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1、第20讲 振动和波、电磁波,1,2,3,4,5,6,7,1.(2019全国卷)一简谐横波沿x轴正方向传播,在t= 时刻,该波的波形图如图(a)所示,P、Q是介质中的两个 质点。图(b)表示介质中某质点的振动图象。下列说法正确的是 。(填正确答案标号) A.质点Q的振动图象与图(b)相同 B.在t=0时刻,质点P的速率比质点Q的大 C.在t=0时刻,质点P的加速度的大小比质点Q的大 D.平衡位置在坐标原点的质点的振动图象如图(b)所示 E.在t=0时刻,质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大,1,2,3,4,5,6,7,答案:CDE,1,2,3,4,5,6,7,2.(2019全国卷)如图,长为l的
2、细绳下方悬挂一小球a,绳的另一端固定在天花板上O点处,在O点正下方 l的O处有一固定细铁钉。将小球向右拉开,使细绳与竖直方向成一小角度(约为2)后由静止释放,并从释放时开始计时,当小球a摆至最低位置时,细绳会受到铁钉的阻挡。设小球相对于其平衡位置的水平位移为x,向右为正。下列图象中,能描述小球在开始一个周期内的x-t关系的是 。,1,2,3,4,5,6,7,答案:A,1,2,3,4,5,6,7,3.(2019全国卷)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题: (1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可
3、; A.将单缝向双缝靠近 B.将屏向靠近双缝的方向移动 C.将屏向远离双缝的方向移动 D.使用间距更小的双缝,1,2,3,4,5,6,7,(2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为x,则单色光的波长= ; (3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为 nm(结果保留3位有效数字)。,1,2,3,4,5,6,7,4.(2019全国卷)水槽中,与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上。振动片做简谐振动时,两根细杆周期性触动水面形成
4、两个波源。两波源发出的波在水面上相遇,在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样。关于两列波重叠区域内水面上振动的质点,下列说法正确的是 。(填正确答案标号) A.不同质点的振幅都相同 B.不同质点振动的频率都相同 C.不同质点振动的相位都相同 D.不同质点振动的周期都与振动片的周期相同 E.同一质点处,两列波的相位差不随时间变化,1,2,3,4,5,6,7,解析:两列波发生干涉,形成稳定的干涉图样,加强区与减弱区相互间隔,加强区振幅大,减弱区振幅小,A错误;振动频率取决于波源,所有点的振动周期与频率都相同,等于波源振动的周期与频率,B、D正确;相位不同造成了加强区与减弱区,C错误;同一质点处,两列波
5、的相位差恒定,E正确。 答案:BDE,1,2,3,4,5,6,7,5.(2018全国卷)一列简谐横波在t= s时的波形图如图(a)所示,P、Q是介质中的两个质点。图(b)是质点Q的振动图象。求 (1)波速及波的传播方向; (2)质点Q的平衡位置的x坐标。,1,2,3,4,5,6,7,答案:(1)0.18 m/s x轴负方向 (2)9 cm,1,2,3,4,5,6,7,6.(2018全国卷)声波在空气中的传播速度为340 m/s,在钢铁中的传播速度为4 900 m/s。一平直桥由钢铁制成,某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音,分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00 s,桥的长度为 m,若该
6、声波在空气中的波长为,则它在钢铁中的波长为的 倍。,1,2,3,4,5,6,7,7.(2018全国卷)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在t=0和t=0.20 s时的波形分别如图中实线和虚线所示。已知该波的周期T0.20 s。下列说法正确的是 。(填正确答案标号) A.波速为0.40 m/s B.波长为0.08 m C.x=0.08 m的质点在t=0.70 s时位于波谷 D.x=0.08 m的质点在t=0.12 s时位于波谷 E.若此波传入另一介质中其波速变为0.80 m/s,则它在该介质中的波长为0.32 m,1,2,3,4,5,6,7,解析:根据题意,从图中可以看出该波波长等于0.16 m,由
7、于周期T0.20 s,因此在0.20 s时间内波向x轴正方向传播只能是0.5,所以周期为0.40 s,波速为v= =0.40 m/s,A对、B错;0.7 s=1.75T,0.12 s=0.3T,t=0时刻位于0.08 m处的质点向上振动,0.70 s时处于波谷位置,0.12 s后介于平衡位置和波峰之间,C对、D错;波传播到另一介质中后周期不变,波长变为=vT=0.32 m,E选项正确。 答案:ACE,考点1,考点2,考点3,波动图象与振动图象的综合应用 例1(2019山西二模)图甲为t=0时刻沿x轴方向传播的某简谐横波的波形图,a、b、c、d是横波上的四个质点;图乙是横波上质点b的振动图象,则
8、下列说法正确的是 。(填正确答案标号) A.t=0时刻质点c的速度大小与质点d的速度大小相等 B.t=0时刻质点a的加速度大小比质点b的加速度大小小 C.从t=0时刻开始质点c比质点d先回到平衡位置 D.00.5 s时间内质点c的运动路程和质点d的运动路程相等 E.02 s时间内质点c、d的运动路程均为20 cm,考点1,考点2,考点3,解题思路根据质点的位置比较速度大小,由位移关系比较加速度的大小。由图乙分析质点d的振动方向,从而判断出波的传播方向,可分析出各个质点的振动方向,从而判断出它们回到平衡位置的先后,根据时间与周期的关系求得质点振动的路程和位移。,考点1,考点2,考点3,解析:在简
9、谐振动中,质点离平衡位置越远,速度越小,t=0时刻质点c和d离平衡位置距离相等,故A正确;质点离平衡位置越远,加速度越大,t=0时刻,质点a的加速度比质点b的加速度大,故B错误;由质点b的振动图象可知,t=0时刻,质点b沿y轴负方向运动,结合波形图可知,波沿x轴正方向传播,t=0时刻,质点c沿y轴负方向运动,质点d沿y轴正方向运动,质点c比质点d先回到平衡位置,故C正确;t=0时刻质点c向下运动,速度增大,质点d向上运动,速度减小,则00.5 s时间内质点c的平均速度比d的大,故质点c的运动路程比质点d的运动路程大,故D错误;由图乙可知周期T=2 s,质点c、d的运动路程为4A=20 cm,故
10、E正确。 答案:ACE,考点1,考点2,考点3,方法归纳“一分、一看、二找”巧解两种图象问题 (1)分清振动图象与波动图象。 (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。,考点1,考点2,考点3,对应训练1.(2019福建厦门一模)如图甲为一列简谐横波在t=0.20 s时刻的波形图,P是平衡位置在x=1.0 m处的质点,Q是平衡位置在x=4.0 m处的质点;M是平衡位置在x=8.0 m处的质点;图乙为质点Q的振动图象。下列说法正确的是 。(填正确答案标号) A.该波向左传播,波速为40 m/s B.质点M与质点Q的运动方
11、向总是相反 C.t=0.75 s时,Q点的位移为10 cm D.在0.5 s时间内,质点M通过的路程为1.0 m,考点1,考点2,考点3,考点1,考点2,考点3,答案:BDE,考点1,考点2,考点3,2.(2019江西南昌三模)如图甲所示,为一列沿x轴传播的简谐横波在t=0时刻的波形图。图乙表示该波传播的介质中x=2 m处的质点a从t=0时起的振动图象。则下列说法正确的是 。(填正确答案标号) A.波传播的速度为20 m/s B.波沿x轴负方向传播 C.t=0.25 s时,质点a的位移沿y轴负方向 D.t=0.25 s时,x=4 m处的质点b的加速度沿y轴负方向 E.从t=0开始,经0.3 s
12、,质点b通过的路程是6 m,考点1,考点2,考点3,解析:由乙图知,质点的振动周期为T=0.2 s,由甲图知,波长=4 m,则波速为:v= =20 m/s。故A正确;由乙图知,t=0时刻,质点a向下运动。根据甲图可知,该波沿x轴正方向传播,故B错误;由乙图知,质点的振动周期为T=0.2 s,所以质点A在t=0.25 s的时刻的振动情况与t=0.05 s时刻的振动情况相同,即处于负的最大位移处,所以a的位移沿y轴负方向。故C正确;由图甲可知,a质点和b质点的平衡位置相距半个波长,振动情况总是相反,所以在振动过程中任意时刻的位移都相反,所以0.25 s时,质点b处于正的最大位移处。加速度沿y轴负方
13、向。故D正确;因为0.3 s=1.5T,则s=n4A=1.540.2 m=1.2 m,故E错误。故选ACD。 答案:ACD,考点1,考点2,考点3,机械波与波的图象 例2(2019云南二模)如图所示,实线是一列简谐横波在t1时刻的波形图,M是平衡位置距O点5 m的质点,虚线是t2=(t1+0.2) s时刻的波形图。下列说法中,正确的是 。(填正确答案标号) A.该波遇到长度为3米的障碍物时将会发生明显衍射现象 B.波速可能为20 m/s C.该波的周期可能为0.6 s D.若波速为35 m/s,该波一定沿着x轴负方向传播 E.若波速为15 m/s,从t1到t2时刻,质点M运动的路程为60 cm
14、,考点1,考点2,考点3,解题思路直接从图中读出波的波长,进而判断是否可以发生明显衍射现象;由于题中未给出波的传播方向,因此考虑问题可以先假设沿某方向传播再根据题中条件列方程,由于波的传播存在周期性,因此波速和波的周期很有可能带来多解问题,在求解时根据不同方向的假设利用波长、频率(周期)和波速的关系列方程即可求解;波上的某质点运动路程需要振动时间来进行判断。,考点1,考点2,考点3,答案:ADE,考点1,考点2,考点3,方法归纳解答波的多解问题的步骤 (1)假设波向x轴正方向或负方向传播。 (2)由题目提供的波形变化等条件列出传播距离或传播时间与波长、周期等相关的通式。 (3)根据v= 或v=
15、f求出速度或其他未知量的关系通式。 (4)分析题目中有没有其他限制条件,判断通过通式得到的多解能否变为有限个解或唯一解。,考点1,考点2,考点3,对应训练 3.(2019安徽安庆二模)如图所示,一列简谐横波沿x轴负方向传播,在t1=0时刻波形如图中的实线所示,t2=0.5 s时刻的波形如图中虚线所示,若该列波的周期T0.5 s,试求: (1)该列波的波长、周期T和波速v; (2)在x轴上质点P在t=0时刻的运动方向和t=3.0 s内通过的路程。,考点1,考点2,考点3,答案:(1)8 m 2 s 4 m/s (2)质点P向y轴负方向运动 0.3 m,考点1,考点2,考点3,4.(2016全国卷
16、)一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播,波长不小于10 cm。O和A是介质中平衡位置分别位于x=0和x=5 cm处的两个质点。t=0时开始观测,此时质点O的位移为y=4 cm,质点A处于波峰位置;t= s时,质点O第一次回到平衡位置;t=1 s时,质点A第一次回到平衡位置。求 (1)简谐波的周期、波速和波长; (2)质点O的位移随时间变化的关系式。,考点1,考点2,考点3,考点1,考点2,考点3,考点1,考点2,考点3,光的波动性、电磁波 例3(2017全国卷)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是 。(填正确
17、答案标号) A.改用红色激光 B.改用蓝色激光 C.减小双缝间距 D.将屏幕向远离双缝的位置移动 E.将光源向远离双缝的位置移动 解题思路根据双缝干涉条纹的间距公式,得出影响条纹间距的因素,从而分析判断。,考点1,考点2,考点3,解析:设双缝间的距离为d,屏幕离双缝间的距离为L,两相邻亮条纹的间距为x,照射光的波长为,由x= 可知,要增大两相邻条纹的间距,可以改用红光或减小双缝间距或将屏幕向远离双缝的位置移动,故选项A、C、D正确,选项B错误;将光源向远离双缝的位置移动,屏幕和双缝间的距离保持不变,所以两相邻亮条纹的间距不变,故选项E错误。 答案:ACD,考点1,考点2,考点3,方法归纳光的波
18、动性 (1)双缝干涉图样特点:单色光照射时,形成明暗相间的等间距的干涉条纹;白光照射时,中央为白色条纹,其余为彩色条纹。 (2)发生明显衍射的条件:只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象才会明显。 (3)光的偏振 自然光:包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。 偏振光:在垂直于光的传播方向的平面上,只沿着某个特定的方向振动的光。 光的偏振现象说明光是一种横波。,考点1,考点2,考点3,对应训练 5.(2016全国卷)关于电磁波,下列说法正确的是 。(填正确答案标号) A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
19、B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波 C.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直 D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输 E.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失,考点1,考点2,考点3,解析:电磁波在真空中的传播速度为光速,A选项正确;电磁波是由周期性变化的电场和磁场相互激发产生的,B选项正确;传播速度方向、电场方向、磁场方向三者两两垂直,C选项正确;电磁波可以通过光缆传播,D选项错误;当电磁振荡消失后,电磁波可继续传播,E选项错误。 答案:ABC,考点1,考点2,考点3,6.(2019河
20、南信阳模拟)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,请按照题目要求回答下列问题。 (1)图中甲、乙两图都是光的条纹形状示意图,其中干涉图样是 。,考点1,考点2,考点3,(2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置,并用此装置测量红光的波长。 将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至右,表示各光学元件的排列顺序应为 。(填写元件代号),考点1,考点2,考点3,(3)已知该装置中双缝间距d=0.50 mm,双缝到光屏的距离L=0.50 m,在光屏上得到的干涉图样如图(a)所示,分划板在图中A位置时游标卡尺如图(b)所示,则其示数为 mm;在B位置时游标卡尺如图(c)所示。由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为 m。,考点1,考点2,考点3,解析:(1)题图甲中的条纹间距和亮度相同,是干涉图样,图乙是衍射图样。 (2)光源发出的白光,各种频率都有,加上E后通过的只有红光了,变成单色光,加上D和B,就得到两列频率相同、步调一致的相干光,最后放置光屏,干涉条纹呈现在光屏上,所以顺序为CEDBA。 答案:(1)甲 (2)CEDBA (3)111.10 5.410-7,