新教材2024高考物理二轮专题复习第一编专题复习攻略专题五机械振动和机械波光与电磁波第12讲机械振动和机械波光与电磁波课件

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命题点一　简谐运动及振动图像简谐运动图像问题的两种分析方法方法一：图像—运动结合法解此类题时，首先要理解x-t图像的意义，其次要把x-t图像与质点的实际振动过程联系起来．图像上的一个点表示振动中的一个状态(位置、振动方向等)，图像上的一段曲线对应振动的一个过程，关键是判断好平衡位置、最大位移及振动方向．
方法二：直观结论法简谐运动的图像表示振动质点的位移随时间变化的规律，即位移—时间的函数关系图像，不是物体的运动轨迹．
例 1 (多选)有两个同学利用假期分别去参观位于天津市的南开大学和上海市的复旦大学．他们各自在那里的物理实验室利用先进的DIS系统较准确的探究了单摆周期T和摆长L的关系．然后他们通过互联网交流实验数据，并由计算机绘制了T2-L图像，如图甲所示，已知天津市比上海市的纬度高．另外，去复旦做研究的同学还利用计算机绘制了他实验用的a、b两个摆球的振动图像，如图乙所示．
则下列说法正确的是(　　)A. 图甲中南开的同学所测得的实验结果对应的图像是BB．图甲中图线的斜率表示对应所在位置的重力加速度C．由图乙可知，a、b两摆球振动周期之比为3∶2D．由图乙可知，a、b两单摆摆长之比为4∶9
提升训练1.[2023·上海卷]真空中有一点P与微粒Q，Q在运动中受到指向P且大小与离开P的位移成正比的回复力，则下列情况有可能发生的是(　　)A．速度增大，加速度增大B．速度增大，加速度减小C．速度增大，加速度不变D．速度减小，加速度不变
解析：根据简谐运动的规律，回复力方向总指向平衡位置，大小与位移成正比，方向与位移方向相反，从平衡位置到最大振幅，做加速度增大的减速运动，反之，由最大振幅向平衡位置运动做加速度减小的加速运动，即加速度增大必减速，加速度减小必加速，故ACD错误，B正确．
2. [2023·福建福州一模]如图甲所示，绑有小铅块的浮漂竖直漂浮在静水中，把浮漂竖直向下缓慢按压后放手，忽略水对浮漂的阻力，浮漂在竖直方向做简谐运动．浮漂上升过程经过平衡位置时加速度大小为多少？测得浮漂运动的周期为0.8 s，以竖直向上为正方向，某时刻开始计时，其位移－时间图像如图乙所示，写出其运动位移的表达式．
3．如图所示，一根长为L的细线，上端固定于O点，下端系一可视为质点的小球，质量为m.若小球在竖直平面内做简谐运动，其动能Ek随时间t的变化关系如图所示，求：(1)该单摆的摆长；(2)小球的最大向心加速度．
考向1　波的图像分析 例 1 [2023·天津](多选)位于坐标原点的波源从t＝0时刻开始振动，t＝0.5 s时形成的机械波波形图如图所示，则下列说法正确的是(　　)A．机械波的波速v＝4 m/sB．x＝1 m处的质点在t＝0.3 s时位于波谷C．波源的振动方程为y＝0.02 sin (5πt＋π)mD．x＝－1 m处的质点半个周期内向左移动半个波长
考向2　波的叠加例 2 [2023·湖南卷]如图(a)，在均匀介质中有A、B、C和D四点，其中A、B、C三点位于同一直线上，AC＝BC＝4 m，DC＝3 m，DC垂直AB.t＝0时，位于A、B、C处的三个完全相同的横波波源同时开始振动，振动图像均如图(b)所示，振动方向与平面ABD垂直，已知波长为4 m．下列说法正确的是(　　)A．这三列波的波速均为2 m/sB．t＝2 s时，D处的质点开始振动C．t＝4.5 s时，D处的质点向y轴负方向运动D．t＝6 s时，D处的质点与平衡位置的距离是6 cm
考向3　振动图像和波的图像的综合应用例 3 [2023·四川省成都市三诊](多选)如图甲所示是一组同学在“战绳”练习中晃动一端使其上下振动(可视为简谐振动)形成横波的情境．图乙所示是形成的简谐横波在某一时刻的波形图，图丙所示为质点G以此时刻为计时起点的振动图像，下列说法正确的是(　　)A．此列波的波速为4 m/sB．此列波向右传播C．经过2.125 s时，质点E的加速度大于质点D的加速度D．经过1.75 s时，质点B沿波的方向传播到了质点I的位置
思维提升波动图像与振动图像综合问题的处理方法
考向4　波传播的周期性和多解性问题例 4 [2023·海南卷]如图所示分别是一列机械波在传播方向上相距6 m的两个质点P、Q的振动图像，下列说法正确的是(　　)A．该波的周期是5 sB．该波的波速是3 m/sC．4 s时P质点向上振动D．4 s时Q质点向上振动
提升训练1.[2023·上海卷]如图所示，有一周期为T、沿x轴正方向传播的波，当t＝0 s时波恰好传到B点，则t＝8 T时，CD段的波形图为(　　)
2.[2023·浙江6月]如图所示，置于管口T前的声源发出一列单一频率声波，分成两列强度不同的声波分别沿A、B两管传播到出口O.先调节A、B两管等长，O处探测到声波强度为400个单位，然后将A管拉长d＝15 cm，在O处第一次探测到声波强度最小，其强度为100个单位．已知声波强度与声波振幅平方成正比，不计声波在管道中传播的能量损失，则(　　)A．声波的波长λ＝15 cmB．声波的波长λ＝30 cmC．两声波的振幅之比为3∶1D．两声波的振幅之比为2∶1
3．[2023·全国甲卷]分别沿x轴正向和负向传播的两列简谐横波P、Q的振动方向相同，振幅均为5 cm，波长均为8 m，波速均为4 m/s.t＝0时刻，P波刚好传播到坐标原点，该处的质点将自平衡位置向下振动；Q波刚好传到x＝10 m处，该处的质点将自平衡位置向上振动．经过一段时间后，两列波相遇．(1)在给出的坐标图上分别画出P、Q两列波在t＝2.5 s时刻的波形图(P用虚线，Q波用实线)；(2)求出图示范围内的介质中，因两列波干涉而振动振幅最大和振幅最小的质点的平衡位置．
考向1　折射定律的应用例 1 [2023·浙江1月]如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图．一细黄光束从直角边AB以角度θ入射，依次经AC和BC两次反射，从直角边AC出射．出射光线相对于入射光线偏转了α角，则α(　　)A．等于90° B．大于90°C．小于90° D．与棱镜的折射率有关
3．[2023·四川宜宾第四中学二模] 如图所示，某玻璃砖的截面由半径为R的半圆和等腰直角三角形ABC组成，AC是半圆的直径．一束单色光照射在圆弧面上的D点，入射角为60°，折射光线刚好射在AB边的中点E，该折射光线在AB面上的入射角为45°，已知光在真空中传播速度为c，求：(1)玻璃砖对该单色光的折射率；(2)该单色光在玻璃砖中传播的时间(不考虑光在圆弧面上的反射)．
命题点四　光的波动性　电磁波1．单缝衍射与双缝干涉的比较
例 1 [2023·辽宁卷](多选)“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示，两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力．下列现象的物理原理与之相同的是(　　)A．插入水中的筷子，看起来折断了B．阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹C．驶近站台的火车，汽笛音调变高D．振动音叉的周围，声音忽高忽低
解析：该现象属于波的叠加原理，插入水中的筷子看起来折断了是光的折射造成的，与该问题的物理原理不相符；阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，是由于光从薄膜上下表面的反射光叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符；驶近站台的火车汽笛音调变高是多普勒现象造成的，与该问题的物理原理不相符；振动音叉的周围声音忽高忽低，是声音的叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符．故选BD.
提升训练1.[2023·山东卷] 如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图．G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层．用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹．已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是(　　)A．劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动B．劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动C．劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动D．劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动
解析：由题知，C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，G增长的高度大于C增长的高度，则劈形空气层的厚度变大，且同一厚度的空气膜向劈尖移动，则条纹向左移动．故选A.
2．[2023·重庆第七次联考](多选)如图所示的甲、乙、丙、丁四幅图均来自物理课本，下列说法正确的是(　　)
A．图甲为双缝干涉示意图，若换成频率更高的单色光照射双缝，则实验得到的条纹间距应该更大B．图乙为光照到圆盘上得到的衍射图样C．图丙为劈尖干涉的示意图，两玻璃片间垫有一些纸片，若从两玻璃片之间抽出部分纸片，则从上往下看可以观察到条纹间距变大D．图丁所示为相机拍摄车前挡风玻璃的照片，挡风玻璃能明显减弱汽车玻璃表面反射光是利用了薄膜干涉原理