普通高中物理课标教科书(人教版)介绍.doc

普通高中物理课标教科书（人教版）介绍选修：3-4第11章一、内容概述1.简谐运动及其描述2.简谐运动的回复力和能量3.单摆4.受迫振动二、重点、难点和疑点的分析与解读1.研究机械振动的意义振动是自然界普遍存在着的一种运动形式。它表现为物体在空间一定位置附近随时间的往复运动，因而属于机械运动范畴。在平动、转动和振动三种机械运动形式中，由于中学物理课程中不涉及刚体，所以不研究转动，因此平动和振动成为中学物理教学的重要内容。在其他多种多样的运动与变化中，也存在着与机械振动特征相类似的现象。例如，交流电路中的电压和电流，交变电磁场中的电场强度和磁感应强度等，它们都是在一定量值附近随时间反复变化的。因此，在物理学中，人们将振动的概念予以推广，即一个物理量在某一数值附近随时间的反复变化，也叫做振动。这种振动虽然和机械振动具有不同的物理含义，但它们随时间变化的情况以及其他一些特征在形式上遵从相似的规律。所以，机械振动的学习结果，可以迁移到其他振动中去，成为进一步学习物理学的基础。可以说，振动和下一章的波动是跨学科的，或者说是贯穿于物理学始终的。2.简谐运（振）动的两种定义在1996年公布的物理学名词中，只有“简谐运动”，没有“简谐振动”。这与振动概念的推广有关。振动物体（质点）的位移随时间按简谐函数（正弦或余弦）变化，即它的振动图象（x-t图象）是正弦或余弦函数曲线，这样的振动叫简谐运动。此为从运动学角度的定义。物体（质点）在线性恢复力作用下的运动，称为简谐运动。此为从动力学角度的定义。与其偏离平衡位置之位移成正比，方向总指向平衡位置；线性恢复力是系统的，不是外力。两者的一致性（理论一致性）3.简谐运动的表达式及其涉及的物理量简谐运动表达式的得出方式（实验与理论。弹簧振子为例）简谐运动表达式： 简谐运动表达式中的几个特征量的意义初相位与相位：用以刻画一周期内振动的不同状态的特征量，即在A确定后，对任一个的值，可由和求得确定的位置x和速度。相位的重要性还在于，许多问题中常常需要比较两个简谐运动的步调是否一致。这就是两个简谐运动的相位差问题：例1 一般 则 常见 则初相位和时间零点的选择有关，即同一简谐运动，开始计时的时刻不同，初相就不同。4.用单位圆研究简谐运动的好处为什么可以用单位圆研究简谐运动质点匀速圆周运动的投影与一弹簧振子简谐运动的一致性相位和初相位形象化角度容易利用“匀速圆周运动”的知识和投影的概念得到 或 对于认识相位的物理意义有好处（可决定）对于讨论简谐运动的能量问题，可以定量化无关，机械能守恒。5.关于单摆的几个问题单摆从原则上说，不是一个质点受到线性恢复力而运动。实际上的单摆它是具有转动惯量的一个物体受到恢复力矩作用而运动。所以，它的动力学方程不是按牛顿第二定律写出，而是根据角动量定理写出。而且，写出的方程为非线性微分方程，一般情况下没有解析形式的解。只有在很小，时，才有解析解。在中学阶段，把它看成是物体在线性恢复力作用下的运动，而且又多了一次近似：因摆球沿圆弧运动，在任一时刻，摆球受到的重力的分力和绳的张力T，对摆球沿圆弧切向的运动没有影响，所以切向上的加速度只由重力的另一分力决定。于是有在很小时，当很小时，于是不可认为，也不可认为和对单摆运动的发生没有贡献。6.外力作用下的物体的振动简谐运动中物体所受的线性恢复力，是振动系统内部的相互作用力。所以，才会有势能的概念，而且，在有外力作用时，既使外力也是具有线性恢复力的形式，也不能把它称为简谐运动，所以简谐运动不可能是受迫运动。振动系统不受外力作用，且做简谐运动时的振动频率，称为系统的固有频率。阻尼振动中的两个因素摩擦阻力。系统克服它做功，使机械能转化为势运动能量振动系统引起邻近介质质点的振动，使能量向周围辐射出去，形成波动阻尼振动，即使阻尼很小，严格说来已不是周期性运动。所以其“振幅”和“周期”的概念只有近似的意义。受迫振动中的几个问题周期性外力做功，补充能量，最大，为速度共振。A很大，则为振幅共振。选修：3-4第12章一、内容概述1.机械波的形成和传播2.机械波的描述及其特征量3.机械波传播规律4.多普勒效应二、重点、难点和疑点的分析与解读1.波的研究之意义有一些概念是如此普遍，其意义是如此深远，以致于对于某些我们还不很理解其确切（物理）性质的事物，这些概念也能为我们提供一些重要情况。在这些概念当中，最了不起的当然是“数”和“计算”的概念（2+2=4可以适用于）。因为它们适用于一切不同的事物和事物的集合，而不管这些事物具有什么样的性质。在物理学的一些大的、统一的概念当中，最了不起的应该算是波的概念了。因为它横跨物理学的所有领域，在力学中有机械波，在电磁学中有电磁波，光也是一种电磁波，微观实物粒子也具有波动性概率波。尽管各类波的物理本质不同，各有其特殊的性质，但研究它们时所用的物理量和数学方法，具有许多共的特征，如都具有传播速度，都伴随能量的传播，都能产生反射、折射、干涉和衍射等。所以，学习机械波的意义还在于为学习整个物理学打基础。在人类的生活与生产活动中，在物理学的研究中，我们会遇到各种各样的波：具有破坏力的地震波，海洋湖泊中的水波，空气中的声波，在拉紧的二胡琴线上的波，用来控制无线电发射机频率的石英晶体中的波，表现为光的电磁波，无线电波，还有概率波（物质波）、引力波。但是，波究竟是什么呢？波不是地球，不是水，不是空气，不是琴弦，也不是石英，但是波却能在这些物质中传播。正像早在15世纪，达芬奇所说的那样：“水波离开了它产生的地方，而那里的水并不离开，就像风在田野里掀起的麦浪。我们看到，麦浪滚滚地在田野里奔去，但是麦子却仍旧留在原来的地方。”所以，在研究波的时候，我们与其问：波究竟是什么，还不如问：关于波，我们能够说些什么？2.波的形成与传播波是振动状态的传播，也是能量的传播，同时，波是信息的载体。振动状态的传播形成“波”动。所以有时也把“振动在上传播”说成“波在上传播”。机械波传播的机理：介质质元的相互作用振动图象与波的图象一个质点，各个时刻：或一般地写成其他符号多个质点，某一时刻：或一般地写为3.波速及其与介质的关系波速的概念单位时间内振动状态传播的距离，叫波速。振动状态取决于相位，所以波速也叫相速。，对什么均适用。波速的重要性波长反映波动在空间上的周期性周期反映波动在时间上的周期性波速把它们联系起来在机械波中，波速只决定于介质本身的性质（弹性、密度），与频率、波长无关。横波 切变模量纵波 体变模量绳波 张力声波 摩尔质量水波光波（电磁波）在介质中传播时，波速为何与频率有关？真空中介质中产生色散，即波速随频率而异：（1）介质是由谐振子组成，这些谐振子具有固有的振动频率（2）谐振子在入射光波作用下产生受迫振，受迫振动的振幅与入射光波的的频率有关：时，振幅大，产生谐振（3）谐振子的受迫振动反作用到光波，改变其传播速度（4）不同，与之差不同，影响不同(5) ，强烈吸收，光波几近消失。4.关于波的反射与折射用惠更斯原理得出了波的反射和折射定律两个重要概念：波面与波线在光波中，波线即光线，依惠更斯原理同样可得反射和折射定律5.关于波的干涉中的几个问题波的叠加原理与波的独立传播波的独立传播是有条件的。当独立传播原理成立时，叠加就是两个波相遇处的每点的振动，是各个波单独在该点产生的振动的合成。这是通常意义上的波的叠加原理。当波的强度非常大时，或者介质为非线性（如各向不同性等）介质时，波的独立传播和叠加原理均失效。相干条件频率相同振动方向在一直线上或存在相互平行的振动分量相位差恒定。此为产生稳定干涉图样之关键观察到的干涉条纹（图样）是什么？叠加波的强度IIA2而不是IX6.关于多普勒效应几个概念波源的频率：单位时间内波源发出完整波的个数波的频率：介质质元单位时间内振动的次数，也是单位时间内通过介质中某点的完整波的个数。观察者接收到的频率:处于介质中的“观察者”在单位时间内接收到的完整波的个数核心问题：三者关系？波源、观察者相对介质都静止：波源静止，观察者运动：波源运动，观察者静止：波源、观察者都运动：电磁波的多普勒效应无介质。只需考虑两个因素：光源与观察者的相对速度v；相对论效应。“从生活走向物理，从物理走向社会”的一个案例：复杂问题简单化、简单问题理论化、理论问题具体化、具体问题形象化。选修：3-4第13章一、内容概述1.人类对光的本性认识的历史进程及内涵的演化2.光在传播过程中所遵从的规律及应用（1）均匀各向同性介质光沿直线传播（2）在不同介质界面光的反射定律、光的折射定律（含全反射）（3）两列同频率、同振动方向，相位差恒定的光波相遇相干叠加，即光的干涉。（4）光在遇到具有边缘或通光孔、缝的不透明物，且当波长与衍射物的尺度可比拟或大于衍射物的尺度时，将偏离直线传播，即光的衍射。（5）在光的传播过程中，由于某种原因，光波的电矢量的振动（大小和方向）对于光的传播方向失去对称性的现象，即光的偏振。（6）它们的应用举例测定玻璃的折射率；全反射棱镜；光导纤维；测定光波波长；精密测量；增透膜；照相机镜头加装偏振片；液晶盒中的偏振片；立体电影眼镜等。（7）光的色散及其原因二、重点、难点和疑点的分析与解读1.一个谜团的破解历程及意义光给了我们一个清晰的世界，可它自己却像一个谜团。人们自古以来就不断地争论着光的问题：光是怎样产生的？它怎样传播？它是粒子还是一种波？不断发现和认识新现象，进而理解事物的本性，这是一切科学发展的必由之路。人类对光的研究也是如此。17世纪，牛顿曾推测光是一些极微小的运动粒子，以解释光的直线传播和反射等现象；而惠更斯指出，光更像是一种波动。直到牛顿去世很久，这场争论还在延续。其实，牛顿也不坚持光一定就是高速运动的微粒。例如，他曾说：“如果我们假设，光线是由发光体向四面抛出的微粒组成的，那么这些微粒就不可避免地在以太中激起波动，恰像抛进水中的石子一样。”在这里，牛顿试图将不相容的粒子形象和波动形象调和在一起。从19世纪初开始，托马斯杨、菲湟耳、马吕斯等分别观察到了光的干涉、衍射和偏振这样一些纯属于波的现象，无异于给微粒说的“棺木”钉上了最后一颗钉子。19世纪60年代，麦克斯韦从理论上确认了光是电磁波，20多年后赫兹给予了实验证明。光的波动说似乎臻于完善。然而，几乎是同时，而且是同一个人，在发现光是电磁波的同样的实验中，发现了最早的光电效应，而这种效应用光的波动说无法解释。为此，20世纪初，爱因斯坦提出了光子说，认为光具有粒子性，并由此完满地解释了光电效应。只是，这时的“光子”已经完全不同于过去所说的“微粒”了。尽管如此，爱因斯坦在1955年逝世前还不无遗憾地说道：“整整50年的深思，都没有使我更接近于这个问题的解决。”从光究竟是什么的纠葛与争论中，我们看到了科学是怎样发生和发展的，看到了科学怎样改变着人类对世界的认识，看到了科学怎样影响人们的思维方式，看到了科学和人类的关系。这终于使海森堡悟出了科学的真谛。他说，科学不是自然界本身，它是人类和自然关系的一部分。2. 关于光的直线传播、反射定律和折射定律的几个问题光学分为几何光学、波动光学和量子光学。是不是光的直线传播、反射定律和折射定律只属于几何光学？几何光学的核心内容是光学成像，它以一个概念（光线）和三个定律为基础。在几何光学中，光线被定义为一条带有箭头的表示光的传播方向的直线，它其实就成为了“光的理想模型”。人们只需知道光线是怎样的，而无需问光是什么，不管是粒子还是波。直线传播、反射定律、折射定律也属于波动光学。在波动光学中，光线就是波线，即垂直于波阵面指向波的传播方向的直线。（见12章）在光的反射定律、折射定律教学中，表述必须准确科学：从常识走到物理三条线在一个平面内应予强调光疏介质、光密介质要明确绝对折射率与相对折射率要明确科学课程要讲科学性与可接受性的统一，但不允许违背科学性的虚假的可接受性。3.关于光的干涉两列光波（两束光）在相遇处（区域）的不同地点出现稳定的强弱分布的现象，叫干涉。一般可通过光屏呈现，也可用眼睛观察。相干光源（光波）的三个条件：频率相同、相位差恒定、振动方向相同。所谓振动，指的是或的振动。实验表明，电矢量对光和物质发生相互作用（生理、化学）引起可观察的效应，所以光矢量就是指电矢量。要了解杨氏干涉实验怎样满足第一、二、三条件（相位 ）稳定条纹如何实现？观察的是光强I，而IA2路程差, 合振动振幅，光强（P56正5行不准确），课文先说，易懂。从根本上说：；为两列波在相遇处的相位差，且有，A=A1+A2，I=A2，最大。路程差，I最小（若）从根本上说区分几个量：条纹间距的求得：（P5758）4.关于光的衍射几种典型的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、圆盘衍射不变，衍射物尺度变小：从直传到衍射单色光出现明暗相间图样，复色光出现彩色图样几何阴影区，光可以达到；光直接照射区，有光不能到达的地方干涉与衍射的联系与区别两列（或有限列）相干波的迭加多列（无限列）相干波的迭加共同理论基础是惠更斯菲湟耳原理和迭加原理光的衍射的应用：对单色光测波长；对多色光有分光作用，可产生光谱衍射光栅实验结论（课文）：多缝衍射可使衍