高中物理选修机械振动机械波光学知识点好全

机械振动

一、根本概念

1.机械振动：物体（或物体i部分）在某一中心位置旁边所做的往复运动

2.回复力F：使物体返回平衡位置的力，回复力是依据效果（产生振动加速度，变更速度的大小，使物体回到平

衡位置.）命名的，回复力总指向平衡位置，何复力是某儿特性质力沿振动方向的合力或是某•特性质力沿振动方向的

分力。

（如①程度弹簧振子的回复力即为弹簧的弹力；②竖直悬挂的弹簧振子的何友力是弹簧弹力和重:力的合力；③单

摆的回复力是摆球所受重力在圆周切线方向的分力，不能说成是重力和拉力的合力）

3.平衡位置：回复力为零的位置（物体原来静止的位置）。物体振动经过平衡位置时不一定处于平衡状态即合外

力不一定为零［例如单摆中平衡位置须要向心力）。

4.位移x：相对平衡位置的位移。它总是以平衡位置为始点，方向由平衡位置指向物体所在的位置，物体经平衡

位置时位移方向变更。

5.简谐运动：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动，叫简谐

运动。

（1＞动力学表达式为：衿~kx

后-桁是推断一个振动是不是简谐运动的充分必要条件。但凡简谐运动沿振动方向的合力必需满意该条件：反之，只

要沿振动方向的合力满意该条件，则该振动一定是简谐运动。

（2：运动学表达式：x=/sin（3f+。）

（3）简谐运动是变加速运动.物体经平衡位置时速度最大，物体在最大位移处时速度为零，且物体的速度在最

大位移处变更方向。

（4）简谐运动的加速度：依据牛顿第二定律，做简谐运动的物体指向平衡位置的（或沿振动方向的）加速度

。=-竺kx.由此可知，加速度的大小跟位移大小成正比，其方向及位移方向总是相反。故平衡位置人人a均为零，最

m

大位移处F、x、a均为最大。

（5）简谐运动的振动物体经过同一位置时.其位移大小、方向是一定的.而速度方向不一定。

（6）简谐运动的对称性

①瞬时量的对称性：做简谐运动的物体，在关于平衡位置对称的两点，回复力、位移、加速度具有等大反向的关

系.速度的大小、动能也具有对称性，速度的方向可能一样或相反。

②过程量的对称性：振动质点来回通过一样的两点间的时间相等，如质点经过关于平衡位置对称的等

长的两线段的时间也相等。

6.振幅A：振动物体分开平衡位置的最大间隔，是标量，表示振动的强弱和能量的物理量，无正负之分。

7.周期T和频率f：表示振动快慢的物理量。完成一次全振动所用的时间叫周期，单位时间内完成全振动次数叫

频率，大小由系统本身的性质确定（及振幅无关），所以叫固有周期和频率。任何简谐运动都有共同的周期公式：

T=2书（其中"是振动物体的质量，*是回复力系数，即简谐运动的断定式户-独中的比例系数，对于弹簧振子A

就是弹簧的劲度，对其它简谐运动它就不再是弹簧的劲度系数）。

8.相位（/计0九是用来描绘周期性运动在各个时刻所处的不同状态内物理量，其单位为弧度.

初相位6。：周期性运动的初始状态

9.全振动：振动物体连续两次运动状态（位移和速度）完全一样所经验的的过程，即物体运动完成一次规律性变

更。振子侬一次全振动的路程为4A。

二、典型的简谐运动

1.弹簧振子：（I）简谐运动条件：①弹簧质量忽视不计②无摩擦等阻力③在弹性限度内

（2】说明回复力、加速度、速度、动能和势能的变更规律（周期性和对称性）

①回复力指向平衡位置②位移从平衡位置开始③弹性势能及动能的互相转化，机械能守恒。

（3）周期T=2万后,及振幅无关，只由振子质量和弹簧的劲度确定，

（4i可以证明，竖直放置的弹簧振了的振动也是简谐运动，周期公式也是丁=2万收。这个结论可以干脆运用。

（5：i在程度方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧的弹力：在竖直方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧弹力

和重力的合力。

证明：如下图，设振子的平衡位置为。，向下方向为正方向，此时弹簧的形变为公,依据

胡克定律及平衡条件有mg-依=0①

当振子向下偏离平衡位置为x时，回复力（即合外力）为

七=〃吆-&(x+x°)②

将①代人②得：%=—H，可见，重物振动时受力符合简谐运动的条件.

（6）弹簧振子振动过程中各物理量大小、方向变更状况

过程：物体从A由静止释放，从A-O-BfOfA,经验一次全振动，图中O为平衡位置，A、B为最大位移处:

2.单摆：在一不行伸长、忽视质量的细线下端拴一质点，上端固定，构成的装置叫单摆。

（1）单摆的特点：①单摆是实际摆的志向化，是一个志向模型：②单摆振动可看作简谐运动的条件：a摆线为

不行伸长的轻细线b无空气等阻力c最大摆角〃<5°：③单摆的等时性（伽利略），在振幅很小的状况下，单摆的振动

周期及振幅、摆球的质量等无关；④单摆的回复力由术力沿圆弧切线方向的分力供应；⑤重力势能及动能的互相转化,

机械能守恒。―L

（惠更斯）

V*

半径方向：T-mgcos9=in——向心力变更速度方向

r

切线方向：卜，=mgsin。变更速度大小

假设0角很小，则有sine=tan0=x/L,而且回复力指向平衡位置，及位移方向相反，所以对于回复力F,有

电=加8巴=坐工=女工（k是常数）

（3）单摆周期公式的应用：测量当地的重力加速度g,g=〒一（L为摆长，是悬点到球心的间隔。即：L=

绳长+摆球半径）秒摆：摆长为1m,周期为2s的单摆

周期T通常是摇摆30-50次测量时间求平均值

留意：每次摇摆时必需从平衡位置开始计时。摆线顶端要固定。单摆摇摆时要平摆，不要锥摆。

三、简谐运动的图象

1.图象的描绘：一个振子真实的运动断迹用时间拉开.

（3）从平衡位置开始计时，函数表达式为x=/1sin3t（0=—=2^

从最大位移处开始计时，函数表达式x=Reos3f

注：简谐运动的图象并非振动质点的运动轨迹（真实轨迹是一条往复的直线）

2.振动图象的信息：

①干脆读出振幅（留意单位）②干脆读出周期

③确定某•时刻物体的位移

④断定任一时刻运动物体的速度方向（最大位移处无方向）和加速度方向

⑤断定某一段时间内运动物体的速度、加速度、动能及势能大小的变更状况

⑥计算一段时间内的路程：S=--4A,一个周期通过的路程为4A,位移为0。

T

3.振动图象的应用任何困难的振动都可以看成是假设千个简谐振动的合成

四、受迫振动及共振

1.振动能量=动能+势能=最大位移的势能=平衡位置的动能1由振幅确定，及周期和频率无关）

（“传播振动的能量一一启动受迫1机械波传播机械能，电磁波传播电磁能。）

（21传播振动的形式一一振幅周期频率（振源如何振动，质点就如何振动）

（31传播信息（声波、光波、电磁波）

5.波的分类

（1）横波:质点的振动方向及波的传播方向垂直，有波峰（凸部）和波谷（凹部）（如水波）

（2j纵波：质点的振动方向及波的传播方向共线，有密部和疏部（如声波）

二、机械波的图象

1•波的图象（简谐波图像为正弦或余弦曲线）：用x表示波的传播方向的各个质点的平衡位置.，用y表示某•时

刻各个质点偏离平衡位置的位移，并规定在横波中位移的方向向上为正。

获得方法：（1）描点法一一找到某一忖刻介质的各个质点偏离平衡位置的位移（2）拍照

纵轴：某一时刻介质的各个质点偏离平衡位置的位移

横轴：介质各个质点的平衡位置

2.波动图象的信息：

（1）波长、振幅

（2）随意一质点此刻的位移

（3：i随意一质点在该时刻加速度方向

（4：i由传波方向确定振动方向：

由振动方向确定传播方向。

（5i画出一定时间的机械波的图象

①描点法②平移法

（6）波上各质点振动方向的推断

图象方法

。）微平移法：沿波的传播方向将波的图象进行一

>'/m

—V微小平移，然后由两条波形曲线来判断.例如：

患平移后的波形波沿工轴正向传播时刻波形曲线如图中实线所

0-外恕dm示.将其沿。的方向移动一微小距离Ax,获得如

’后刻波形图中虚线所示的图线.可以判定：，时刻质点力振

动方句向下，质点6振动方向向上，质点C振动方

向向下.

[Wm

（2）“上、下坡”法：沿着波的传播方向看，上坡的

点向下振动，下坡的点向上振动.即"上坡下、下

f坡上，例如：图中，4点向上振动，3点向下振

动，C点向上振动.

[Wm

‘代A的溜方向

（3）同侧法质点的振动方向与波的传播方向在波的

图象的同一侧.如图所示.

质点振动方向

3.振动图象和波的图象的联络及区分

联络：波动是振动在介质中的传播，两者都是按正弦或余弦规律变更的

曲线；振动图象和波的图象中的纵坐标均表示质点的振动位移，它汨中的最

大值均表示质点的振幅。

区分：①振动图象描绘的是某一质点在不同时刻的振动状况，图象上随

意两点表示同一质点在不同时刻偏离平衡位置的位移：波的图象描绘的是波在传播方向上多数质点在某一时刻的振动

状况，图象上随意两点表示不同的两个质点在同一时刻偏离平衡位置的位移。

②振动图象中的横坐标表示时间，箭头方向表示时间向后推移：波的图象中的横坐标表示分开振源的质点的位置,

箭头的方向可以表示振动在介质中的传播方向，即波的传播方向，也可以表示波的传播方向的反方向。

③振动图象随时间的持续将向着横坐标箭头方向延长，原图象形态不变；波的图象随着时间的持续，原图象的形

态将沿横坐标方向整个儿地平移，而不是原图象的延长。

④在不同时刻波的图象是不同的；对于不同的质点振动图象是不同的。

三、描绘机械波的物理量

1.周期和频率：在波动中，各个质点的振动周期是一样的，它们都等于波源的振动周期，这个周期也叫做波的周

期。同样，各个质点的振动频率也是波的频率。(由振源确定)

(4i一个完好的正弦曲线横轴长度。

3.波速:

(1)波速：波在介质中的传播速度。(由介质确定，固体、液体中波速比空气中大)

v=-=-(波速、波长和频率的关系：v=A-/)

加T

(2)波峰或波谷的推动速度(波的传播方向就是波峰或波谷的推动方向)

(3j及波源无关，所以波从•种媒质进入另•种媒质时f不变、v变更，波速也是波的能量传播速度。

(4)波由一种介质进入到另外一种介质时，波速变更，波长变更，但是频率不变。类比：频率一样，“步长”不

同。

4.波的多解问题

（1：周期性①时间周期性：时间间幅△£及周期r的关系不明确

②空间周期性：波传播间隔Ax及波长人的关系不明确

（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

四、波的特性

1.波的衍射；波可以绕过障碍物接着传播的现象，说明波能偏离直线而传到直线传播以外的空间。

任何波都能发生衍射现象。

明显衍射现象的条件：当障碍物或孔的尺寸小于波长或及波长相差不多

2.波的干预

（1）波的费加原理：在两列波重叠的区域里，任何一个质点都同时参及两列波引起的振动，其振动的位移为两

列波单独存在引起的位移的矢量和。

波的独立传播原理：两列波相遇前，相遇过程中和相遇后，各自波形和位移不发生任何变更。

①相遇时，位移和速度都是矢量和

②相遇后，保持原状，接着传播

③峰峰叠加加强，谷谷叠加加强，峰谷叠加减弱

（2）波的干预：频率一样的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且加强和减弱的区

域相间分布的现象。（相干波源：周期频率都完全一样的波源）

①波的传播就是波峰或波谷的推动

②干预条件：频率一样的两列波（相干波源）叠加

③干预图样的特点：

A）形成加强区和减弱区B）加强区和减弱区互相间隔

C）强总强，弱总弱D）加强区振幅增加，但是位移有时可以为零

减弱区：AS=（2£+1）—

步调一样|

加强区：As==成

2

减弱区：As==nA.

步调相反《

加强区：As=（2人■1）（

3.干预和衍射（折射和反射）现象是波的特有的现象，一切波（包括电磁波）都能发生干预知衍射（折射和反射）,

反之，能发生干预和衍射（折射和反射）的一定是波。

4.多普勒效应:

(1)波源发出的频率f:波源单位时间内发出波的个数

视察者接收到的频率f':视察者单位时间内接收到的波的个数

(2)相对运动时对频率的影响

①波源和视察者都不动f=f

②波源不动：视察者接近波源f'>f,视察者远离波源f'<f，波长不变波速不变

③视察者不动：波源远离视察者fVf,波源靠近视察者f'>f,波长变更波速不变

(3)结论/、

当波源及视察者有相对运动时，假如二者互相接近，视察者接收到的频率增大：假如二

者远离，视察者接收到的频率减小V4

(4)应用

①有经验的铁路工人可以从火车的汽笛声推断火车的运动方向和快慢.

②有经验的战士可以从炮弹飞行时的尖叫声推断飞行的炮弹是接近还是远去.

③交通警察向行进中的汽车放射一个频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来时，接收到的频率发生变更，由此

可指示汽车的速度.

④由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率可以推断遥远天体相对于地球的运动速度.

(51多普勒效应是波动过程共有的野征.

源专不动r=(电'空)f观韩•不动f

%%±勺

五、次声波和超声波

声波：①空气中的声波是纵波②人耳能感觉的声波的频率范围是20Hz〜20000Hz,波长范围是17mm〜17m。③④

声波有干预、衍射、反射现象，声音的共振叫共鸣

1、次声波：频率低于次声的声波。

2、制声波：频率高丁"OOOOHZ的声波

光的传播几何光学

一、光的直线传播

1.几个概念

①光源：可以发光的物体

②点光源：忽视发光体的大小和形态，保存它的发光性。(力学中的质点，志向化)

③光能：光是一种能量，光能可以和其他形式的能量互相转化(使被照物体温度上升，使底片感光、热水器电灯、

蜡烛、太阳万物生长靠太阳、光电池)

④光线：用来表示光束的有向直线叫做光线，直线的方向表示光束的传播方向，光线事实上不存在，它是细光束

的抽象说法。1类比：磁感线电场线)

⑤实像和虚像

点光源发出的同心光束被反射镜反射或被透射镜折射后，假设能会聚在一点，则该会聚点称为实像点；假设被反

射镜反射或被透射镜折射后光束仍是发散的，但这光束的反向延长线交于一点，则该点称为虚像点.实像点构成的集

合称为实像，实像可以用光屏接收，也可以用肉眼干脆视察：虚像不能用光屏接收，只能用肉眼视察.

2.光在同一种匀称介质中是沿直线传播的

留意前提条件：在同一种介质中，而且是匀称介质。否则，可能发生偏折。如光从空气斜射入水中（不是同一种

介质）；“空中楼阁”现象（介质不匀称）。

点评：光的直线传播是一个近似的规律。当障碍物或孔的尺寸和波长可以比拟或者比波长小时，将发生明显的衍

射现象，光线将可能偏离原来的传播方向。

二、反射平面镜成像

1.反射定律

光射到两种介质的界面上后返回原介质时，其传播规律遵循反射定律.反射定律的

根本内容包含如下三个要点：-----------7

①反射光线、法线、入射光线共面：I、蛇7

②反射光线及入射光线分居法线两侧；/----------/

③反射角等于入射角，即用=%

2.平面镜成像的特点一一平面镜成的像是正立等大的虚像，像及物关于镜面对称

3.光路图作法一一依据成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补画光路图。

4.充分利用光路可逆一一在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆。（眼睛在某点力通过平面镜所鸵看到的

范围和在<点放•个点光源，该点光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全•样的。）

5.利用边缘光线作图确定范围

三、折射及全反射卜

1.折射定律（荷兰斯涅尔）：IY

折射光线及入射光线、法线处在同一平面内，折射光线及入射光线分别位于法线的两侧；入射角的

正弦及折射角的正弦成正比（折射光路是可逆的）

sin4!（不管是光从真空射入介质，还是由介质射入真空,%总是

sinavXsinC

真空中的光线及法线间夹角，总是介质中的光线及法线间的夹角，V是光在介质中的波速，才是光在介质中

的波长，C为全反射时的临界角v）

折射率：折射率仅反映介质的光学特性，折射率由介质本身的光学性质和光的频率确定，及入射角的大小无关。

折射率大，说明光从真空射入到该介质时，偏折大。任何介质的折射率总大于1。

光密介质和光疏介质（1）及密度不同（2）相对性（3）n大角小，n小角大

2.全反射现象

（Ij现象：光从光密介质进入到光疏介质中时，随着入射角的增加，折射光线远离法线，强度越来越弱，但是

反射光线在远离法线的同时强度越来越强，当折射角到达90度时，折射光线认为全部消逝，只剩下反射光线一一全反

射。

（2：i条件：①光从光密介质射向光疏介质：②入射角到达临界角，即

（3）临界角：折射角为90°1发生全放射）时对应的入射角，sinC二,

n

3.光导纤维，空中楼阁和内窥镜

全反射的一个重要应用就是用于光导纤维1简称光纤）。光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是

光疏介质。光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。这样

使从一个端而入射的光，经过屡次全反射可以没有损失地全部从另一个端而射出。

四、棱镜和玻璃砖对光路的作用

1.棱镜对光的偏折作用

•般所说的棱镜都是用光密介质制作的。入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向及入射方向

相比，向底边偏折，虚像向顶角偏移。

2.全反射棱镜

横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点，可以使入射光

线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90°或180°。要特殊留意两种用法中光线在哪个外

表发生全反射。

3.光的折射和色散

一束白光经过三棱镜折射后形式色散，构成红橙黄绿蓝靛紫的七条彩色光带，形成光谱。光谱的产生说明白

光是由各种单色光组成的复色光，各种单色光的偏转角度不同。

颜色红橙黄绿蓝靛紫

频率Y低----高

折射率n小一~►大

同介质速度v大一-*小

波长X大一_小

临界角C大一^►小

4.玻璃砖：所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上外表入射，从下外表射出

时，其特点是：

⑴射出光线和入射光线平行：

⑵各种色光在第一次入射后就发生色散；

⑶射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关:

⑷可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。

光的本性物理光学

一、粒子说和波动说

1.微粒说——（牛顿）认为个光是粒了•流，从光源动身，在匀称介质中遵循力学规律做匀速直线运动。

胜利一一直线传播（匀速直线运动）、反射（经典粒子打在界面上）

困难一一干预，衍射〔波的特性），折射（粒子受到界面的吸引和排挤：折射角、不能一视同仁），光线穿插

2.波动说一（荷兰）惠更斯、（法）菲涅尔，光在“以太”中以某种振动向外传播

胜利一一反射、折射、干预、衍射

困难一一光电效应、康普顿效应、偏振

19世纪以前，微粒说始终占上风

（1）人们习惯用经典的机械波的理论去理解光的本性。

（2：1牛顿的声威

（3）波动现论本身不够完善（以太、惠更斯无法科学的给出周期和波长的概念）

3.光的电磁说：（英）麦克斯韦，光是一种电磁波

4.光电效应：证明光具有粒子性

二、光的双缝干预：证明光是一种波

1.试验

1801年，（英）托马斯•杨

单色光单孔屏双孔屏接收屏

三

2.现象

（1）接收屏上看到明暗相间的等宽等距条纹。中央亮条纹

（2：i波长越大，条纹越宽

（31假如用复色光（白），出现彩色条纹。中央复色（白）缘由：相干光源在屏上叠加（加强或减弱）

3.小孔的作用：产生同频率的光

双孔的作用：产生相干光源（频率一样，步调一样，两小孔出来的光是完全••样的。）

4.条纹的亮暗

U—L,=(2K+1)X/2暗条纹

L2—L>=2KX/2=KX亮条纹

5.条纹间距J波长

△X=AL/d（波长、双缝到屏的间隔、双缝间隔）

6.1m=10nm1m=10A

三、薄膜干预：光是一种波

1.试验酒精中撒钠盐，火焰发出单色的黄光

2.现象

（1）薄膜的反射光中看到了明暗相间的条纹。条纹等宽

（2）波长越大，条纹越宽

（3）假如用夏色光，出现彩色条纹

3.缘由：薄膜厚度上薄下厚，入射光照在薄膜的同一位置，来自前后两个面的

反射光（频率一样）路程差不同，叠加后出现明条纹或喑条纹（阳光下的肥皂泡，

水面上的油膜、压紧的两块玻璃）。

4.科技技上的应用

（1）查平面的平整程度

单色光入射，a的下外表及b的上外表反射光橙加，出现明暗相间的条纹，假如被检查的平面是平的，则空气

厚度一样的各点就位于同一条直线上，干预后得到的是直条纹，否则条纹弯曲。

（2）增透膜

膜的厚度为入射光在薄膜中波长的1/4倍时，从薄膜的两个面反射的波相遇，峰谷会加，反射

减，抵消黄、绿光，镜头呈淡紫色。

四.光的衍射：光是•种波

光绕过直线途径到障碍物的阴影里去的现象，称光的衍射，衍射产生的

明暗条纹或光环叫衍射图样.

1.试验

a单缝衍射：明喑相间的不等距条纹，中央亮纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性

b圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，圆环远远超过孔的直线照明的面积

c圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为泊松亮班（证明波动性）.

泊送亮斑：（法）菲涅尔理论泊松数学推导

2.条纹的特点：条纹宽度不一样，正中央是亮条纹，最宽最亮，假设复色光（白），彩色条纹，中央复色（白）

3.产生明显衍射条件；障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多

4.光的直线传播是近似规律

五.光的电磁说：麦克斯韦依据电磁涉及光在真空中的传播速度一样，提出光在本质上是一种电磁波，这就是

光的电磁说，赫兹用试验证明了光的电磁说的正确性。

1.电磁波谱：波长从大到小排列依次为：无线电波、红外线（•切物体都放出红外线，1800年，英国赫谢尔）、

可见光、紫外线（一切高温物体，如太阳、弧光灯发出的光都含有紫外线，1801年，德国里特）、X射线（高速电

子流照耀到任何固体上都会产生x射线，1895年，德国伦琴，）、丫射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个

波段间都有重叠（如紫外线和X射线、X射线和丫射线都有重登）。

各种电磁波的产朝气理分别是：无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的：红外线、可见光、紫外线

是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的：Y射线是原子核受到激发后产

生的。

2.多种电磁波的产生.、特性及应用。

电磁波产朝气理特性应用

无线电LC电路中的周

波动性强无线技术

波期性振荡

红外线热作用显著，衍射性强加热、高空摄影、红外遥感

原子的最外层电

可见光引起视觉产生色调效应照明、摄影、光合作用

子受激发后产生

化学、生理作用显著、日光灯、医疗上杀菌消毒、治

紫外线的

能产生荧光效应疗皮肤病、软骨病等

伦琴射原子的内层电子

穿透本事很大医疗透视、工业探伤

线受激发后产生的

探伤：电离作用：对生物组织

原子核受激发后

Y射线穿透本事最强的物理、化学作用；医疗上杀

产生的

菌消毒；

可见光

|/|伦器射线

无线电波^波1红外统II紫外线1"射线

___□11”IIIIIIII'II_______________

10410610©1O10101210u10,e101®频率Hz

1041O210010-210-4io-610-8IO-10彼长m

3.试验证明：物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长人“和物体温度r之间满意关系人/7=。"为常数）。可

见高温物体翻射出的电磁波频率较高。在宇宙学中，可以依据接收到的恒星发出的光的频率，分析其外表温度。

六、光电效应：在光的照耀下物体放射电子的现象叫光电效应。（右图装置中，用弧光灯照耀锌版，有电子从锌

版外表飞出，使原来不带电的验电器带正在。）光效应中放射出来的电子叫先电子。

1.光电效应的规律。①各种金属都存在极限频率小，只有V。人才能发生光电效

应；②光电子的最大初动能及入射光的强度无关，只随入光的频率增大而增大；③当入射

光的频率大于极限频率时，光电流的强度及入光的强度成正比；④瞬时性（光电子的产生

不超过10%）。

2.光子说

①、普朗克量子理论；电磁波的放射和接收是不连续的，是一份一份的，每一份叫能量子或量子，每一份的能量

是E=hYX10-：MJ-s,称为普朗克常量。

②爱因斯坦光子说：光的放射、传播、接收是不连续的，是一份一份的，每一份叫一个光子。其能量E=h丫。

③爱因斯坦光电效应方程3〃?—=/少-卬E=hvv

（4）：区=力父・4（6.是光电子的

最大初动能；/是逸出功，即从金属外表干脆飞出的光电子抑制正电荷引力所做的功。）

3.光电管

玻璃

阴极K

（碱金

阳极A

4.康普顿效应

在探讨电子对X射线的散射时发觉：有些散射波的波长比入射波的波长略大。康普顿认为这是因为光子不仅有能

量，也具有动量。试验结果证明这个设想是正确的。因此康普顿效应也证明了光具有粒子性。

七、光的波粒二象性

1.光的波粒二象性

人们无法用其中一种观点把光的全部现象说明清晰，只能认为光具有波粒二象性，但不能把它看成宏观经典的波

和粒子。减小窄缝的宽度，减弱光的强度，使光子一个一个的通过，到达接收屏的底片上。假设暴光时间短，底片上

是不规则的亮点，假设暴光时间长，底片上是条纹

干预、衍射和偏振以无可辩驳的事实说明光是一种波：光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实说明光是一种

粒子：因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。

2.王确理解波粒二象性

波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一

份能量。

⑴个别光子的作用效果往往表现为粒子性：大量光子的作用效果往往表现为波动性。

⑵［高的光子简洁表现出粒子性；-低的光子简洁表现出波动性。

⑶光在传播过程中往往表现出波动性；在及物质发生作用时往往表现为粒子性。

⑷由光子的能量£'=力乙光子的动量表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不冲突：表示粒子性的粒

子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量一一频率”和波长X0

八、物质波（德布罗意波）

由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何•

个运动着的物体都有一种涉及它对应，该波的波长入=4。

P

九、光的偏振

（1）光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。各种电磁波中电场/的方向、磁场片的方向和电磁波的传播方向

之间，两两互相垂直。

⑵光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，将E的振动称为光振动。

⑶自然光。太阳、电灯等一般光源干脆发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向

振动的光波的强度都一样，这种光叫自然光。

（4）偏振光。自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。自然光射

到两种介质的界面上，假如光的入射方向相宜，使反射和折射光之间的夹角恰好是90。，这时，反射光和折射光就都

是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。

自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片视察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器;

第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器.

十、激光

1.方向性好.激光束的光线平行度极好，从地面上放射的一束极细的激光束，到达月球外表时，也只发散成直径

1m多的光斑，因此激光在地面上传播时，可以看成是不发散的.

2.单色性强.激光器放射的激光，都集中在一个极窄的频率范围内，由于光的颜色是由频率确定的，因此激光器

是最志向的单色光源.

3.平行性好.由于激光束的高度平行哇极强的单色性，因此激光是最好的相干光，用激光器作光源视察光的干预

和衍射现象，都能获得较好的效果.

4.嘉度高.所谓亮度，杲指垂直于光线平而内单位.而积上的发光功率，自然光源亮度最高的是太阳，而目前的高

功率激光器，亮度可达太阳的1万倍.

第十四章电磁波和相对论简介

一、电磁振荡

1.振荡电路：大小和方向都随时间做周期性变儿的电流叫做振荡电流，可以产生振荡电流的电路叫振荡电路，

回路是一种简洁的振荡电路。

2.ZC回路的电磁振荡过程：可以用图象来形象分析电容器充、放电过程中各物

理量的变更规律，如下图•

-

V-O

W

3.回路的振荡周期和频率W

IRj

2I

T=2兀辰f=一\=

ITT/LC

留意：（1）回路的八£只及电路本身性质人C有关

（2：i电磁振荡的周期很小，频率很高，这是振荡电流及一般交变电

流的区分。

4、分析电磁振荡要驾驭以下三个要点（突出能量守恒的观点）：

⑴志向的回路中电场能以.和磁场能/由在转化过程中的总和不变。

⑵回路中电流越大时，£中的磁场能越大（磁通量越大）。

⑶极板上电荷量越大时，C中电场能越大（板间场强越大、两板间电

压越高、磁通量变更率越大）。

5、江,回路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数。

6、留意特殊点和过程

a.充电完毕和放电完毕时的特点

b.充电过程和放电过程的特点…

•/

c.电场能和磁场能的转化的临界状态

放

d.电流在什么时候方向变更

二、电磁场和电磁波

1.麦克斯韦的电磁场理论

（11变更的磁场（电场）可以在四周空间产生电场（磁场）：

（2i匀称变更的磁场（电场）可以在四周空间产生稳定的电场（磁场）：

（3］振荡的磁场（电场）可以在四周空间产生同频率的振荡电场（磁场）：

可以证明：振荡电场产生同频率的振荡磁场：振荡磁场产生同频率的振荡电场。

点评：变更的磁场在四周激发的电场为涡旋电场，涡旋电场及静电场一样，对电荷有力的作用，但涡旋电场又于

静电场不同，它不是静电荷产生的，它的电场线是闭合的，在涡旋电场中挪动电荷时，电场力做的功及途径有关，因

此不能引用“电势”、"电势能”等概念。另外要用联络的观点相识规律，变更的磁场产生电场是电磁感应的本质。

2.电磁场：按麦克斯韦的电磁场理论，变更电场和磁场总是互相联络的，形成一个不行别离的统一场，称为电

磁场。电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种详细表现。

理解电磁场是统一的整体：

依据麦克斯韦电磁场理论的两个要点：在变更的磁场的四周空间将产生涡漩电场，在变更的电场的四周空间将产

生涡漩磁场.当变更的电场增加时，磁感线沿某一方向旋转，则在磁场减弱时，磁感线将沿相反方向旋转，假如电场

不变更是静止的，则就不产生磁场.同理，减弱或增加的电场四周也将产生不同旋转方向的磁场.因此，变更的电场

在其四周产生磁场，变更的磁场在其四周产生电场，一种场的突然减弱，导致另一种场的产生.这样，周期性变更的

电场、磁场互相激发，形成的电磁场链-环套-环，如下列图所示.须要留意的是，这里的电场和磁场必需是变更的,

形成的电磁场链环不行能是静止的，这种电磁场是无源场（即：不是由电荷激发的电场，也不是由运动电荷-电流激发

的磁场.），并非简洁地将电场、磁场相加，而是互相联络、不行分割的统一整体.在电磁场示意图中，电场£矢量和

磁场6矢量，在空间互相激发时，互