高考复习学案:专题21 机械振动和光(提高)

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名称 高考复习学案:专题21 机械振动和光(提高)
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文件大小 1.3MB
资源类型 试卷
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2018-11-12 13:54:00

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文档简介

专题21 选修3-4(机械振动和光)
整体难度中等,命题指数★★★★★,复习目标是达B必会。
1.机械振动与机械波
(1)单摆的回复力是重力的切向分力,或合力在切向的分力。单摆固有周期T=2π。
(2)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。
(3)阻尼振动的振幅尽管在减小,但其振动周期(频率)不变,它是由振动系统决定的。
(4)稳定时,受迫振动的周期或频率等于驱动力的周期或频率,与物体的固有频率无关。共振图象的横坐标为驱动力的频率,纵坐标为受迫振动物体的振幅。共振条件:f驱=f固。21世纪教育网版权所有
(5)机械波必须要在介质中传播。振动质点是“亦步亦趋”,但不“随波逐流”。
(6)波的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。www.21-cn-jy.com
(7)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)。
(8)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。2-1-c-n-j-y
(9)“一分、一看、二找”巧解波的图象与振动图象的综合问题。
①分清振动图象与波的图象。只要看清横坐标即可,横坐标为x则为波的图象,横坐标为t则为振动图象。
波速、周期、波长之间的关系:λ=vT
②看清横、纵坐标的单位,尤其要注意单位前的数量级。
③找准波的图象对应的时刻。
④找准振动图象对应的质点。
(10)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大,当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小。【来源:21·世纪·教育·网】
2.光、电磁波
(1)光的波动性

(2)电磁波的特点
①横波 ②传播不需要介质 ③具有波的共性 ④真空中的速度c=3108 m/s
3.相对论与质能关系
(1)理解并记住狭义相对论的两个基本假设
①力学规律和电磁学规律在任何惯性系中都是一样的。
②光速不变原理:光在真空中运动的速度在任何惯性参考系中测得的数值都是相同的——光速与参考系的选取无关。21*cnjy*com
(2)理解并记住时间的相对性
①同时的相对性——运动参考系中同时发生的两个事件,静止参考系中的人认为不同时,“后面”的事件先发生;静止参考系中同时发生的两个事件,运动参考系中的人认为不同时,“前面”的事件先发生。
②动钟变慢:由t=知从地面上观察高速列车上的时间进程变慢了;同理,高速列车中的观察者测定地面上的时间进程也变慢了。【出处:21教育名师】
(3)动尺变短
车上的观察者用车上的尺测定车上木棒的长度为l0,地面观察者用地面上的尺测定车上木棒的长度为l。由l=l0知:l(4)爱因斯坦质能方程
E=mc2表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系,一定的质量总是和一定的能量相对应,即ΔE=Δmc2,表明物体吸收和放出能量时,必伴随着质量的增加或减少。【版权所有:21教育】
连接高考
1.(2016·江苏高考)(1)一艘太空飞船静止时的长度为30 m,他以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球,下列说法正确的是________。21教育名师原创作品
A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m
B.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m
C.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
D.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c
(2)杨氏干涉实验证明光的确是一种波,一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上,两狭缝就成了两个光源,它们发出的光波满足干涉的必要条件,则两列光的________相同。如图1所示,在这两列光波相遇的区域中,实线表示波峰,虚线表示波谷,如果放置光屏,在________(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹。
图1
(3)在上述杨氏干涉实验中,若单色光的波长λ=5.8910-7 m,双缝间的距离d=1 mm,双缝到屏的距离l=2 m。求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距。21cnjy.com
解析 (1)飞船上的观察者测得飞船的长度不变,仍为30 m,由l=l0<l0可知,地球上的观察者测得该飞船的长度小于30 m,A错误,B正确;由光速不变原理可知C、D错误。21教育网
(2)从两狭缝发出的光,它们的频率相同,是干涉光,在波峰与波谷相遇的区域中,振动相互抵消,会出现暗条纹,即在C点出现暗条纹。21*cnjy*com
(3)相邻亮条纹的中心间距Δx=λ
由题意知,亮条纹的数目n=10
解得L=,代入数据得L=1.17810-2 m。
答案 (1)B (2)频率 C (3)1.17810-2 m
2.(2017·江苏高考)(1)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有________。2·1·c·n·j·y
A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快
B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
C.地球上的人观测到地球上的钟较快
D.地球上的人观测到地球上的钟较慢
(2)野生大象群也有自己的“语言”。研究人员录下象群“语言”交流时发出的声音,发现以2倍速度快速播放录音时,能听到比正常播放时更多的声音。播放速度变为原来的2倍时,播出声波的________(选填“周期”或“频率”)也变为原来的2倍,声波传播速度________(选填“变大”“变小”或“不变”)。21·世纪*教育网
(3)人的眼球可简化为如图2所示的模型。折射率相同、半径不同的两个球体共轴。平行光束宽度为D,对称地沿轴线方向射入半径为R的小球,会聚在轴线上的P点。取球体的折射率为,且D=R。求光线的会聚角 α。 (示意图未按比例画出)【来源:21cnj*y.co*m】
图2
解析 (1)由相对论知识Δt=知,Δt>Δτ。则地面上的人观察飞船上的时间进程比地面上慢,即地球上的人观测到地球上的钟较快,同理可知,飞船上的人观测到飞船上的钟较快,A、C正确,B、D错误。
(2)播放速度变为原来的2倍,则声波的频率为原来的2倍,而声波在空气中的传播速度由介质性质决定,故声速不变。
(3)由几何关系sin i=
解得i=45°
则由折射定律=n
解得γ=30°
且i=γ+
解得α=30°
答案 (1)AC (2)频率 不变 (3)30°
练习1. (2017·江苏南京、盐城高三一模)(1)如图3所示,在一条张紧的绳子上挂几个摆,其中A、B的摆长相等。当A摆振动的时候,通过张紧的绳子给B、C、D摆施加驱动力,使其余各摆做受迫振动。观察B、C、D摆的振动发现________。
图3
A.C摆的频率最小 B.D摆的周期最大
C.B摆的摆角最大 D.B、C、D的摆角相同
(2)如图4所示,宽度为l的宇宙飞船沿其长度方向以速度u(u接近光速c)远离地球,飞船发出频率为ν的单色光。地面上的人接收到光的频率________(选填“大于 ”“等于”或“小于”)ν,看到宇宙飞船宽度________(选填“大于 ” “等于”或“小于”)l。
图4
(3)如图5所示,光线沿半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边AB上,在这个边与空气界面上发生反射和折射。反射光线与AB边的夹角为60°,折射光线与AB边的夹角为45°,要使折射光线消失,求入射光线绕入射点O转动的角度。
图5
练习2.(2015·江苏高考)(1)一渔船向鱼群发出超声波,若鱼群正向渔船靠近,则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比(  )
A.波速变大 B.波速不变
C.频率变高 D.频率不变
(2)用2106 Hz的超声波检查胆结石,该超声波在结石和胆汁中的波速分别为2 250 m/s和1 500 m/s,则该超声波在结石中的波长是胆汁中的________倍。用超声波检查胆结石是因为超声波的波长较短,遇到结石时________(选填“容易”或“不容易”)发生衍射。
(3)人造树脂是常用的眼镜镜片材料。如图6所示,光线射在一人造树脂立方体上,经折射后,射在桌面上的P点。已知光线的入射角为30°,OA=5 cm,AB=20 cm,BP=12 cm,求该人造树脂材料的折射率n。
图6
练习3.(2017·江苏徐州、宿迁、连云港、淮安四市模拟)下列说法正确的有(  )
A.光的偏振现象说明光是横波
B.阳光下肥皂泡呈现彩色是光的干涉现象
C.受迫振动的频率与振动系统的固有频率有关
D.变化的磁场一定产生变化的电场
(2)一列简谐横波沿x轴传播,某时刻的波形如图7所示,此时P点的振动方向沿y轴正方向,振动周期为0.4 s。该波沿x轴________(选填“正”或“负”)方向传播,波速为________m/s。21·cn·jy·com
图7
(3)如图8所示,一束光以45°的入射角从AB面射入三棱镜中,棱镜的折射率n=,光在真空中的传播速度c=3.0108m/s。求:
图8
①光在棱镜中的传播速度;
②光在棱镜中的折射角。
练习4.(2017·江苏如皋市高三教学质量调研)(1)下列说法正确的是(  )
A.机械波在介质中传播的速度与波的频率有关
B.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
C.根据麦克斯韦电磁理论,电磁波中的电场和磁场相互垂直,电磁波是横波
D.当声源和观察者背向运动时,观察者接收到的频率小于声波的频率
(2)如图9所示,一列简谐横波沿x轴正向传播,t=0时的波形如图所示,此时波刚好传到x=5 m处的P点;t=1.2 s 时x=6 m处Q点第一次有沿y轴正方向的最大速度。这列简谐波传播的波速为________m/s;x=4 m处质点的振动方程为________________。
图9
(3)某同学在做“用单摆测重力加速度”实验;
①他测得摆长为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,则测得的重力加速度g=________m/s2。(结果保留两位有效数字)
②如果他将单摆全部浸入水中并按正确的步骤做实验,测得的单摆周期为T,摆长为L,摆球质量为m,所受浮力为F,测得的重力加速度的表达式g=________________。

答案
练习1.解析 (1)由A摆摆动从而带动其它3个单摆做受迫振动,受迫振动的频率等于驱动力的频率,故其它各摆振动周期跟A摆相同,频率也相等,故A、B项错误;受迫振动中,当固有频率等于驱动力频率时,出现共振现象,振幅达到最大,由于B摆的固有频率与A摆的相同,故B摆发生共振,振幅最大,故C项正确,D项错误。
(2)由相对论可知,光的传播速度不变,因此该光相对飞船的速度等于c;飞船高速远离地球,由多普勒效应可知,地球上接收到的光的频率小于ν,根据相对论的尺缩效应,看到宇宙飞船的长度减小,但宽度不变。
(3)由图可知,该光线在介质中的入射角为90°-60°=30°,在空气界面的折射角是45°,所以n== ,sin C=,∠C=45°,应该将入射光线顺时针转过15°。
答案 (1)C (2)小于 等于 (3)15°
练习2.解析 (1)在同种介质中,超声波的传播速度保持不变,根据多普勒效应可知,频率变高,所以B、C正确。
(2)根据λ=,在传播过程中,频率保持不变,所以==1.5;根据波长越长越容易发生衍射,所以超声波遇到结石时,不容易发生衍射。
(3)设折射角为γ,由折射定律n=,其中i=30°
由几何关系知
sin γ=,且OP=
代入数据解得n=(或n≈1.5)
答案 (1)BC (2)1.5 不容易 (3)(或n=1.5)
练习3解析 (1)光的偏振现象说明光是横波,选项A正确;阳光下肥皂泡呈现彩色是光的干涉现象,选项B正确;受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关,选项C错误;均匀变化的磁场产生恒定的电场,选项D错误。
(2)该波沿x轴正方向传播,
波速v== m/s=10 m/s。
(3)①由n=,得v=2.1108 m/s
②设折射角为r
由n=
得r=30°。
答案 (1)AB (2)正 10 (3)①2.1108 m/s ②30°
练习4解析 (1)机械波在介质中的传播速度由介质决定,与波的频率无关,故A错误;遥控器发出的红外线波长比医院“CT”中的X射线波长长,选项B错误;根据麦克斯韦电磁场理论可知,电磁波中的电场和磁场互相垂直,电磁波是横波,故C正确;若声源和观察者背向运动时,即两者间距增大,根据多普勒效应原理,那么观察者接收到的频率小于声源的频率,故D正确。www-2-1-cnjy-com
(2)波速v== m/s=2.5 m/s
由图可知,A=10 cm=0.1 m
t=0时刻x=4 m处的质点位于负的最大位移处,所以其振动方程为:
y=-Acos ωt=-Acos·t=-0.1 cos m。
(3)①单摆摆长L=101.00 cm+ cm=102.00 cm=1.020 0 m,单摆周期T== s=2.03 s,
由单摆周期公式T=2π可知
g== m/s2≈9.8 m/s2。
②按正确的实验步骤,将单摆全部浸入水中做实验,等效的重力加速度g′=。已知测得的单摆周期为T,摆长为L,摆球质量为m,所受浮力为F,由单摆的周期公式得出T=2π,解得g=+。
答案 (1)CD (2)2.5 y=-0.1 cos m 
(3)①9.8 ②+

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