高中物理选修3-4复习【高考必修课S】

2016备考

物理3-4

主题

内容要求说明

机械振动与机械波简谐运动Ⅰ1、简谐运动只限于单摆和弹簧振子2、简谐运动的公式只限于回复力公式；图像只限于位移—时间图像简谐运动的公式和图像Ⅱ单摆、单摆的周期公式Ⅰ受迫振动和共振Ⅰ机械波Ⅰ横波和纵波Ⅰ横波的图像Ⅱ波速、波长和频率（周期）的关系Ⅱ波的干涉和衍射现象Ⅰ多普勒效应Ⅰ2016年考点说明之“振动与波”主题

内容要求说明电磁振荡与电磁波变化的磁场产生电场变化的电场产生磁场电磁波及其传播。Ⅰ电磁波的产生、发射和接收Ⅰ电磁波谱

Ⅰ2016考点说明之“电磁振荡与电磁波”2016考点说明之“光学”主题

内容要求说明光学光的折射定律Ⅱ光的干涉限于双缝干涉、薄膜干涉折射率Ⅰ全反射、光导纤维Ⅰ光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ主题

内容要求说明

相对论狭义相对论的基本假设Ⅰ质速关系、质能关系Ⅰ相对论质能关系式Ⅰ2016考点说明之“相对论”主题

内容要求说明

实验实验一：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度实验二：测定玻璃的折射率实验三：用双缝干涉测光的波长2016考点说明之“3-4实验”高考题型1机械振动高考题型2机械波高考题型3光的折射和全反射高考题型4光的几种特有现象栏目索引8机械振动

对于振动，你可以想到什么？振动弹簧振子单摆回复力受迫振动周期振幅平衡位置振动图象共振频率91、弹簧振子：10(２)、周期公式：式中为小球摆动的圆孤半径即摆长，量取时应从悬点量到球心。g为当地重力加速度(受力复杂时有“等效重力加速度”之说).(３)、单摆的等时性：在小振幅摆动时，单摆的振动周期跟振幅和振子的质量都无关。（1）、摆球做简谐运动的回复力是重力在切线方向的分力：单摆

★★简谐运动的特点，温馨提示：位移、回复力、加速度在B处只有一个值，但速度有两个值（方向）图11．简谐运动的对称性：振动质点在关于平衡位置对称的两点，

x、F、a、v、Ek、Ep、

tBC＝tB′C′.12

4.一弹簧振子做简谐运动,周期为T()

A.若t时刻和（t+△t

）时刻振子运动位移的大小相等、方向相反，则△t

一定等于T/2的整数倍

B.在t时刻和（t+△t

）时刻振子运动位移的大小相等、方向相同，则△t

一定等于T的整数倍

C.若△t=T/2，则在t时刻和（t+△t

）时刻弹簧的长度一定相等

D.若△t=T，则在t时刻和（t+△t

）时刻振子运动的加速度一定相同D★★简谐运动的周期性：做简谐运动的物体，其位移、回复力、加速度、速度都随时间按“正弦”或“余弦”规律变化，它们的周期均相同．其位移随时间变化的表达式为：x＝Asin(ωt＋φ)或x＝Acos(ωt＋φ)．

求导变成速度在求导变成加速度xotOBC★★简谐运动的图象(1)物理意义：表示振动物体的位移随时间变化的规律.注意振动图像不是质点的运动轨迹.(2)简谐振动的图象是一条余弦（或正弦）曲线。(3)作图：以横轴表示时间，纵轴表示位移。xotTTA-A★.振动图象反映的物理量(1)可以表示出任意时刻振动质点的位置；(2)可以表示出振幅A和周期T；(3)可以判断出某时刻回复力和加速度的方向；(4)可以判断出某时刻质点的振动（运动）方向。插动画：机械振动例1如图2所示为同一地点的两单摆甲、乙的振动图象，下列说法中正确的是(

)A．甲、乙两单摆的摆长相等B．甲摆的振幅比乙摆大C．甲摆的机械能比乙摆大D．在t＝0.5s时有正向最大加速度的是乙摆E．由图象可以求出当地的重力加速度图2ABD如意娱乐啻撷靐优游娱乐啻撷靐甲摆的振幅为10cm，乙摆的振幅为7cm，则甲摆的振幅比乙摆大，故B正确；尽管甲摆的振幅比乙摆大，两摆的摆长相等，但由于两摆的质量未知，无法比较机械能的大小，故C错误；在t＝0.5s时，甲摆经过平衡位置，振动的加速度为零，而乙摆的位移为负的最大，则乙摆具有正向最大加速度，故D正确；答案ABD预测2

如图4甲所示是用沙摆演示振动图象的实验装置，沙摆可视为摆长L＝1.0m的单摆，沙摆的运动可看做简谐运动．实验中，细沙从摆动着的漏斗底部均匀漏出，用手沿与摆动方向垂直的方向匀速拉动纸板，漏在纸板上的细沙形成了图乙所示的粗细变化的一条曲线．曲线之所以粗细不均匀，主要是因为沙摆摆动过程中__________(选填“位移”、“速度”或“加速度”)大小在变化．若图乙中AB间距离x＝4.0m，当地重力加速度g＝10m/s2，则纸板匀速运动的速度大小为________m/s(结果保留2位有效数字)．图4答案速度1.021★★受迫振动和共振：1、受迫振动：f振=f策2、共振现象：共振时，受迫振动的振幅达到最大值。条件：f策=f固

例:如图所示，当A振动起来后，通过绷紧水平绳迫使B、C振动起来，下列说法正确的是：（

）

A.A、B、C三个单摆的周期均相同

B.只有A、C两个单摆周期相同

C.A、B、C三个单摆的振幅相同

D.B的振幅比C的振幅小CBAAD一、机械波的形成和传播

1.机械波的形成：

机械振动在弹性介质中的传播过程叫机械波．2.机械波的特点：

a.受迫振动（f=f源），前一质点带动后一质点，时间延时，

b.振动形式的传播，能量的传播，信息的传播，波形的平移，介质没有定向迁移。3.机械波形成条件：1、振源2.弹性介质。有机械波必有机械振动，有机械振动不一定有机械波．

4.机械波的种类：区别：振动方向与传播方向的不同：

横波：质点振动方向与传播方向垂直。形成波峰、波谷；如：绳波

纵波：质点振动方向与传播方向相同形成密部、疏部。如：声波

水波即不是横波也不是纵波。1.横波、2.纵波1、频率（f）：波的频率就是质点的振动频率．波在介质中传播时，所有的质点都是在做受迫振动，质点的振动频率都等于振源的振动频率，也就是说波的频率是由波源来决定的，与传播介质无关.二、波的描述

2、波长（λ）：波长是两个相邻的、在振动过程中对平衡位置的位移总是相同的质点间的距离.对于横波来说波长是两个相邻波峰（波谷）之间的距离。波长由介质和波源共同决定。3、波速（v）：波速描述的是波的传播的快慢即质点振动状态传播的速度．

波速的数学表达式为v=Δx/Δt，其中的Δx为介质中质点振动状态在Δt时间内传播的距离，可以简单的理解Δx为Δt内波峰前进的距离.

当Δt=T时，Δx=λ，则有v=λ/T=λf。注意：(1)波的传播速度与质点振动的速度是两个不同的概念,不能混为一谈.(2)波速是由介质的性质决定的,与波的频率、质点的振幅无关，同类波在同一种均匀介质中，波速是一个定值.我们通常认为波在传播方向上是一个匀速直线运动.

(3)当波从一种介质中进入另一种介质中时，波的频率不变，但是波的传播速度发生改变，波长发生改变.三、波的图象

1.波的图象及其物理意义.物理意义：某时刻各个质点离开平衡位置的位移。

横坐标：各个振动质点在平衡位置时的距离纵坐标：某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移注意：双向性和重复性。波形图的重复性是指相隔时间为整数倍周期的两个时刻的波形图是相同的.2.图象特征：正弦或余弦曲线。

3.由图象获取的信息：质点的振位移、质点振动方向、振幅；波长、波速方向横波：振动方向与传播方向“卡”动画研究：波形在传，波中指点在振化动为静为瞬时图象，时刻选择不同，图象会变化，但变化中有规律研究质点振动的时间起点（零时刻）不同，图线的起始点不同描述的是某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移描述的是某一质点在各个时刻偏离平衡位置的位移(x、y)表示x处质点某时刻的偏离平衡位置的位移为y（t、x）表示t时刻的位移是x某一时刻连续介质中各质点相对于平衡位置的位移规律质点在振动过程中，位移随时间而变化的规律波的传播方向上所有的振动质点一个振动质点图线的变化物理意义坐标含义图

象研究内容研究对象波的图象振动的图像

4.波与振动图象的区别预测1

一列简谐横波在x轴上传播，波源处于x＝0处，在x＝3m处的质点P和x＝6m处的质点Q的振动图线分别如图3甲、乙所示．下列说法正确的是(

)图3A．波长可能是4mB．波的周期一定是12sC．波的振幅一定是8cmD．波的传播速度一定是1m/sE．波由P传播到Q历时可能是9s先绕后定点ABE答案ABE．“一分、一看、二找”巧解波动图象与振动图象的综合问题(1)分清振动图象与波动图象．只要看清横坐标即可，横坐标为x则为波动图象，横坐标为t则为振动图象．(2)看清横、纵坐标的单位，尤其要注意单位前的数量级．(3)找准波动图象对应的时刻．(4)找准振动图象对应的质点．波动图象与振动图象例2

(2015·新课标全国Ⅰ·34)甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播，波速均为v＝25cm/s.两列波在t＝0时的波形曲线如图5所示．求：图5(1)t＝0时，介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标；解析两列波的振幅均为8cm，故偏离平衡位置位移为16cm的质点应为两列波的波峰相遇处的质点．根据波形图可知，甲、乙的波长分别为λ乙＝60cm，λ甲＝50cm则甲、乙两列波的波峰坐标分别为x甲＝(50＋k1×50cm)

(k1＝0，±1，±2，±3，…)x乙＝(50＋k2×60cm)

(k2＝0，±1，±2，±3，…)综上分析，所有波峰和波峰相遇的质点x坐标应为x＝(50＋300n)cm

(n＝0，±1，±2，±3，…)答案x＝(50＋300n)cm

(n＝0，±1，±2，±3，…)(2)从t＝0开始，介质中最早出现偏离平衡位置位移为－16cm的质点的时间．解析偏离平衡位置位移为－16cm对应为两列波的波谷相遇．t＝0时，波谷之差整理可得Δx＝10(6n1－5n2)＋5波谷之间最小的距离为Δx′＝5cmx甲谷坐标＝(50＋*×50cm)

(k1＝0，±1，…)x乙谷坐标＝(50＋*×60cm)

(k2＝0，±1，…)两列波相向传播，相对速度为2v＝50cm/s所以出现偏离平衡位置位移为－16cm的最短时间

预测3

一列简谐横波在t＝0时刻的波形如图6所示，质点P此时刻沿－y轴方向运动，经过0.1s第一次到达平衡位置，波速为5m/s，则下列说法正确的是(

)A．该波沿x轴负方向传播B．Q点的振幅比P点的振幅大C．P点的横坐标为x＝2.5mD．Q点(横坐标为x＝7.5m的点)的振动方程为y＝5cost(cm)E．x＝3.5m处的质点与P点振动的位移始终相反图6答案ACD利用：波形在平移预测4

如图7甲所示为一列沿水平方向传播的简谐横波在时刻t的波形图，如图乙所示为质点b从时刻t开始计时的v－t图象．若设振动正方向为沿＋y轴方向，则下列说法中正确的是(

)图7A．该简谐横波沿x轴正方向传播B．该简谐横波波速为0.4m/sC．若该波发生明显的衍射现象，则该波所遇到的障碍物或孔的尺寸一定比4m大得多D．在时刻t，质点a的加速度比质点b的大E．再经过2s，质点a随波迁移0.8m解析t时刻，从图乙可知质点b速度为－y方向，甲图中采用波形平移的方法可知波形沿x轴正方向传播，故A正确；答案ABD光的反射光的折射全反射

光的波动性第十三章光1.折射定律(如图2－1－1)(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．

(2)表达式：＝n，式中n是比例常数．

(3)光的折射现象中，光路是可逆的．光的折射：2、折射率（1）．物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时，偏折大，反之偏折小．（2）．定义式：n＝不能说n与sinθ1成正比、与sinθ2成反比．折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定．（3）．计算公式：n＝，因v<c，任何介质的折射率总大于1.1．一个圆柱形筒，直径12cm，高16cm.人眼在筒侧上方某处观察，所见筒侧的深度为9cm，当筒中装满液体时，则恰能看到筒侧的最低点．求：(1)此液体的折射率；(2)光在此液体中的传播速度．解析：根据题中的条件作出光路图如图所示．答案：(1)

(2)2.25×108m/s

1．条件：(1)光从光密介质射入光疏介质．

(2)入射角大于等于临界角．

2．现象：折射光完全消失，只剩下反射光．

3．临界角：sinC＝，C为折射角等于90°时的入射角．

4．应用：(1)全反射棱镜．全反射

例.如图2－1－5，一透明半圆柱体折射率为n＝2，底面半径为R、长为L.一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入，从部分柱面有光线射出．求该部分柱面的面积S.

解析：半圆柱体的横截面如右下图所示，OO′为半圆的半径．设从A点入射的光线在B点处恰好满足全反射条件，由折射定律有nsinθ＝1①式中，θ为全反射临界角．由几何关系得∠O′OB＝θ②S＝2RL·∠O′OB③代入题给条件得S＝RL.④答案：RL．光的几何计算题往往是光路现象与光的反射、折射、全反射(临界点)及几何图形关系的综合问题．解决此类问题应注意以下四个方面：(1)依据题目条件，正确分析可能的全反射及临界角．(2)通过分析、计算确定光传播过程中可能的折射、反射，把握光的“多过程”现象．(3)准确作出光路图．(4)充分考虑三角形、圆的特点，运用几何图形中的角关系、三角函数、相似形、全等形等，仔细分析光传播过程中产生的几何关系．

二、光的色散

1．色散现象：白光通过三棱镜会形成由红到紫各色光组成的彩色光谱．

2．规律：由于n红<n紫，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的折射角不同，就是说紫光偏折的更明显些，当它们射到另一个界面时，紫光的偏向角最大，红光偏向角最小．光的几种特有现象1．机械波和光波都能发生干涉、衍射、多普勒效应等现象，是波特有的现象．偏振现象是横波的特有现象．要观察到稳定的干涉现象和明显的衍射现象需要一定的条件．2．机械波的干涉图样中，实线和实线的交点、虚线和虚线的交点及其连线为振动加强处；实线和虚线的交点及其连线处为振动减弱处．振动加强点有时位移也为零，只是振幅为两列波的振幅之和，显得振动剧烈．(1)l、d相同时，Δx∝λ，可见光中的红光条纹间距最大，紫光最小；(2)间隔均匀，亮度均匀，中央为亮条纹；(3)如用白光做实验，中间为白色，两边为由紫到红的彩色．4．光的干涉现象：薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)；光的衍射现象：圆孔衍射、泊松亮斑．预测5

(2015·新课标全国Ⅱ·34)如图9，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光