十四 机械振动和机械波 光学

十四机械振动和机械波光学

一、振动图象和波的图象

象名称

对比彘振动图象波的图象

研究对象单个振动质点连续介质中的大量质点

介质中各质点的平衡位置与所选坐

横坐标轴时间标原点的距离（即质点平衡位置的坐

标）

振动质点相对平衡位置同一时刻介质中各质点相对平衡位

纵坐标轴

的位移置的位移

描述一个振动质点的位

描述介质中大量质点在某一时刻的

移随时间变化的规律。

位移相对质点平衡位置的变化情

物理意义能直观表示一个振动质

况。能直观表示一列波在某时刻的

点在一段时间内的运动

波形

情况

等于质点振动的周期，

两个相邻最高点等于一个波长，显示出振动传播的

显示出振动时间的周期

沿横轴的距离周期性

性

随着时间的推移，图象

随着时间的推移，波的图象将沿波

图象随时将沿着横坐标轴的方向

的传播方向平移。且每经一个周期，

间的变化延伸，但原有的图象不

图象又恢复原来的形状

发生变化

①由纵轴坐标可知振幅①由纵轴坐标可知振幅

②由横轴坐标可知周期②由横轴坐标可知波长

图象显示的主要③由图象的切线斜率可③可根据波的传播方向确定各质点

物理量知速度的大小及方向的某时刻的运动方向；也可根据某质

变化情况点的运动方向确定波的传播方问

④④

由位移的变化情况可知

由位移情况可确定介质中各质点在

加速度的大小及方向的

某一时刻加速度的大小及方向情况

变化情况

二、机械波的多解

1.周期性

(1)时间周期性：时间间隔加与周期丁的关系不明确。

(2)空间周期性：波传播距离以与波长2的关系不明确。

2.双向性

(1)传播方向双向性：波的传播方向不确定。

(2)振动方向双向性：质点振动方向不确定。

a.质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能。

b.质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下(或向左、向右)两种

可能。

c.只给出波速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传播的可能，即沿工

轴正方向或沿x轴负方向传播。

d.只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能。

3.波形的不确定性形成多解

在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个特殊点，而其余

信息均处于不确定状态。这样，波形就有多种情况，形成波动问题的多解性。

4.解决波的多解问题的思路

一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系加

或Ax,若此关系为时间,则尸〃T+加5=0,1,2,…)；若此关系为距离,则x

=〃i+AH〃=(),1,2,…)。

三、光的折射和全反射

1.对折射率的理解

(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播

速度的大小，

(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，

频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。

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(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。

2.全反射现象的理解和综合分析

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⑴分析综合问题的基本思路

①判断光是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。

②应用sinC=：确定临界角。

③判断入射角是否大于等于临界角，明确是否发生全反射现象。

④画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出

光路图，然后运用几何关系或三角函数关系等进行推断和求解相关问题。

(2)求光的传播时间的一般思路

①全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即。=,

②全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。

③利用/=/求解光的传播时间。

四、光的干涉现象

1.双缝干涉

(1)条纹间距公式：—=%，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹

的间距越大。

(2)明暗条纹的判断方法：

如图所示，相干光源5、S2发出的光到屏上P点的路程差为△"=「2—八。

当Ar=&2(A=0,1,2,…)时，光屏上严处出现亮条纹。

当△厂=(2女+1)4d=0,1,2,…)时，光屏上尸处出现暗条纹。

2.薄膜干涉

(1)形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚

的楔形。光照射到薄膜上时，在膜的前表面44和后表面89分别反射回来，形成

两列频率相同的光波，并且叠加。

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(2)明暗条纹的判断方法：

两个表面反射回来的两列光波的光程差△;•等于薄膜厚度的2倍。

在Pi、P2处，\r=nk(n=1,2,3,…)，薄膜上出现亮条纹。

在。处，八厂=(2〃+1)和=0,1,2,3一・・)，薄膜上出现暗条纹。

五、光的衍射和偏振现象

I.对光的衍射的理解

(1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下.都可以发生衍射现象，只是明

显与不明显的差别。

(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障

碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的。

2.衍射与干涉的比较

衍射干涉

不条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等

同条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距

点亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相同

干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍

相同点

射都有明暗相间的条纹

3.光的干涉和衍射的本质

光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成

有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加

形成的。

4.光的偏振

(1)自然光与偏振光的比较

类别自然光(非偏振光)偏振光

光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光

光的振动方向

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在垂直于光的传播方向的平面

在垂直于光的传播方向的平面

内，光振动沿任意方向，且沿

内，光振动沿特定方向

各个方向振动的光的强度相同

⑵偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消

除车灯眩光等。

六、电磁波的产生和特性

1.麦克斯韦电磁场理论

变化的磁场能够产生电场，变化的电场能够产生磁场。根据这个理论，

理论

周期性变化的电场和磁场相互联系，交替产生，形成一个不可分割的统

内容

一体，即电磁场

EEIEE

Bz---'B

O警Q

(1)变化的磁场产生的电场叫感应电场；变化的电场产生的磁场叫感应磁

分析

场

解决

(2)感应电场与感应磁场的场线都是闭合的曲线，而且相互正交、套连

(3)感应电场的方向可由楞次定律判定，感应磁场的方向可由安培定则判

定

2.电磁波的特性

名称特性无线电波红外线可见光紫外线X射线丫射线

化学作

主要波动性强、用、荧光

热作用视觉作用穿透作用贯穿作用

作用易发生衍射效应、杀

菌

振荡电路中原子的内

产生原子核受

自由电子的原子外层电子受激发层电子受

机理激发

周期性运动激发

真空中

都是c=3X⑹m/s

的速度

频