1、专题十 选考部分第2讲：机械振动与机械波 光一、学习目标1、掌握简谐运动的规律及振动图象 2、掌握机械波波长、波速和频率及其相互关系 3、掌握光的折射和全反射 4、学会解决电磁波和光的几种特有现象二、课时安排2课时三、教学过程典例精讲高考题型一 机械振动【例1】 (2015山东理综38(1)如图1所示，轻弹簧上端固定，下端连接一小物块，物块沿竖直方向做简谐运动.以竖直向上为正方向，物块简谐运动的表达式为y0.1sin (2.5t) m.t0时刻，一小球从距物块h高处自由落下；t0.6s时，小球恰好与物块处于同一高度.取重力加速度的大小g10m/s2.以下判断正确的是_.(双选，填正确答案标号)
2、图1A.h1.7mB.简谐运动的周期是0.8sC.0.6s内物块运动的路程是0.2mD.t0.4s时，物块与小球运动方向相反解析t0.6s时，物块的位移为y0.1sin(2.50.6)m0.1m，则对小球h|y|gt2，解得h1.7m，选项A正确；简谐运动的周期是Ts0.8s，选项B正确；0.6s内物块运动的路程是3A0.3m，选项C错误；t0.4s，此时物块在平衡位置向下振动，则此时物块与小球运动方向相同，选项D错误.答案AB归纳小结1.简谐运动的对称性：振动质点在关于平衡位置对称的两点，x、F、a、v、Ek、Ep的大小均相等，其中回复力F、加速度a与位移x的方向相反，而v与x的方向可能相同
3、，也可能相反.振动质点来回通过相同的两点间的时间相等，即tBCtCB.振动质点通过关于平衡位置对称的等长的两线段的时间相等，即tBCtBC.如图2所示.图22.简谐运动的周期性：做简谐运动的物体，其位移、回复力、加速度、速度都随时间按“正弦”或“余弦”规律变化，它们的周期均相同.其位移随时间变化的表达式为：xAsin (t)或xAcos (t).高考题型二 机械波【例2】 (2016全国丙卷34(1)由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播.波源振动的频率为20Hz，波速为16m/s.已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧，且P、Q和S的平衡位置在一条直线上，P、Q的平衡位置到S的平衡位
4、置之间的距离分别为15.8m、14.6m.P、Q开始振动后，下列判断正确的是_.A.P、Q两质点运动的方向始终相同B.P、Q两质点运动的方向始终相反C.当S恰好通过平衡位置时，P、Q两点也正好通过平衡位置D.当S恰好通过平衡位置向上运动时，P在波峰E.当S恰好通过平衡位置向下运动时，Q在波峰解析根据题意可得Ts0.05s，v16m/s，故波长为vT0.8m，找P点关于S点的对称点P，根据对称性可知P和P的振动情况完全相同，P、Q两点相距x()，为半波长的整数倍，P、Q两点振动方向始终相反，即P、Q两点振动方向始终相反，A错误，B正确；P点距离S点x19，当S恰好通过平衡位置向上振动时，P点在波
5、峰，同理Q点相距S点x18，当S恰好通过平衡位置向下振动时，Q点在波峰，D、E正确，C错误.答案BDE归纳小结1.波动图象描述的是在同一时刻，沿波的传播方向上的各个质点偏离平衡位置的位移.在时间上具有周期性、空间上具有重复性和双向性的特点.2.深刻理解波动中的质点振动.质点振动的周期(频率)波源的周期(频率)波的传播周期(频率).3.要画好、用好振动图象，并正确地与实际情景相对应.要正确画出波形图，准确写出波形平移距离、质点振动时间与波长、周期的单一解或多解表达式.4.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
6、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.5.“一分、一看、二找”巧解波动图象与振动图象的综合问题(1)分清振动图象与波动图象.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.高考题型三 光的折射和全反射【例3】 (2016全国丙卷34(2)如图7所示，玻璃球冠的折射率为，其底面镀银，底面的半径是球半径的倍；在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点，求该光线从球面射出的
7、方向相对于其初始入射方向的偏角.图7解析设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点，光线的光路图如图所示.设光线在M点的入射角为i、折射角为r，在N点的入射角为i，反射角为i，玻璃折射率为n.由于OAM为等边三角形，i60由折射定律有sininsinr代入题给条件n得r30作底面在N点的法线NE，由于NEAM，有i30根据反射定律，有i30连接ON，由几何关系知MANMON，故有MNO60由式得ENO30于是ENO为反射角，ON为反射光线.这一反射光线经球面再次折射后不改变方向.所以，经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角为180ENO150答案150归纳小结1.折射率：光从真空射入某
8、种介质，入射角的正弦与折射角的正弦之比叫做介质的折射率，公式为n.实验和研究证明，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即n.2.临界角：折射角等于90时的入射角，称为临界角.当光从折射率为n的某种介质射向真空(空气)时发生全反射的临界角为C，则sinC.3.全反射的条件：(1)光从光密介质射向光疏介质.(2)入射角大于或等于临界角.4.光的几何计算题往往是光路现象与光的反射、折射、全反射(临界点)及几何图形关系的综合问题.解决此类问题应注意以下四个方面：(1)依据题目条件，正确分析可能的全反射及临界角.(2)通过分析、计算确定光传播过程中可能的折射、反射
9、，把握光的“多过程”现象.(3)准确作出光路图.(4)充分考虑三角形、圆的特点，运用几何图形中的角关系、三角函数、相似形、全等形等，仔细分析光传播过程中产生的几何关系.高考题型四 电磁波和光的几种特有现象【例4】下列说法中正确的是_.A.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B.水面上的油膜呈现彩色是光的衍射现象C.双缝干涉实验中，若只减小屏到挡板间距离l，两相邻亮条纹间距离x将减小D.声源向静止的观察者运动，观察者接收到的频率小于声源的频率E.液晶显示器应用了光的偏振原理解析根据相对论原理可知，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.故A正确；水面
10、上的油膜呈现彩色是光的薄膜干涉现象.故B错误；双缝干涉实验中，若只减小屏到挡板间距离l，根据公式x可知，两相邻亮条纹间距离x将减小.故C正确；声源向静止的观察者运动时，产生多普勒效应，则观察者接收到的频率大于声源的频率.故D错误；液晶本身是不发光的，发光体是在液晶本身的后面，只有改变发光体的角度和方向，才能改变液晶光的偏振方向，故E正确.答案ACE归纳小结1.机械波和光波都能发生干涉、衍射、多普勒效应等现象，是波特有的现象.偏振现象是横波的特有现象.要观察到稳定的干涉现象和明显的衍射现象需要一定的条件.2.机械波的干涉图样中，实线和实线的交点、虚线和虚线的交点及其连线为振动加强处；实线和虚线的
11、交点及其连线处为振动减弱处.振动加强点有时位移也为零，只是振幅为两列波的振幅之和，显得振动剧烈.3.光的双缝干涉条纹间距x：(1)l、d相同时，x，可见光中的红光条纹间距最大，紫光最小；(2)间隔均匀，亮度均匀，中央为亮条纹；(3)如用白光做实验，中间为白色，两边为由紫到红的彩色.4.光的干涉现象：薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)；光的衍射现象：圆孔衍射、泊松亮斑.四、板书设计1、机械振动 2、机械波 3、光的折射和全反射 4、电磁波和光的几种特有现象 五、作业布置完成选考部分（2）的课时作业六、教学反思借助多媒体形式，使同学们能直观感受本模块内容，以促进学生对所学知识的充分理解与掌握。采用启发、诱思、讲解和讨论相结合的方法使学生充分掌握知识。进行多种题型的训练，使同学们能灵活运用本节重点知识。