（課標(biāo)版）2020屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 基礎(chǔ)回扣15 十五、選修3-4 振動(dòng)和波動(dòng) 光

十五、選修3-4振動(dòng)和波動(dòng)光知識(shí)點(diǎn)1機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波基礎(chǔ)回扣(一)機(jī)械振動(dòng)1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的兩種模型模型彈簧振子單擺示意圖簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)條件彈簧質(zhì)量要忽略無(wú)摩擦等阻力在彈簧彈性限度內(nèi)擺線為不可伸縮的輕細(xì)線無(wú)空氣阻力等最大擺角小于等于5°回復(fù)力彈簧的彈力提供擺球重力沿與擺線垂直方向(即切向)的分力平衡位置彈簧處于原長(zhǎng)處最低點(diǎn)周期T=2mk,與振幅無(wú)關(guān)T=2Lg,與振幅、擺球質(zhì)量無(wú)關(guān)能量轉(zhuǎn)化彈性勢(shì)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒重力勢(shì)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒說(shuō)明:振動(dòng)中的位移x都是以平衡位置為起點(diǎn)的,方向從平衡位置指向末位置,大小為這兩位置間的線段的長(zhǎng)度。加速度與回復(fù)力的變化一致,在兩個(gè)“端點(diǎn)”最大,在平衡位置為零,方向總是指向平衡位置。當(dāng)物體靠近平衡位置時(shí),a、F、x都減小,v增大;當(dāng)物體遠(yuǎn)離平衡位置時(shí),a、F、x都增大,v減小。2.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式(1)動(dòng)力學(xué)表達(dá)式:F=-kx,其中“-”表示回復(fù)力與位移的方向相反。(2)運(yùn)動(dòng)學(xué)表達(dá)式:x=A sin(t+),其中A代表振幅,=2f表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的快慢,(t+)代表簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相位,叫做初相。3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像(1)從平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí),函數(shù)表達(dá)式為x=A sin t,圖像如圖甲所示。(2)從最大位移處開(kāi)始計(jì)時(shí),函數(shù)表達(dá)式為x=A cos t,圖像如圖乙所示。 4.自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振的比較自由振動(dòng)受迫振動(dòng)共振受力情況受回復(fù)力受周期性驅(qū)動(dòng)力受周期性驅(qū)動(dòng)力振動(dòng)周期或頻率由系統(tǒng)本身性質(zhì)決定,即固有周期或固有頻率由驅(qū)動(dòng)力的周期或頻率決定,即T=T驅(qū)或f=f驅(qū)T驅(qū)=T固或f驅(qū)=f固振動(dòng)能量振動(dòng)物體的機(jī)械能不變由產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的物體提供,機(jī)械能不守恒振動(dòng)物體獲得的能量最大常見(jiàn)例子彈簧振子或單擺(擺角<5°)機(jī)器工作時(shí)底座發(fā)生的振動(dòng)共振篩、轉(zhuǎn)速計(jì)等(二)機(jī)械波1.機(jī)械波的傳播特點(diǎn)(1)波傳到任意一點(diǎn),該點(diǎn)的起振方向都和波源的起振方向相同。(2)介質(zhì)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng),因此,任一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率和周期都和波源的振動(dòng)頻率和周期相同。(3)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),由于介質(zhì)的情況不同,它的波長(zhǎng)和波速可能改變,但頻率和周期都不會(huì)改變。(4)波經(jīng)過(guò)一個(gè)周期T完成一次全振動(dòng),波恰好向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)的距離,所以v=T=f。2.波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的互判方法內(nèi)容圖像“上下坡”法沿波的傳播方向,“上坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng),“下坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng)“同側(cè)”法波形圖上某點(diǎn)表示傳播方向和振動(dòng)方向的箭頭在圖線同側(cè)“微平移”法將波形沿傳播方向進(jìn)行微小的平移,再由對(duì)應(yīng)同一x坐標(biāo)的兩波形曲線上的點(diǎn)來(lái)判斷振動(dòng)方向3.波動(dòng)圖像和振動(dòng)圖像的理解和應(yīng)用圖像類(lèi)型振動(dòng)圖像波動(dòng)圖像研究對(duì)象一振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)沿波傳播方向的所有質(zhì)點(diǎn)研究?jī)?nèi)容一質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律某時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)的空間分布規(guī)律圖像物理意義表示同一質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位移表示某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移圖像信息(1)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期(2)質(zhì)點(diǎn)振幅(3)某一質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位移(4)某一質(zhì)點(diǎn)各時(shí)刻速度、加速度的方向(1)波長(zhǎng)、振幅(2)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的位移(3)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的加速度方向(4)傳播方向、振動(dòng)方向的互判圖像變化隨著時(shí)間推移,圖像延續(xù),但已有形狀不變隨著時(shí)間推移,波形沿傳播方向平移一完整曲線占橫坐標(biāo)的距離表示一個(gè)周期表示一個(gè)波長(zhǎng)4.波傳播的周期性和多解性問(wèn)題波動(dòng)問(wèn)題多解的主要因素(1)周期性時(shí)間周期性:時(shí)間間隔t與周期T的關(guān)系不明確。空間周期性:波傳播的距離x與波長(zhǎng)的關(guān)系不明確。(2)雙向性傳播方向雙向性:波的傳播方向不確定。振動(dòng)方向雙向性:質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向不確定。5.波的干涉現(xiàn)象波的干涉現(xiàn)象中加強(qiáng)點(diǎn)、減弱點(diǎn)的判斷方法(1)公式法:某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是加強(qiáng)還是減弱,取決于該點(diǎn)到兩相干波源的距離之差r。當(dāng)兩波源振動(dòng)步調(diào)一致時(shí)若r=n(n=0,1,2,),則振動(dòng)加強(qiáng);若r=(2n+1)2(n=0,1,2,),則振動(dòng)減弱。當(dāng)兩波源振動(dòng)步調(diào)相反時(shí)若r=(2n+1)2(n=0,1,2,),則振動(dòng)加強(qiáng);若r=n(n=0,1,2,),則振動(dòng)減弱。(2)圖像法:在某時(shí)刻波的干涉的波形圖上,波峰與波峰(或波谷與波谷)的交點(diǎn),一定是加強(qiáng)點(diǎn),而波峰與波谷的交點(diǎn)一定是減弱點(diǎn),各加強(qiáng)點(diǎn)或減弱點(diǎn)各自連接而成以兩波源為中心向外輻射的連線,形成加強(qiáng)線和減弱線,兩種線互相間隔,加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)之間各質(zhì)點(diǎn)的振幅介于加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)的振幅之間。6.多普勒效應(yīng)的成因分析(1)接收頻率:觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)。(2)當(dāng)波源與觀察者相互靠近時(shí),觀察者接收到的頻率變大,當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí),觀察者接收到的頻率變小。易錯(cuò)辨析1.將單擺擺球在平衡位置處回復(fù)力為零誤認(rèn)為合力為零。2.應(yīng)用公式T=2lg時(shí),誤將擺線長(zhǎng)當(dāng)成擺長(zhǎng)。3.分不清物體做受迫振動(dòng)的頻率、固有頻率、驅(qū)動(dòng)力頻率。4.波的分析與計(jì)算時(shí),不能正確把握周期性、雙向性。知識(shí)點(diǎn)2光的折射和全反射基礎(chǔ)回扣1.光的折射定律(1)表達(dá)式:sin1sin2=n12,式中n12是比例常數(shù)。(2)折射率物理意義:折射率僅反映介質(zhì)的光學(xué)特性,折射率越大,說(shuō)明光從真空斜射入該介質(zhì)時(shí)偏折的角度越大,反之偏折的角度越小。定義式:n=sin1sin2,不能說(shuō)n與sin 1成正比,與sin 2成反比。折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定。n=cv,因v<c,故任何介質(zhì)的折射率總大于1。2.玻璃三棱鏡對(duì)光路的控制(1)光線兩次折射均向底面偏折。(2)各種色光的比較顏色紅橙黃綠藍(lán)靛紫頻率低高同一介質(zhì)折射率小大同一介質(zhì)中速度大小波長(zhǎng)大小臨界角大小通過(guò)棱鏡的偏折角小大(3)在光的反射和全反射現(xiàn)象中,均遵循光的反射定律;光路均是可逆的。3.全反射(1)條件:光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì);入射角大于等于臨界角。(2)臨界角:折射角等于90°時(shí)的入射角。若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時(shí),發(fā)生全反射的臨界角為C,則sin C=1n。介質(zhì)的折射率越大,發(fā)生全反射的臨界角越小。(3)光導(dǎo)纖維:利用光的全反射原理工作。4.光的干涉和衍射比較干涉衍射現(xiàn)象在光重疊區(qū)域出現(xiàn)加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象,即出現(xiàn)明暗相間的條紋光繞過(guò)障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象產(chǎn)生條件兩束光頻率相同、相位差恒定障礙物或孔的尺寸與光的波長(zhǎng)差不多或比光的波長(zhǎng)小時(shí),能產(chǎn)生明顯衍射典型實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)單縫衍射(圓孔衍射、不透明圓盤(pán)衍射)實(shí)驗(yàn)條紋寬度條紋寬度相等條紋寬度不等,中央最寬條紋間距相鄰明(或暗)條紋等間距各相鄰條紋間距不等亮度情況清晰條紋,亮度基本相同中央條紋最亮,兩邊變暗相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象;干涉、衍射圖樣中都有明暗相間的條紋5.薄膜干涉(1)相干光來(lái)自于薄膜的前、后表面(或上、下表面)反射回來(lái)的兩列反射光。(2)薄膜干涉的應(yīng)用:增透膜,檢查工件的平整度。6.產(chǎn)生明、暗條紋的條件(1)單色光光的路程差r2-r1=k(k=0,1,2,),光屏上出現(xiàn)明條紋。光的路程差r2-r1=(2k+1)2(k=0,1,2,),光屏上出現(xiàn)暗條紋。(2)白光:光屏上出現(xiàn)彩色條紋。(3)相鄰亮(暗)條紋中心間距公式:x=ld。7.自然光和偏振光的比較自然光(非偏振光)偏振光光的來(lái)源直接從太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光自然光通過(guò)偏振片后的光光的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動(dòng)沿任意方向,且沿各個(gè)方向光振動(dòng)的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光沿特定方向振動(dòng)易錯(cuò)辨析1.誤以為n與 sin 1成正比,與 sin 2成反比。2.對(duì)岸上人看水中魚(yú)和潛水員看高空中鳥(niǎo)的兩種視深問(wèn)題分不清。3.研究全反射問(wèn)題時(shí),不能區(qū)分光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)。4.分不清干涉圖樣和衍射圖樣。知識(shí)點(diǎn)3光的波動(dòng)性、電磁波、相對(duì)論基礎(chǔ)回扣1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論:變化的磁場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng),變化的電場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)。2.電磁波(1)電磁場(chǎng)在空間由近及遠(yuǎn)地向周?chē)鷤鞑?形成電磁波。(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì),可在真空中傳播,在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是相等的(都等于光速)。(3)不同頻率的電磁波,在同一介質(zhì)中傳播,其速度是不同的,頻率越高,波速越小。(4)v=f,f是電磁波的頻率。3.電磁波的發(fā)射(1)發(fā)射條件:開(kāi)放電路和高頻振蕩信號(hào)。(2)調(diào)制方法調(diào)幅:使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變。調(diào)幅廣播(AM)一般使用中波和短波波段。調(diào)頻:使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變。調(diào)頻廣播(FM)和電視廣播都采用調(diào)頻的方法調(diào)制。4.無(wú)線電波的接收(1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相等時(shí),激起的振蕩電流最強(qiáng),這就是電諧振現(xiàn)象。(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)程叫做調(diào)諧。能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路。(3)使聲音或圖像信號(hào)從高頻電流中還原出來(lái),這個(gè)過(guò)程是調(diào)制的逆過(guò)程,所以叫解調(diào)。調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波。5.電磁波譜波譜無(wú)線電波紅外線可見(jiàn)光紫外線X射線射線作用電子技術(shù)熱作用引起視覺(jué)熒光效應(yīng)穿透作用遙感合成維生素D,促進(jìn)鈣吸收穿透作用較強(qiáng)穿透作用很強(qiáng)遙控殺菌消毒人體透視探傷辨別偽鈔規(guī)律(從左向右)波長(zhǎng)逐漸減小,頻率逐漸增大波動(dòng)性逐漸減弱,粒子性逐漸增強(qiáng)6.機(jī)械波與電磁波對(duì)比機(jī)械波電磁波對(duì)象研究力學(xué)現(xiàn)象研究電磁現(xiàn)象周期性變化的物理量位移隨時(shí)間和空間做周期性變化電場(chǎng)E和磁場(chǎng)B隨時(shí)間和空間做周期性變化傳播傳播需要介質(zhì),波速與介質(zhì)有關(guān),與頻率無(wú)關(guān),分橫波和縱波兩種,傳播機(jī)械能傳播不需要介質(zhì),在真空中波速總是c,在介質(zhì)中傳播時(shí),波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)系。電磁波都是橫波,傳播電磁能特性v=T,都會(huì)發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效應(yīng)產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生無(wú)線電波由振蕩電路產(chǎn)生;光也是電磁波的一種,由原子能級(jí)躍遷發(fā)出7.激光的三個(gè)特點(diǎn):相干性強(qiáng)、平行度好、亮度高。8.狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)(1)狹義相對(duì)性原理:在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的。(2)光速不變?cè)?真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的,光速與光源和觀測(cè)者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系。9.相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系用m表示物體的質(zhì)量,E表示它具有的能量,則愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程為E=mc2。易錯(cuò)辨析1.混淆電磁波和超聲波在傳播時(shí)的不同。2.對(duì)任何波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象與發(fā)生明顯的衍射需要一定的條件混淆。- 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