A 正确；在 t0.2 s 内波传播的距离为 xvt0.8 m/s0.2 s0.16 m43，根据波形的平移法知，该波沿 x 轴负方向传播，选项 B 正确；由质点的振动方向与波的传播方向之间的关系(如上下坡法或微平移法)知，t0 时 x4 cm 处的质点向 y 轴负方向振动，选项 C 错误；tT 0.2 s0.15 s113114，则 00.2 s 内 x4 cm 处的质点振动方向改变 3次，选项 D 正确；t0 时，x4 cm 处的质点位于平衡位置，其加速度为零，选
38、项 E 错误第16讲 选修3-4 返回目录 高频考点探究第16讲 选修3-4 考点二 光的波动性 例2 如图164所示，两束单色光a、b自空气射向玻璃，经折射后形成复合光束c.下列说法中正确的是()图164 A从玻璃射向空气，a光的临界角大于b光的临界角 B经同一双缝所得干涉条纹，a光条纹宽度小于b光条纹宽度 C玻璃对a光的折射率小于玻璃对b光的折射率 D在玻璃中a光的速度等于b光的速度 E在真空中a光的波长大于b光的波长 返回目录 高频考点探究第16讲 选修3-4 导思 同种透明介质对频率较高的单色光的折射率与对频率较低的单色光的折射率有什么差别？发生全反射时，临界角与介质的折射率之间的关系
39、是什么？双缝干涉条纹宽度与入射光的波长之间的关系是什么？返回目录 高频考点探究ACE 解析 由图知，a 光的入射角小于 b 光的入射角，而折射角相等，根据折射定律可知，玻璃对 b 光的折射率较大，b 光的频率较高，选项 C 正确；根据 ncv可得，在同种介质中折射率较小的单色光 a 的传播速度较大，选项D 错误；根据 sin C1n可知，发生全反射时，a 光的临界角大于 b 光的临界角，选项 A 正确；在同种介质中，折射率较大的光对应的波长较小，所以 a 光波长较大，发生双缝干涉时，干涉条纹宽度与波长成正比，所以 a 光的干涉条纹较宽，选项 B 错误；真空中波长 cf，因 b 光的频率较高，所
40、以在真空中 a 光的波长大于 b 光的波长，选项 E正确第16讲 选修3-4 返回目录 高频考点探究归纳 1光的干涉(1)双缝干涉：频率相同的两束光相遇叠加形成的明暗相间条纹的现象，双缝干涉条纹是等间距的，条纹间距 lLd，利用该关系可测定光的波长明暗条纹条件：某点到双缝的距离之差 x 与波长的关系决定明暗条纹亮条纹：xn(n0，1，2，3，)；暗条纹：x(2n1)2(n0，1，2，3，)(2)薄膜干涉：由透明薄膜(油膜、肥皂沫、空气膜等)前后表面的反射光叠加形成干涉薄膜干涉为等厚干涉，第16讲 选修3-4 返回目录 高频考点探究第16讲 选修3-4 同一条纹处薄膜厚度相同增透膜的最小厚度为光
41、在介质中波长的四分之一 2光的衍射：发生明显衍射的条件是，孔或障碍物的尺寸与光的波长差不多，或者比光的波长还要小 3光的偏振：振动方向对于传播方向的不对称性叫作偏振自然光通过偏振片产生偏振光；自然光发生反射和折射可以成为部分偏振光或完全偏振光偏振现象证明光是横波 返回目录 高频考点探究第16讲 选修3-4 变式 下列说法中正确的是()A鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与波源频率相比增大 B全息照相的拍摄利用了光的干涉原理 C无线网络信号能绕过障碍物传递到接收终端是利用了干涉原理 D在同一种介质中，不同频率的机械波的传播速度不同 E医学上用激光作“光刀”来进行手术，主要是利用了激光的
42、亮度高、能量大的特点 返回目录 高频考点探究第16讲 选修3-4 ABE 解析根据多普勒效应可知，鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率比波源的频率大，选项A正确；全息照相的拍摄利用了激光的干涉原理，选项B正确；无线网络信号能绕过障碍物传递到接收终端是利用了衍射原理，选项C错误；在同一种介质中，不同频率的机械波的传播速度是相同的，选项D错误；医学上用激光作“光刀”来进行手术，主要是利用了激光的亮度高、能量大的特点，选项E正确 返回目录 高频考点探究第16讲 选修3-4 考点三 几何光学 例3 如图165所示为一个盛有某种液体的槽，槽的中部扣着一个正三角形的薄壁透明罩ACB，罩内为空气，整
43、个罩子恰好全部浸没在液体中，槽底AB的中点处有一个点光源D，P为BC边的中点要使点光源D射到透明罩的上半部分的光恰好能射出液面，则槽内液体的折射率应为多大？(结果可保留根号)图165 返回目录 高频考点探究第16讲 选修3-4 导思 光线射出液面时，能否发生全反射？临界角与折射率有什么关系？光线由罩内空气射向界面BC的入射角与由界面BC射向液面的入射角有什么关系？返回目录 高频考点探究第16讲 选修3-4 答案 73解析 如图所示，由点光源发出的光线 DP 恰好在液面发生全反射，则由折射定律得sin sin n其中 30解得 sin 12n故 cos 112n2 12n 4n21光线恰好在液面
44、发生全反射，则 sin C1n返回目录 高频考点探究第16讲 选修3-4 由几何关系知 C90(30)60则 sin Csin(60)sin 60cos cos 60sin 32cos 12sin 即1n 32 12n 4n2112 12n解得 n73由图可看出，越大则射到液面的入射角越小，因此 DP光线恰能发生全反射时，DP 以上的光线都能从液面上方射出返回目录 高频考点探究第16讲 选修3-4 归纳 1折射角与入射角：光从真空(或空气)斜射到透明介质时，折射角小于入射角；光从透明介质斜射到真空(或空气)时，折射角大于入射角 2全反射：光只有从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射现象，在遇
45、到光从光密介质射入光疏介质的情况时，应考虑能否发生全反射问题全反射的计算只要求掌握光从光密介质射入真空(或空气)的情况 3光的折射和全反射问题的解题技巧 分析题意画出光路图分析光路确定入射角和折射角由折射定律求解 返回目录 高频考点探究第16讲 选修3-4 注意：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，则由折射定律和反射定律确定光的传播情况 返回目录 高频考点探究第16讲 选修3-4 变式 如图 16-6 所示，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点以角 i 入射，第一次到达
46、AB 边恰好发生全反射已知 15，BC 边长为 2L，该介质的折射率为 2，求：(设光在真空中的速度为 c，可能用到：sin 75 6 24或 tan 152 3)(1)入射角 i；(2)从入射到发生第一次全反射所用的时间图 16-6返回目录 高频考点探究答案(1)45(2)（6 2）L2c解析(1)如图所示，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 C1n 解得 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 nsin isin r 解得 i45.第16讲 选修3-4 返回目录 高频考点探究(2)在OPB 中，根
47、据正弦定理得OPsin 75Lsin 45设光线在介质中的速度为 v，所用时间为 t，得OPvtvcn联立解得 t（6 2）L2c.第16讲 选修3-4 返回目录 第16讲 选修3-4 教师备用习题 例1 湖面上停着A、B两条小船，它们相距为30 m，一列水波正在湖面上沿AB连线的方向传播，每条小船每分钟上下浮动20次当A船位于波峰时，B船在波谷，两船之间还有一个波峰，则()A水波的波长为60 m B水波的波长为20 m C水波的波速为20 m/s D水波的波速为6.67 m/s 返回目录 BD解析 根据每条小船每分钟上下浮动 20 次，可知波动周期为 T3 s，根据当 A 船位于波峰时，B
48、船在波谷，两船之间还有一个波峰，可知两船间距 30 m1.5，所以水波的波长 20 m，水波的波速 vT6.67 m/s，选项B、D 正确 第16讲 选修3-4 教师备用习题 返回目录 第16讲 选修3-4 教师备用习题 例2 一列简谐横波在t0时刻的波形图如图中实线所示，从此刻起，经0.1 s波形图如图中虚线所示若波传播的速度为10 m/s，则()A这列波沿x轴正方向传播 B这列波的周期为0.4 s Ct0时刻质点a沿y轴正方向运动 D从t0时刻开始，质点a经0.2 s通过的路程为0.4 m Ex2 m处的质点的位移表达式为y0.2sin(5t)m 返回目录 第16讲 选修3-4 教师备用习
49、题 BDE 解析 经 0.1 s 波沿 x 轴传播的距离为 xvt1 m，所以波沿 x 轴负方向传播，选项 A 错误；由图像可知，波长 4 m，可得周期 Tv 4 m10 m/s0.4 s，选项B 正确；由“上下坡法”可判断，t0 时刻质点 a 沿 y 轴负方向运动，选项 C 错误；从 t0 时刻开始，质点 a 经 0.2 s 即半个周期，通过的路程为 0.4 m，选项 D 正确；由 yAsin(t)可确定 x2 m 处的质点的位移表达式为 y0.2sin(5t)m，选项 E 正确 返回目录 第16讲 选修3-4 教师备用习题 例3 如图所示，在一条直线上，两个振源A、B相距为6m，振动频率相
50、等t00时刻A、B开始振动，且都只振动一个周期，振幅相等，A的振动图像为图甲，B的振动图像为图乙若A向右传播的波与B向左传播的波在t10.3 s时相遇，则()A两列波在A、B间的传播速度大小均为10 m/s B两列波的波长都是4 m C在两列波相遇过程中，中点C为振动加强点 Dt20.7 s时刻B处质点经过平衡位置且振动方向向下 返回目录 AD 解析 设 A、B 间距为 s，两列波的速度为 v，则由题意得 s2vt1，解得波速 v s2t1 10 m/s，选项 A 正确；由振动图像知，周期 T0.2 s，则波长 vT2 m，故选项 B 错误；由振动图像知，A 的起振方向向上，B 的起振方向向下
51、，在两列波相遇过程中，中点 C 处对应的两列波的振动相位始终相反，故 C 为振动减弱点，选项C 错误；在 t20.7 s 时刻，只有 A 引起的波传到 B 处，由乙图读出此刻 B 处的质点经过平衡位置且振动方向向下，选项 D 正确 第16讲 选修3-4 教师备用习题 返回目录 第16讲 选修3-4 教师备用习题 例4 两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于x0.2 m和x1.2 m处，两列波的传播速度均为v0.4 m/s，两波源的振幅均为A2 cm.如图所示为t0时刻两列波的图像(传播方向如图所示)，此时平衡位置处于x0.2 m和x0.8 m处的P、Q两质点刚开始振动质点M的
52、平衡位置处于x0.5 m处关于各质点运动情况，下列判断正确的是()A两列波相遇后振幅仍然各为2 cm Bt1 s时刻，质点M的位移为4 cm Ct1 s时刻，质点M的位移为4 cm Dt0.75 s时刻，质点P、Q都运动到M点 E质点P、Q的起振方向都沿y轴负方向 返回目录 ABE 解析 两波在相遇区域的传播保持各自的波长、频率、振幅不变，各质点的位移、速度等于两列波分别引起的位移、速度的矢量和；t0 到 t1 s，两列波的传播距离均为 xvt0.4 m，两列波相遇，且两列波在 M点分别引起的位移均为 y2 cm，所以 t1 s 时刻质点M 的位移为4 cm，选项 A、B 正确，C 错误；波传
53、播过程中，各振动质点均在其平衡位置附近振动，不随波迁移，选项 D 错误；根据波的传播方向与质点振动方向的关系(“上下坡法”等)可确定，质点 P、Q 的起振方向都沿 y 轴负方向，选项 E 正确 第16讲 选修3-4 教师备用习题 返回目录 第16讲 选修3-4 教师备用习题 例5 投影仪的镜头是一个半球形的玻璃体，光源产生的单色平行光投射到平面上，经半球形镜头折射后在光屏MN上形成一个圆形光斑已知镜头半径为R，光屏MN到球心O的距离为d(d3R)，玻璃对该单色光的折射率为n，不考虑光的干涉和衍射求光屏MN上被照亮的圆形光斑的半径 返回目录 答案 dn21nR解析 如图所示，光线入射到 D 点时
54、恰好发生全反射，有sin C1nOFRcos CRn21nnRn21又OFr tan COFdOF解得 rd n21nR.第16讲 选修3-4 教师备用习题 返回目录 第16讲 选修3-4 教师备用习题 例6 一半径为R的半圆形玻璃砖横截面如图所示，O为圆心，一束平行光线照射到玻璃砖MO面上，中心光线a沿半径方向射入玻璃砖后，恰在O点发生全反射，已知aOM45.(1)求玻璃砖的折射率n；(2)玻璃砖底面MN有光线射出的部分的长度是多少？(不考虑玻璃砖MON面的反射)返回目录 答案(1)2(2)33 R解析(1)发生全反射时，临界角 C 满足 sin C1n解得折射率 n 1sin C1sin
55、45 2.(2)进入玻璃砖入射到 MO 的光线均发生全反射，从 O点入射的光线的路径如图所示第16讲 选修3-4 教师备用习题 返回目录 根据折射定律得sin sin n解得 sin sin 45n12所以 30则底面 MN 有光线射出的部分的长度 dODRtan 30 33 R.第16讲 选修3-4 教师备用习题 返回目录 第16讲 选修3-4 教师备用习题 例7 如图所示是一列简谐横波上A、B两质点的振动图像，两质点平衡位置间的距离x4.0 m，波长大于3.0 m，求这列波的传播速度 返回目录 答案 波由 A 向 B 传播时波速为 40 m/s 或 8.0 m/s 波由B 向 A 传播时波
56、速为 13.3 m/s解析 由振动图像可知，质点振动周期 T0.4 s当波的传播方向由质点 A 到质点 B 时t0 时刻质点 A 经平衡位置向上振动，质点 B 处于波谷则 xn14(n0，1，2，3，)所以该波波长为 4x4n1 164n1 m(n0，1，2，3，)因为有 3.0 m 的条件，所以取 n0，1当 n0 时，116 m，波速 v11T40 m/s第16讲 选修3-4 教师备用习题 返回目录 当 n1 时，23.2 m，波速 v22T8.0 m/s当波由质点 B 向质点 A 传播时t0 时刻质点 A 经平衡位置向上振动，质点 B 处于波谷则 xn34(n0，1，2，3，)所以该波波
57、长为 4x4n3 164n3 m(n0，1，2，3，)因为有 3.0 m 的条件，所以取 n0则波长 3163 m，波速 v33T403 m/s13.3 m/s.第16讲 选修3-4 教师备用习题 返回目录 第16讲 选修3-4 教师备用习题 例8 某同学用如图所示装置测量某种液体的折射率首先紧贴着容器边缘竖直插入一根长刻度尺，零刻度线在A端，当容器中没有液体时，该同学在图示位置只能看到标尺上的P点；当容器中正好装满液体时，刚好观察到零刻度线已知圆柱形容器的直径d12 cm，高h16cm，P点的刻度值L7 cm，求该透明液体的折射率 返回目录 答案 43解析 从 A 点射向液面恰好射入眼中的光线的光路如图所示设入射角为 r，折射角为 i由图知，sin idd2（hL）212122（167）245sin rdd2h21212216235根据折射定律得 nsin isin r43.第16讲 选修3-4 教师备用习题
