专题11 机械波及光的运用（讲义） -【高频考点解密】2024年高考物理二轮复习高频考点追踪与预测（新高考专用）

专题11 机械波及光的运用 01专题网络·思维脑图 02考情分析·解密高考 03高频考点·以考定法 04核心素养·难点突破 05创新好题·轻松练习 考点内容 考情预测 简谐运动的图像分析及函数表达式 高考对于这部分知识点的考查，主要通过单摆、横波、纵波以及波的干涉衍射及多普勒效应，光的折射率及全反射、干涉衍射及偏振现象进行命题设计，体现物理对光与机械波的科学技术发展所产生的指导、创新等作用。在解决此类问题时要分析题意中的情境，抓住问题实质，具备一定的图像理解能力和数学推导能力。 2024年备考建议光的全反射是各省市常考的重难点，以及简谐运动与机械波的图像分析，利用光的干涉衍射及偏振解释生活现象等。 机械波的形成及图像分析 波的干涉、衍射及多普勒效应 光的折射定律及全反射 光的干涉、衍射及偏振现象 学 习 目 标 1. 熟悉简谐运动的图像分析，比较不同时刻的回复力、加速度、速度、位移等物理量的变化情况，以及单摆的周期公式。 2.熟练机械波的图像分析，质点振动的方向、波的传播方向、波速、周期、频率等求解，以及机械波的干涉衍射及多普勒效应。 3.掌握光的折射定律，熟悉光路图作图，利用几何关系求解全反射的条件，利用光的干涉衍射及偏振解析生活现象。 【典例1】（2022·海南·高考真题）在同一地方，甲、乙两个单摆做振幅不同的简谐运动，其振动图像如图所示，可知甲、乙两个单摆的摆长之比为（   ） A．2：3 B．3：2 C．4：9 D．9：4 【典例2】（多选）（2023·重庆·统考高考真题）一列简谐横波在介质中沿x轴传播，波速为2m/s，t=0时的波形图如图所示，P为该介质中的一质点。则（　　）    A．该波的波长为14m B．该波的周期为8s C．t＝0时质点P的加速度方向沿y轴负方向 D．0~2 s内质点P运动的路程有可能小于0.1m 【典例3】（2023·浙江·统考高考真题）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，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 B．声波的波长 C．两声波的振幅之比为 D．两声波的振幅之比为 考向01 简谐运动的图像分析及函数表达式 一、简谐运动的特征 1．动力学特征：F＝－kx，“－”表示回复力的方向与位移方向相反，k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数． 2．运动学特征：简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比，而方向相反，为变加速运动，远离平衡位置时，x、F、a、Ep均增大，v、Ek均减小，靠近平衡位置时则相反． 3．运动的周期性特征：相隔T或nT的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同． 4．对称性特征： (1)相隔或(n为正整数)的两个时刻，振子位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度大小相等，方向相反． (2)如图所示，振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P′(OP＝OP′)时，速度的大小、动能、势能相等，相对于平衡位置的位移大小相等． (3)振子由P到O所用时间等于由O到P′所用时间，即tPO＝tOP′. (4)振子往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等，即tOP＝tPO. 5．能量特征：振动的能量包括动能Ek和势能Ep，简谐运动过程中，系统动能与势能相互转化，系统的机械能守恒． 二、简谐运动的公式和图象 1．简谐运动的公式： (1)简谐运动中位移随时间变化的表达式叫振动方程，一般表示为x＝Asin(ωt＋φ)． (2)从平衡位置开始计时，函数表达式为x＝Asin ωt，从最大位移处开始计时，函数表达式为x＝Acos ωt. 2．对简谐运动图象的认识： (1)简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线，如图所示． (2)图象反映的是位移随时间的变化规律，随时间的增加而延伸，图象不代表质点运动的轨迹． 3．图象信息： (1)由图象可以得出质点做简谐运动的振幅、周期和频率． (2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移． (3)可以确定某时刻质点回复力、加速度的方向：因回复力总是指向平衡位置，故回复力和加速度在图象上总是指向t轴． (4)确定某时刻质点速度的方向：速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定，下一时刻位移如增加，振动质点的速度方向就是远离t轴，下一时刻位移如减小，振动质点的速度方向就是指向t轴． (5)比较不同时刻回复力、加速度的大小． (6)比较不同时刻质点的动能、势能的大小． 考向02 机械波的形成及图像分析 一、波的图象及波速公式的应用 1．波动图象的特点 (1)质点振动nT(波传播