（课标版）2020届高考物理二轮复习基础回扣15十五、选修3_4振动和波动光.docx

十五、选修3-4振动和波动光知识点1机械振动和机械波基础回扣(一)机械振动1.简谐运动的两种模型模型弹簧振子单摆示意图简谐运动条件弹簧质量要忽略无摩擦等阻力在弹簧弹性限度内摆线为不可伸缩的轻细线无空气阻力等最大摆角小于等于5回复力弹簧的弹力提供摆球重力沿与摆线垂直方向(即切向)的分力平衡位置弹簧处于原长处最低点周期T=2mk,与振幅无关T=2Lg,与振幅、摆球质量无关能量转化弹性势能与动能的相互转化,机械能守恒重力势能与动能的相互转化,机械能守恒说明:振动中的位移x都是以平衡位置为起点的,方向从平衡位置指向末位置,大小为这两位置间的线段的长度。加速度与回复力的变化一致,在两个“端点”最大,在平衡位置为零,方向总是指向平衡位置。当物体靠近平衡位置时,a、F、x都减小,v增大;当物体远离平衡位置时,a、F、x都增大,v减小。2.简谐运动的表达式(1)动力学表达式:F=-kx,其中“-”表示回复力与位移的方向相反。(2)运动学表达式:x=A sin(t+),其中A代表振幅,=2f表示简谐运动的快慢,(t+)代表简谐运动的相位,叫做初相。3.简谐运动的图像(1)从平衡位置开始计时,函数表达式为x=A sin t,图像如图甲所示。(2)从最大位移处开始计时,函数表达式为x=A cos t,图像如图乙所示。4.自由振动、受迫振动和共振的比较自由振动受迫振动共振受力情况受回复力受周期性驱动力受周期性驱动力振动周期或频率由系统本身性质决定,即固有周期或固有频率由驱动力的周期或频率决定,即T=T驱或f=f驱T驱=T固或f驱=f固振动能量振动物体的机械能不变由产生驱动力的物体提供,机械能不守恒振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆(摆角5)机器工作时底座发生的振动共振筛、转速计等(二)机械波1.机械波的传播特点(1)波传到任意一点,该点的起振方向都和波源的起振方向相同。(2)介质中每个质点都做受迫振动,因此,任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期相同。(3)波从一种介质进入另一种介质,由于介质的情况不同,它的波长和波速可能改变,但频率和周期都不会改变。(4)波经过一个周期T完成一次全振动,波恰好向前传播一个波长的距离,所以v=T=f。2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法内容图像“上下坡”法沿波的传播方向,“上坡”时质点向下振动,“下坡”时质点向上振动“同侧”法波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧“微平移”法将波形沿传播方向进行微小的平移,再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向3.波动图像和振动图像的理解和应用图像类型振动图像波动图像研究对象一振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一质点的位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图像物理意义表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图像信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)某一质点在各时刻的位移(4)某一质点各时刻速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判图像变化随着时间推移,图像延续,但已有形状不变随着时间推移,波形沿传播方向平移一完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长4.波传播的周期性和多解性问题波动问题多解的主要因素(1)周期性时间周期性:时间间隔t与周期T的关系不明确。空间周期性:波传播的距离x与波长的关系不明确。(2)双向性传播方向双向性:波的传播方向不确定。振动方向双向性:质点振动方向不确定。5.波的干涉现象波的干涉现象中加强点、减弱点的判断方法(1)公式法:某质点的振动是加强还是减弱,取决于该点到两相干波源的距离之差r。当两波源振动步调一致时若r=n(n=0,1,2,),则振动加强;若r=(2n+1)2(n=0,1,2,),则振动减弱。当两波源振动步调相反时若r=(2n+1)2(n=0,1,2,),则振动加强;若r=n(n=0,1,2,),则振动减弱。(2)图像法:在某时刻波的干涉的波形图上,波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点,一定是加强点,而波峰与波谷的交点一定是减弱点,各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线,形成加强线和减弱线,两种线互相间隔,加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。6.多普勒效应的成因分析(1)接收频率:观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。(2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大,当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小。易错辨析1.将单摆摆球在平衡位置处回复力为零误认为合力为零。2.应用公式T=2lg时,误将摆线长当成摆长。3.分不清物体做受迫振动的频率、固有频率、驱动力频率。4.波的分析与计算时,不能正确把握周期性、双向性。知识点2光的折射和全反射基础回扣1.光的折射定律(1)表达式:sin1sin2=n12,式中n12是比例常数。(2)折射率物理意义:折射率仅反映介质的光学特性,折射率越大,说明光从真空斜射入该介质时偏折的角度越大,反之偏折的角度越小。定义式:n=sin1sin2,不能说n与sin 1成正比,与sin 2成反比。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。n=cv,因vc,故任何介质的折射率总大于1。2.玻璃三棱镜对光路的控制(1)光线两次折射均向底面偏折。(2)各种色光的比较颜色红橙黄绿蓝靛紫频率低高同一介质折射率小大同一介质中速度大小波长大小临界角大小通过棱镜的偏折角小大(3)在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律;光路均是可逆的。3.全反射(1)条件:光从光密介质射向光疏介质;入射角大于等于临界角。(2)临界角:折射角等于90时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时,发生全反射的临界角为C,则sin C=1n。介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小。(3)光导纤维:利用光的全反射原理工作。4.光的干涉和衍射比较干涉衍射现象在光重叠区域出现加强或减弱的现象,即出现明暗相间的条纹光绕过障碍物偏离直线传播的现象产生条件两束光频率相同、相位差恒定障碍物或孔的尺寸与光的波长差不多或比光的波长小时,能产生明显衍射典型实验杨氏双缝干涉实验单缝衍射(圆孔衍射、不透明圆盘衍射)实验条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等,中央最宽条纹间距相邻明(或暗)条纹等间距各相邻条纹间距不等亮度情况清晰条纹,亮度基本相同中央条纹最亮,两边变暗相同点干涉、衍射都是波特有的现象;干涉、衍射图样中都有明暗相间的条纹5.薄膜干涉(1)相干光来自于薄膜的前、后表面(或上、下表面)反射回来的两列反射光。(2)薄膜干涉的应用:增透膜,检查工件的平整度。6.产生明、暗条纹的条件(1)单色光光的路程差r2-r1=k(k=0,1,2,),光屏上出现明条纹。光的路程差r2-r1=(2k+1)2(k=0,1,2,),光屏上出现暗条纹。(2)白光:光屏上出现彩色条纹。(3)相邻亮(暗)条纹中心间距公式:x=ld。7.自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从太阳、电灯等普通光源发出的光自然光通过偏振片后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿任意方向,且沿各个方向光振动的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内,光沿特定方向振动易错辨析1.误以为n与 sin 1成正比,与 sin 2成反比。2.对岸上人看水中鱼和潜水员看高空中鸟的两种视深问题分不清。3.研究全反射问题时,不能区分光密介质和光疏介质。4.分不清干涉图样和衍射图样。知识点3光的波动性、电磁波、相对论基础回扣1.麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场能够在周围空间产生电场,变化的电场能够在周围空间产生磁场。2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播,形成电磁波。(2)电磁波的传播不需要介质,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度是相等的(都等于光速)。(3)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越小。(4)v=f,f是电磁波的频率。3.电磁波的发射(1)发射条件:开放电路和高频振荡信号。(2)调制方法调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。调幅广播(AM)一般使用中波和短波波段。调频:使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法调制。4.无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相等时,激起的振荡电流最强,这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐。能够调谐的接收电路叫做调谐电路。(3)使声音或图像信号从高频电流中还原出来,这个过程是调制的逆过程,所以叫解调。调幅波的解调也叫检波。5.电磁波谱波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线射线作用电子技术热作用引起视觉荧光效应穿透作用遥感合成维生素D,促进钙吸收穿透作用较强穿透作用很强遥控杀菌消毒人体透视探伤辨别伪钞规律(从左向右)波长逐渐减小,频率逐渐增大波动性逐渐减弱,粒子性逐渐增强6.机械波与电磁波对比机械波电磁波对象研究力学现象研究电磁现象周期性变化的物理量位移随时间和空间做周期性变化电场E和磁场B随时间和空间做周期性变化传播传播需要介质,波速与介质有关,与频率无关,分横波和纵波两种,传播机械能传播不需要介质,在真空中波速总是c,在介质中传播时,波速与介质及频率都有关系。电磁波都是横波,传播电磁能特性v=T,都会发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应产生由质点(波源)的振动产生无线电波由振荡电路产生;光也是电磁波的一种,由原子能级跃迁发出7.激光的三个特点:相干性强、