十四機械振動和機械波光學

一、振動圖象和波的圖象

象名稱

對比彘振動圖象波的圖象

研究對象單個振動質點連續介質中的大量質點

介質中各質點的平衡位置與所選坐

橫坐標軸時間標原點的距離（即質點平衡位置的坐

標）

振動質點相對平衡位置同一時刻介質中各質點相對平衡位

縱坐標軸

的位移置的位移

描述一個振動質點的位

描述介質中大量質點在某一時刻的

移隨時間變化的規律。

位移相對質點平衡位置的變化情

物理意義能直觀表示一個振動質

況。能直觀表示一列波在某時刻的

點在一段時間內的運動

波形

情況

等于質點振動的周期，

兩個相鄰最高點等于一個波長，顯示出振動傳播的

顯示出振動時間的周期

沿橫軸的距離周期性

性

隨著時間的推移，圖象

隨著時間的推移，波的圖象將沿波

圖象隨時將沿著橫坐標軸的方向

的傳播方向平移。且每經一個周期，

間的變化延伸，但原有的圖象不

圖象又恢復原來的形狀

發生變化

①由縱軸坐標可知振幅①由縱軸坐標可知振幅

②由橫軸坐標可知周期②由橫軸坐標可知波長

圖象顯示的主要③由圖象的切線斜率可③可根據波的傳播方向確定各質點

物理量知速度的大小及方向的某時刻的運動方向；也可根據某質

變化情況點的運動方向確定波的傳播方問

④④

由位移的變化情況可知

由位移情況可確定介質中各質點在

加速度的大小及方向的

某一時刻加速度的大小及方向情況

變化情況

二、機械波的多解

1.周期性

(1)時間周期性：時間間隔加與周期丁的關系不明確。

(2)空間周期性：波傳播距離以與波長2的關系不明確。

2.雙向性

(1)傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定。

(2)振動方向雙向性：質點振動方向不確定。

a.質點達到最大位移處，則有正向和負向最大位移兩種可能。

b.質點由平衡位置開始振動，則起振方向有向上、向下(或向左、向右)兩種

可能。

c.只給出波速不指明波的傳播方向，應考慮沿兩個方向傳播的可能，即沿工

軸正方向或沿x軸負方向傳播。

d.只給出兩時刻的波形，則有多次重復出現的可能。

3.波形的不確定性形成多解

在波動問題中，往往只給出完整波形的一部分，或給出幾個特殊點，而其余

信息均處于不確定狀態。這樣，波形就有多種情況，形成波動問題的多解性。

4.解決波的多解問題的思路

一般采用從特殊到一般的思維方法，即找出一個周期內滿足條件的關系加

或Ax,若此關系為時間,則尸〃T+加5=0,1,2,…)；若此關系為距離,則x

=〃i+AH〃=(),1,2,…)。

三、光的折射和全反射

1.對折射率的理解

(1)折射率的大小不僅反映了介質對光的折射本領，也反映了光在介質中傳播

速度的大小，

(2)折射率的大小不僅與介質本身有關，還與光的頻率有關。同一種介質中，

頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。

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(3)同一種色光，在不同介質中雖然波速、波長不同，但頻率相同。

2.全反射現象的理解和綜合分析

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⑴分析綜合問題的基本思路

①判斷光是從光疏介質進入光密介質還是從光密介質進入光疏介質。

②應用sinC=：確定臨界角。

③判斷入射角是否大于等于臨界角，明確是否發生全反射現象。

④畫出反射、折射或全反射的光路圖，必要時還可應用光路的可逆原理畫出

光路圖，然后運用幾何關系或三角函數關系等進行推斷和求解相關問題。

(2)求光的傳播時間的一般思路

①全反射現象中，光在同種均勻介質中的傳播速度不發生變化，即。=,

②全反射現象中，光的傳播路程應結合光路圖與幾何關系進行確定。

③利用/=/求解光的傳播時間。

四、光的干涉現象

1.雙縫干涉

(1)條紋間距公式：—=%，對同一雙縫干涉裝置，光的波長越長，干涉條紋

的間距越大。

(2)明暗條紋的判斷方法：

如圖所示，相干光源5、S2發出的光到屏上P點的路程差為△"=「2—八。

當Ar=&2(A=0,1,2,…)時，光屏上嚴處出現亮條紋。

當△廠=(2女+1)4d=0,1,2,…)時，光屏上尸處出現暗條紋。

2.薄膜干涉

(1)形成原因：如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚

的楔形。光照射到薄膜上時，在膜的前表面44和后表面89分別反射回來，形成

兩列頻率相同的光波，并且疊加。

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(2)明暗條紋的判斷方法：

兩個表面反射回來的兩列光波的光程差△;?等于薄膜厚度的2倍。

在Pi、P2處，\r=nk(n=1,2,3,…)，薄膜上出現亮條紋。

在。處，八廠=(2〃+1)和=0,1,2,3一??)，薄膜上出現暗條紋。

五、光的衍射和偏振現象

I.對光的衍射的理解

(1)波長越長，衍射現象越明顯。在任何情況下.都可以發生衍射現象，只是明

顯與不明顯的差別。

(2)衍射現象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長比障

礙物小得多時，光才可以看作是沿直線傳播的。

2.衍射與干涉的比較

衍射干涉

不條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等

同條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距

點亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相同

干涉、衍射都是波特有的現象，屬于波的疊加；干涉、衍

相同點

射都有明暗相間的條紋

3.光的干涉和衍射的本質

光的干涉和衍射都屬于光的疊加，從本質上看，干涉條紋和衍射條紋的形成

有相似的原理，都可認為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加

形成的。

4.光的偏振

(1)自然光與偏振光的比較

類別自然光(非偏振光)偏振光

光的來源直接從光源發出的光自然光通過起偏器后的光

光的振動方向

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在垂直于光的傳播方向的平面

在垂直于光的傳播方向的平面

內，光振動沿任意方向，且沿

內，光振動沿特定方向

各個方向振動的光的強度相同

⑵偏振光的應用：加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消

除車燈眩光等。

六、電磁波的產生和特性

1.麥克斯韋電磁場理論

變化的磁場能夠產生電場，變化的電場能夠產生磁場。根據這個理論，

理論

周期性變化的電場和磁場相互聯系，交替產生，形成一個不可分割的統

內容

一體，即電磁場

EEIEE

Bz---'B

O警Q

(1)變化的磁場產生的電場叫感應電場；變化的電場產生的磁場叫感應磁

分析

場

解決

(2)感應電場與感應磁場的場線都是閉合的曲線，而且相互正交、套連

(3)感應電場的方向可由楞次定律判定，感應磁場的方向可由安培定則判

定

2.電磁波的特性

名稱特性無線電波紅外線可見光紫外線X射線丫射線

化學作

主要波動性強、用、熒光

熱作用視覺作用穿透作用貫穿作用

作用易發生衍射效應、殺

菌

振蕩電路中原子的內

產生原子核受

自由電子的原子外層電子受激發層電子受

機理激發

周期性運動激發

真空中

都是c=3X⑹m/s

的速度

頻