PAGEPAGE10選修3—4一、知識網絡周期周期：機械振動簡諧運動物理量：振幅、周期、頻率運動規律簡諧運動圖象阻尼振動受力特點回復力：F=-kx彈簧振子：F=-kx單擺：受迫振動共振波的疊加干預衍射多普勒效應波的疊加干預衍射多普勒效應特性實例聲波，超聲涉及其應用機械波形成和傳播特點類型橫波縱波描述方法波的圖象波的公式：x=vt電磁波電磁波電磁波的發現：麥克斯韋電磁場理論：變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場→預言電磁波的存在赫茲證實電磁波的存在電磁振蕩：周期性變化的電場能與磁場能周期性變化，周期和頻率電磁波的發射和接收電磁波與信息化社會：電視、雷達等電磁波譜：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、x射線、ν射線相對論簡介相對論簡介相對論的誕生：伽利略相對性原理狹義相對論的兩個根本假設：狹義相對性原理；光速不變原理時間和空間的相對性：“同時〞的相對性長度的相對性：時間間隔的相對性：相對論的時空觀狹義相對論的其他結論：相對論速度變換公式：相對論質量：質能方程廣義相對論簡介：廣義相對性原理；等效原理廣義相對論的幾個結論：物質的引力使光線彎曲引力場的存在使得空間不同位置的時間進程出現差異二、考點解析考點80簡諧運動簡諧運動的表達式和圖象要求：I1〕如果質點所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成正比，并且總是指向平衡位置，質點的運動就是簡諧運動。簡諧運動的回復力：即F=–kx注意：其中x都是相對平衡位置的位移。區分：某一位置的位移〔相對平衡位置〕和某一過程的位移〔相對起點〕⑴回復力始終指向平衡位置，始終與位移方向相反⑵“k〞對一般的簡諧運動，k只是一個比例系數，而不能理解為勁度系數⑶F回＝－kx是證明物體是否做簡諧運動的依據2〕簡諧運動的表達式：“x=Asin(ωt＋φ)〞3〕簡諧運動的圖象：描述振子離開平衡位置的位移隨時間遵從正弦〔余弦〕函數的規律變化的，要求能將圖象與恰當的模型對應分析。可根據簡諧運動的圖象的斜率判別速度的方向，注意在振幅處速度無方向。A、簡諧運動〔關于平衡位置〕對稱、相等①同一位置：速度大小相等、方向可同可不同，位移、回復力、加速度大小相等、方向相同.②對稱點：速度大小相等、方向可同可不同，位移、回復力、加速度大小相等、方向相反.③對稱段：經歷時間相同④一個周期內，振子的路程一定為4A〔A為振幅〕；半個周期內，振子的路程一定為2A；四分之一周期內，振子的路程不一定為A每經一個周期，振子一定回到原出發點；每經半個周期一定到達另一側的關于平衡位置的對稱點，且速度方向一定相反B、振幅與位移的區別：⑴位移是矢量，振幅是標量，等于最大位移的數值⑵對于一個給定的簡諧運動，振子的位移始終變化，而振幅不變思考：1、平衡位置的合力一定為0嗎？〔單擺〕2、彈簧振子在對稱位置彈性勢能相等嗎？〔豎直彈簧振子〕3、人的來回走動、拍皮球時皮球的運動是振動嗎？考點81單擺的周期與擺長的關系〔實驗、探究〕要求：Ⅰ1〕單擺的等時性〔伽利略〕；即周期與擺球質量無關，在振幅較小時與振幅無關2〕單擺的周期公式〔惠更斯〕〔l為擺線長度與擺球半徑之和；周期測量：測N次全振動所用時間t，那么T=t/N〕3〕數據處理：〔1〕平均值法；〔2〕圖象法：以l和T2為縱橫坐標，作出的圖象〔變非線性關系為線性關系〕；4〕振動周期是2秒的單擺叫秒擺擺鐘原理：鐘面顯示時間與鐘擺擺動次數成正比考點82受迫振動和共振要求：Ⅰ受迫振動：在周期性外力作用下、使振幅保持不變的振動，又叫無阻尼振動或等幅振動。f迫=f策，與f固無關。A迫與∣f策—f固∣有關，∣f策—f固∣越大，A迫越小，∣f策—f固∣越小，A迫越大。當驅動力頻率等于固有頻率時，受迫振動的振幅最大〔共振〕共振的防止與應用考點83機械波橫波和縱波橫波的圖象要求：Ⅰ1〕機械波⑴產生機械波的條件：振源，介質——有機械振動不一定形成機械波有機械波一定有機械振動⑵機械波的波速由介質決定，同一類的不同機械波在同一介質中波速相等。與振源振動的快慢無關⑶機械波傳遞的是振動形式〔由振源決定〕、能量〔由振幅表達〕、信息2〕機械波可分為橫波與縱波橫波：質點的振動方向與波的傳播方向垂直。特點：有波峰、波谷.只能在固體中傳播〔條件：剪切形變〕，為方便將水波認為是橫波縱波：質點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上.特點：有疏部、密部.氣體、液體只能傳遞縱波3〕波的獨立傳播與疊加4〕次聲波與超聲波次聲波：頻率小于20Hz，波長長，易衍射，傳播距離遠，研究與應用剛起步超聲波：頻率大于20000Hz，波長短，直線傳播效果好〔聲納〕，穿透能力強〔幾厘米厚的金屬〕。應用廣泛：聲納、B超、雷達、探傷、超聲加濕、制照相乳膠5〕橫波圖象：表示某一時刻各個質點離開平衡位置位移情況。后一質點的振動總是重復前一質點的振動；特別要能判斷質點振動方向或波的傳播方向。注意：〔1〕周期性、方向性上引起的多解可能性；〔2〕波傳播的距離與質點的路程是不同的。6〕波動圖象表示“各個質點〞在“某一時刻〞的位移，振動圖象那么表示介質中“某個質點〞在“各個時刻〞的位移。考點84波長、頻率〔周期〕和波速的關系要求：Ⅰ〔由介質決定，f由波源決定〕①波形向前勻速平移，質點本身不遷移，x可視為波峰〔波谷〕移動的距離②在波的圖象中，無論時間多長，質點的橫坐標一定不變③介質中所有質點的起振位置一定在平衡位置，且起振方向一定與振源的起振方向相同④注意雙向性、周期性⑤注意坐標軸的單位〔是m，還是cm；有無×10-n等等〕注意同時涉及振動和波時，要將兩者對應起來關于振動與波⑴質點的振動方向判斷：振動圖象〔橫軸為時間軸〕：順時間軸“上，下坡〞波動圖象〔橫軸為位移軸〕：逆著波的傳播方向“上，下坡〞共同規律：同一坡面〔或平行坡面〕上振動方向相同，否那么相反⑵一段時間后的圖象a、振動圖象：直接向后延伸b、波動圖象：不能向后延伸，而應該將波形向后平移⑶幾個物理量的意義：周期〔頻率〕：決定振動的快慢，進入不同介質中，T〔f〕不變振幅：決定振動的強弱波速：決定振動能量在介質中傳播的快慢⑷幾個對應關系①一物動〔或響〕引起另一物動〔或響〕———受迫振動→共振〔共鳴〕②不同位置，強弱相間———干預〔要求：兩波源頻率相同〕干預：a、振動加強區、減弱區相互間隔；b、加強點始終加強〔注意：加強的含義是振幅大，千萬不能誤認為這些點始終位于波峰或波谷處〕、減弱點始終減弱.c、判斷：假設兩振源同相振動，那么有加強點到兩振源的路程差為波長的整數倍，減弱點到兩振源的路程差為半波長的奇數倍.③繞過障礙物———衍射〔要求：縫、孔或障礙物的尺寸與波長差不多或小于波長〕縫后的衍射波的振幅小于原波★波的多解題型⑴方向的多解：考慮是否既可以向左，也可以向右⑵波形的多解：★幾種典型運動不受力：靜止或勻速直線運動受恒力：力大小、方向都不變受恒力：力大小、方向都不變直線→勻加速、勻減速直線運動勻變速曲線→〔類〕平拋運動受變力受變力力大小不變，方向改變→勻速圓周運動力大小、方向均改變→簡諧運動力大小改變，方向不變→額定功率下的機車啟動幾種最簡單的運動最簡單的運動：勻速直線運動最簡單的變速運動：勻變速直線運動最簡單的振動：簡諧運動考點85波的反射和折射波的衍射和干預要求：Ⅰ1．波面〔波陣面〕：振動狀態總是相同的點的集合；波線：與波面垂直的那些線。2．惠更斯原理：介質中任一波面上的各點，都可以看做發射子波的波源，其后任意時刻，這些子波的包跡就是新的波面；3．〔1〕互不干擾原理；〔2〕疊加原理。反射、折射、干預：Δx=kλ處，振動加強；Δx=〔2k+1〕λ/2處，振動減弱。〔3〕衍射〔產生明顯衍射現象的條件〕4．波的干預：〔1〕頻率相同〔2〕現象：加強區與減弱區相互間隔〔加強區永遠加強，減弱區永遠減弱〕考點86多普勒效應要求：Ⅰ〔1〕現象：由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率〔音調〕發生變化的現象。結論：波源遠離現察者，觀察者接收頻率減小；波源靠近觀察者，觀察者接收頻率增大。〔2〕應用：A、利用發射波和接受波頻率的差異，制成測定運動物體速度的多普勒測速儀。B、利用向人體血液發射和接收的超聲波頻率的變化，制成測定人體血流速度的“彩考點87電磁振蕩電磁波的發射和接收要求：Ⅰ1〕麥克斯韋電磁場理論：⑴變化的磁場產生電場；變化的電場產生磁場⑵推廣：①均勻變化的磁場〔或電場〕，會產生恒定的電場〔或磁場〕。②非均勻變化的磁場〔或電場〕，會產生變化的電場〔或磁場〕。2〕電磁波：電磁場由發生的區域在空間由近及遠的傳播就形成電磁波。電磁波的特點：①電磁波是物質波，傳播時可不需要介質而獨立在真空中傳播。②電磁波是橫波，磁場、電場、傳播方向三者互相垂直。③電磁波具有波的共性，能發生干預、衍射等現象③電磁波可脫離“波源〞而獨立存在，電磁波發射出去后，產生電磁波的振蕩電路停止振蕩后，在空間的電磁波仍繼續傳播。④電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度，c＝3×1083〕赫茲的電火花實驗證實了麥克斯韋電磁場理論。LC4〕電磁振蕩〔LCLC⑴線圈上的感應電動勢等于電容器兩端的電壓⑵電磁振蕩的周期與頻率、5〕電磁波的波速：v=λf同一列電磁波由一種介質傳入另一種介質，頻率不變，波長、波速都要發生變化。6〕電磁波的發射與接收⑴無線電波的發射a、要有效地發射電磁波，振蕩電路必須具有如下特點：=1\*GB3①要有足夠高的振蕩頻率②振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間b、調制：電磁波隨各種信號而改變的技術，調制分為兩種：調幅〔AM〕和調頻〔FM〕〔2〕無線電波的接收：a、調諧〔選臺〕：使接收電路發生電諧振的過程b、解調〔檢波〕：調制的逆過程〔3〕雷達：雷達系統由天線系統、發射裝置、接收裝置、輸出裝置及電源、計算機等組成。雷達用微波波段，每次發射時間約百萬分之一秒，結果由顯示器直接顯示。發射端和接收端合二為一〔不同于電視系統〕。考點88電磁波譜電磁涉及其應用要求：Ⅰ電磁波譜：波長由長到短排列〔頻率由低到高〕順序無線電波→紅外線→可見光→紫外線→倫琴〔X〕射線→射線紅橙黃綠藍靛紫波長：由長到短〔紅光最容易衍射，條紋間距最大〕頻率：由低到高〔能量由小到大〕折射率：由小到大〔紫光偏折最大，紅光偏折最小〕臨界角：由大到小〔紫光最容易發生全反射〕在同種介質中的波速：由大到小1〕無線電波2〕紅外線：一切物體都在輻射紅外線〔1〕主要性質；①最顯著的作用：熱作用，溫度越高，輻射能力越強②一切物體都在不停地輻射紅外線〔2〕應用：紅外攝影、紅外遙感、遙控、加熱3〕可見光光譜〔波長由長到短〕：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫①天空亮：大氣散射②天空是藍色：波長較短的光比波長較長的光更容易散射③早晨、黃昏天空為紅色：紅光的波長最長，容易繞過障礙物4〕紫外線：〔1〕主要性質：化學作用；熒光效應〔2〕應用：激發熒光、殺菌消毒、促使人體合成維生素D5〕倫琴〔X〕射線：原子內層電子受激躍遷產生〔1〕主要性質：穿透能力很強，〔2〕應用：金屬探傷人體透視6〕射線：原子核受激輻射〔1〕主要性質：穿透能力很強，能穿透幾厘米的鉛板(幾十厘米厚混凝土)〔2〕應用：金屬探傷7〕太陽輻射的能量集中在可見光、紅外線、紫外線三個區域，其中，黃綠光附近，輻射的能量最強〔人眼對這個區域的電磁輻射最敏感〕考點89光的折射定律折射率要求：Ⅰ1〕光的折射定律=1\*GB3①入射角、反射角、折射角都是各自光線與法線的夾角！=2\*GB3②表達式：=3\*GB3③在光的折射現象中，光路也是可逆的2〕折射率光從真空射入某種介質發生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質的絕對折射率，用符號n表示n是反映介質光學性質的一個物理量，n越大，說明光線偏折越厲害。發生折射的原因是光在不同介質中，速度不同2．白光通過三棱鏡時，會分解出各種色光，在屏上形成紅→紫的彩色光帶〔注意：不同介質中，光的頻率不變。〕考點90測定玻璃的折射率〔實驗、探究〕要求：Ⅰ1．實驗的改良：找到入射光線和折射光線以后，可以入射點O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO、OO′〔或OO′的延長線〕交于C點和D點，過C、D兩點分別向NN′做垂線，交NN′于C′、D′點，那么易得：n=CC′/DD′2．實驗方法：插針法考點91光的全反射光導纖維要求：Ⅰi越大，γ越大，折射光線越來越弱，反射光越來越強。1〕全反射：光疏介質和光密介質：折射率小的介質叫光疏介質，折射率大的介質叫光密介質。注意：光疏和光密介質是相對的。全反射是光從光密介質射向光疏介質時，折射光線消失〔γ=900〕，只剩下反射光線的現象。2〕發生全反射的條件：①光必須從光密介質射向光疏介質②入射角必須大于〔或等于〕臨界角3〕臨界角4〕應用①全反射棱鏡形狀：等腰直角三角形原理：如圖條件：玻璃折射率大于1.4優點：比平面鏡反射時失真小②光導纖維：折射率大的內芯、折射率小的外套P71光導纖維P72做一做時間計算中注意光的路程不是兩地距離及光在介質中的速度不是光速③海市蜃樓：沙漠：倒立虛像；海洋：正立虛像考點92光的干預、衍射和偏振要求：Ⅰ1〕光的干預現象：是波動特有的現象，由托馬斯?楊首次觀察到。〔1〕在雙縫干預實驗中，條紋寬度或條紋間距：L：屏到擋板間的距離，d：雙縫的間距，λ：光的波長，△x：相鄰亮紋〔暗紋〕間的距離〔2〕圖象特點：中央為明條紋，兩邊等間距對稱分布明暗相間條紋。紅光〔λ最大〕明、暗條紋最寬，紫光明、暗條紋最窄。白光干預圖象中央明條紋外側為紅色。2〕光的顏色、色散A、薄膜干預〔等厚干預〕：圖象特點：同一條亮〔或暗〕條紋上所對應薄膜厚度完全相等。不同λ的光做實驗，條紋間距不同單色光在肥皂膜上〔上薄下厚〕形成水平狀明暗相間條紋B、薄膜干預中的色散⑴、各種看起來是彩色的膜，一般都是由于干預引起的⑵、原理：膜的前后兩個面反射的光形成的⑶、現象：同一厚度的膜，對應著同一亮紋〔或暗紋〕⑷、厚度變化越快，條紋越密白光入射形成彩色條紋。C、折射時的色散⑴光線經過棱鏡后向棱鏡的底面偏折。折射率越大，偏折的程度越大⑵不同顏色的光在同一介質中的折射率不同。同一種介質中，由紅光到紫光，波長越來越短、折射率越來越大、波速越來越慢3〕光的衍射：單縫衍射圖象特點：中央最寬最亮；兩側條紋不等間隔且較暗；條紋數較少。〔白光入射為彩色條紋〕。光的衍射條紋：中間寬，兩側窄的明暗相間條紋〔典例：泊松亮斑〕共同點：同等條件下，波長越長，條紋越寬4〕光的偏振：證明了光是橫波；常見的光的偏振現象：攝影，太陽鏡，動感投影片，晶體的檢測，玻璃反光⑴偏振片由特定的材料制成，它上面有一個特殊的方向〔叫做透振方向〕，只有振動方向與透振方向平行的光波才能通過偏振片。⑵當只有一塊偏振片時，以光的傳播方向為軸旋轉偏振片，透射光的強度不變。當兩塊偏振片的透振方向平行時，透射光的強度最大，但是，比通過一塊偏振片時要弱。當兩塊偏振片的透振方向垂直時，透射光的強度最弱，幾乎為零。⑶只有橫波才有偏振現象。⑷光波的感光作用和生理作用等主要是由電場強度E所引起的，因此常將E的振動稱為光振動。⑸除了從光源〔如太陽、電燈等〕直接發出的光以外，我們通常看到的絕大局部光，都是偏振光。自然光射到兩種介質的界面上，如果光入射的方向適宜，使反射光與折射光之間的夾角恰好是90°，這時，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。⑹偏振現象的應用：拍攝、液晶顯示、汽車車燈〔偏振化方向都沿同一方向并與水平面成45°〕、立體電影〔左眼偏振片的偏振化方向與左面放像機上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向與右面放像機上的偏振化方向相同〕考點93激光的特性及應用要求：Ⅰ激光是一種人工產生的相干光。〔1〕電磁波頻率越高，能量越大，可以比無線電波傳遞更多信息。〔2〕特點：A、頻率單一〔頻寬很小〕。B、相干性好：可傳遞信息，可以用于全息照相；C、平行度好〔方向性好〕，傳播很長距離后仍能保持一定強度，可精確測距。應用在VCD、雷達測距、測速〔多普勒原理〕、追蹤目標；D、亮度高〔能在很小空間、很短時間內集中很大的能量〕。應用在“激光刀〞、引起核聚變等方面。特點作用應用實例相干光可進行調制、傳遞信息光纖通信干預全息照相〔在照明光的另一側觀看〕平行度好傳播很遠距離能保持一定強度，可精確測距測速激光雷達可會聚于很小的一點，記錄信息密度高DVD、CD、VCD機，計算機光驅亮度高可在很小空間短時間內集中很大能量激光切割、焊接、打孔醫療手術產生高壓引起核聚變人工控制聚變反響考點94狹義相對論的根本假