第十二章-波与相对论【选修3-4】

1、目 录,第十二章 波与相对论选修3-4 第1单元 机械振动 第2单元 机械波 第3单元 光的折射 全反射 第4单元 光的波动性 电磁波 相对论 实验十三 探究单摆的运动 用单摆测定重力加速度 实验十四 测定玻璃的折射率 实验十五 用双缝干涉测光的波长,第十二章波与相对论选修34 学习目标定位,1.简谐运动() 2简谐运动的公式和图像() 3单摆、周期公式() 4受迫振动和共振() 5机械波() 6横波和纵波() 7横波的图像() 8波速、波长和频率(周期)的关系() 9波的干涉和衍射现象() 10多普勒效应() 11光的折射定律(),考 纲 下 载,12折射率() 13全反射、光导纤维() 1

2、4光的干涉、衍射和偏振现象() 15变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁波() 16电磁波的产生、发射和接收() 17电磁波谱() 18狭义相对论的基本假设() 19质速关系、质能关系() 20相对论质能关系式() 21实验十三：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度 22实验十四：测定玻璃的折射率 23实验十五：用双缝干涉测光的波长,考 纲 下 载,1.简谐运动的规律。 2波的形成与传播规律、振动图像与波动图像的综合应用。 3波的干涉、衍射、多普勒效应等现象的理解及应用。 4光的折射、全反射现象的应用。 5光的波动性的理解及应用。 6电磁波及相对论的理解。,考点布设,在高考中考查的重点

3、是波的形式和传播规律及光的折射、全反射的现象，考查的题型一般为选择、填空、计算等，考查的难度中等偏下，分值一般为815分。,高考地位,考 情 在 线,简谐运动,想一想,(1)简谐运动的图像和简谐运动的轨迹相同吗？为什么？ (2)简谐运动的位移与必修1中所学的直线运动的位移有何区别？,提示：(1)不同。简谐运动的图像描述的是振动质点的位移(一个物理量)随时间变化的规律，而简谐运动的轨迹是质点运动的径迹。 (2)简谐运动的位移是以平衡位置为参考点，与位置对应，是时刻的函数，总是从平衡位置指向质点所在的位置；直线运动的位移是以物体的初始位置为参考点，与过程对应，是时间的函数，是从初始位置指向物体所在

4、的位置。,记一记,1概念 质点的位移与时间的关系遵从 的规律，即它的振动图像(x t图像)是一条 。 2简谐运动的表达式 (1)动力学表达式：F ，其中“”表示回复力与 的方向相反。 (2)运动学表达式：xAsin(t)，其中A代表振幅， 表示简谐运动的快慢，(t)代表简谐运动的 ，叫做初相位。,正弦函数,正弦曲线,kx,位移,2f,相位,3回复力 (1)定义：使物体返回到 的力。 (2)方向：时刻指向 。 (3)来源：振动物体所受的沿 的合力。,平衡位置,平衡位置,振动方向,4简谐运动的图像 (1)振动图像表示的是简谐运动的质 点 的位移与时间的关系， 是一条正弦(或余弦)曲线，如图1211

5、所示。 (2)由振动图像可以确定质点振动的 和周期，以及任意时刻质点的位移、振动方向和加速度的方向。如图1211所示，t1时刻质点P的运动方向沿 。,偏离平衡位置,振幅,图1211,x轴负方向,试一试 1(多选)一质点做简谐运动的振动图像如图1212所示， 质点的速度与加速度方向相同的时间段是 (),A00.3 sB0.30.6 s C0.60.9 sD0.91.2 s,图1212,受迫振动 共振,想一想,蜘蛛虽有8只眼睛，但视力很差，完全靠感觉来捕食和生活，它的腿能敏捷地感觉到丝网的振动，当丝网的振动频率为f200 Hz左右时，网的振幅最大。对于落在网上的昆虫，当其翅膀振动的频率为多大时，蜘

6、蛛最容易感知到它。 提示200 Hz,记一记,1受迫振动 (1)概念：系统在 的外力(驱动力)作用下的振动。 (2)振动特征：受迫振动的频率等于 的频率，与系统的固有频率无关。 2共振 (1)概念：驱动力的频率等于系统的 时，受迫振动的振幅最大的现象。,周期性,驱动力,固有频率,(2)共振条件：驱动力的频率等于系统的 。 (3)特征：共振时 最大。 (4)共振曲线：如图1213所示。,固有频率,振幅,图1213,试一试 2(多选)某振动系统的固有频率为f0，在周期性驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为f。若驱动力的振幅保持不变，下列说法正确的是 () A当ff0时，该振动系统的振幅随f增大

7、而减小 B当ff0时，该振动系统的振幅随f减小而增大 C该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0 D该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f 解析：受迫振动的频率总等于驱动力的频率，D正确；驱动力的频率越接近固有频率，受迫振动的振幅越大，B正确。 答案：BD,单摆,想一想,单摆做简谐运动的回复力由哪些力来提供？摆球在平衡位置时所受合外力和回复力是否为零？ 提示：单摆做简谐运动的回复力是由重力沿轨迹切线方向的分力提供的。 摆球在平衡位置时所受合外力等于小球做圆周运动的向心力，不为零，而回复力恰好等于零。,记一记,(1)单摆的振动可视为简谐运动的条件是 。,(3)秒摆的周期为2 s，根据单摆周期

8、公式，可算得秒摆的摆长约为 m。,最大摆角小于10,振幅,1,试一试 3发生下述哪一种情况时，单摆周期会增大 () A增大摆球质量 B缩短摆长 C减小单摆振幅 D将单摆由山下移到山顶,答案：D,简谐运动,简谐运动的五个特征 1动力学特征 Fkx，“”表示回复力的方向与位移方向相反，k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数。,图1214,(3)振子由P到O所用时间等于由O到P所用时间，即tPOtOP (4)振子往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等，即tOPtPO。 5能量特征 振动的能量包括动能Ek和势能Ep，简谐运动过程中，系统动能与势能相互转化，系统的机械能守恒。,审题指导 (1)简

9、谐振子运动的对称性和周期性； (2)当两时刻振子的位移相同，则两时刻的差可能为周期的整数倍，也可能不是周期的整数倍。,答案ACD,简谐运动图像的应用,1.图像特征 图1215 (1)简谐运动的图像是一条正弦或余弦曲线，是正弦曲线还是余弦曲线取决于质点初始时刻的位置。 (2)图像反映的是位移随时间的变化规律，随时间的增加而延伸，图像不代表质点运动的轨迹。,(3)任一时刻图线上过该点切线的斜率数值表示该时刻振子的速度大小，正负表示速度的方向，正时沿x轴正方向，负时沿x轴负方向。 2图像信息 (1)由图像可以看出质点振动的振幅、周期。 (2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。,(3)可以确定某时

10、刻质点的回复力、加速度和速度的方向。 回复力和加速度的方向：因回复力总是指向平衡位置，故回复力和加速度的方向在图像上总是指向t轴。 速度的方向：速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定，若下一时刻位移增加，速度方向就是远离t轴；若下一时刻位移减小，速度方向就是指向t轴。,例2(2012北京高考)一个弹簧振子沿x轴做简谐运动，取平衡位置O为x轴坐标原点。从某时刻开始计时，经过四分之一周期，振子具有沿x轴正方向的最大加速度。能正确反映振子位移x与时间t关系的图像是(),图1216,单摆周期公式的应用,例3(2012全国高考)一单摆在地面处的摆动周期与在某矿井底部摆动周期的比值为k。设地球的半径为

11、R。假定地球的密度均匀。已知质量均匀分布的球壳对壳内物体的引力为零，求矿井的深度d。,在矿井底时，地球对物体的引力相当于一半径为Rd的球体对物体产生的引力,质量均匀分布的球壳对壳内物体引力为零,获取信息,关键点,第二步：找突破口 重力加速度是联系单摆的振动周期和地球对物体引力的桥梁。,审题指导 第一步：抓关键点,答案(1k2)R,(1)在地球表面上方，重力加速度随高度增大而减小。 (2)在地球表面下方，重力加速度也随深度增大而减小，但所遵从的规律不同。,随堂巩固落实,图1217 A1 Hz B3 Hz C4 Hz D5 Hz,解析：弹簧振子做受迫振动，因此振动频率等于驱动力的频率，即为1 Hz

12、，A项正确。,答案：A,2一质点做简谐运动的图像如图 1218所示，下列说法正确 的是 () A质点振动频率是4 Hz B在10 s内质点经过的路程是20 cm C第4 s末质点的速度为零 D在t1 s和t3 s两时刻，质点位移大小相等，方向 相同,图1218,解析：由振动图像可知，质点振动的周期是4 s，频率为0.25 Hz，故A错误；振幅为2 cm。一个周期质点经过的路程为4A,10 s为2.5个周期，经过的路程为2.54A10A20 cm，B正确；4 s末质点在平衡位置，速度最大，故C错误；在t1 s和t3 s两时刻，质点分别在正最大位移和负最大位移，大小相等、方向相反，故D错误。 答案

13、：B,3(2014银川模拟)在飞机的发展史中有一个阶段，飞机上天后不久，飞机的机翼很快就抖动起来，而且越抖越厉害，后来人们经过了艰苦的探索，利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法，解决了这一问题。在飞机机翼前装置配重杆的主要目的是 () A加大飞机的惯性B使机体更加平衡 C使机翼更加牢固 D改变机翼的固有频率 解析：当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，振幅较大，因此要减弱机翼的振动，必须改变机翼的固有频率，选D。,答案：D,4(2014青岛模拟)弹簧振子做简谐运动的图像如图1219所示，下列说法不正确的是 () 图1219 A在第5 s末，振子的速度最大且沿x方向 B在第5 s末，振子的位

14、移最大且沿x方向 C在第5 s末，振子的加速度最大且沿x方向 D在0到5 s内，振子通过的路程为10 cm,答案：A,5(2013浙江宁波八校联考)用沙摆可以粗略地描绘简谐运动图像。如图12110所示，木板在水平面内以速度v做匀速直线运动，同时沙摆在竖直平面内做简谐运动，则沙摆中漏下的细沙在木板上形成振动图线。现只给一把刻度尺，要求测出木板的速度(漏斗大小忽略不计)，则：,图12110,(1)需要直接测量的物理量有_和_(用文字和相应字母表示)。 (2)已知当地重力加速度为g，用测出的量表示木板速度的表达式为v_。,课时跟踪检测 见“课时跟踪检 测（四十一）”,机械波的形成和传播特点,记一记,

15、1机械波的产生条件 (1)振源； (2) 。,介质,2机械波的分类 机械波可分为 和纵波两种。前者质点振动方向和波的传播方向 ，后者质点振动方向和波的传播方向在同一直线上。 3机械波的传播,横波,垂直,f,(2)介质质点的运动是在各自的平衡位置附近 ，是变加速运动，介质质点并不随波 。 (3)机械波传播的是 、能量和信息。 (4)机械波的频率由 决定，而传播速度由 决定。,振动,迁移,振动形式,波源,介质,试一试 1(多选)关于振动和波的关系，下列说法中正确的是() A振动是波的成因，波是振动的传播 B振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象 C波的传播速度就是质点振动

16、的速度 D波源停止振动时，波立即停止传播 解析：机械波的产生条件是有波源和介质。由于介质中的质点依次带动由近及远传播而形成波，所以选项A和B正确。,波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均匀介质中其速度大小不变；而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化。选项C错误。 波源一旦将振动传给了介质，振动就会在介质中向远处传播；当波源停止振动时，介质仍然继续传播波源振动的运动形式，不会随波源停止振动而停止传播，即波不会停止传播。选项D错误。 答案：AB,波的图像,记一记,1坐标轴 x轴：各质点 的连线。 y轴：沿质点振动方向，表示质点的 。 2波的图像的物理意义 表示介质中各质点在某一时刻相

17、对各自 的位移。,平衡位置,位移,平衡位置,3波的图像的形状 简谐波的图像是 (或余弦)曲线，如图1221所示。,正弦,图1221,试一试 2.如图1222是一列简谐波的图像， 那么这列波的波长为_，各 质点的振幅为_，x1.0 m处的质点此时刻的位移是_。,图1222,波的特有现象,想一想,图1223,记一记,(1)一切波都能发生反射、折射、衍射、干涉。其中衍射、干涉是波特有的性质。 衍射：波绕过障碍物继续传播的现象。 能够发生明显的衍射现象的条件是：障碍物(或小孔)的尺寸比波长 或相差不多。 干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动_某些区域的振动 ，这种现象叫做波的干涉。产生干涉的必

18、要条件是：两列波的频率 。在稳定的干涉区域内，振动加强点始终 ，振动减弱点始终 。,小,加强,减弱,相同,加强,减弱,波峰和波峰叠加得到振动 点，波谷和波谷叠加也得到振动 点，波峰和波谷叠加得到振动点。 (2)多普勒效应： 波源 运动时，观察者观察到的频率高于或低于波的实际频率的现象。,加强,加强,减弱,相对观察者,试一试 3关于两列波的稳定干涉现象，下列说法正确的是() A任意两列波都能产生稳定干涉现象 B发生稳定干涉现象的两列波，它们的频率一定相同 C在振动减弱的区域，各质点都处于波谷 D在振动加强的区域，质点的位移总是很大,解析：两列波叠加产生稳定干涉现象的一个必要条件是两列波的频率相同

19、，故A错，B正确；在振动减弱的区域里，只是两列波引起质点振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差。如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就为零，所以选项C是错误的；在振动加强的区域里，两列波引起质点振动始终是加强的，质点振动得最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和。但这些点始终是振动着的，因而有时质点的位移等于零，所以选项D是错误的。 答案：B,机械波的形成与传播,(1)在振动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离叫波长。 (2)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。 (3)介质中每个质点做的都是受迫振动，所以任一质点的振动频率和周期都和波源相同。因此可以断定：波

20、从一种介质进入另一种介质，由于介质的情况不同，它的波长和波速可以改变，但频率和周期都不会改变。,(5)质点振动nT(波传播n)时，波形不变。 (6)相隔波长整数倍的两质点，振动状态总相同，相隔半波长奇数倍的两质点，振动状态总相反。,图1224,A在t6 s时刻波恰好传到质点d处 B在t5 s时刻质点c恰好到达最高点 C质点b开始振动后，其振动周期为4 s D在4 st6 s的时间间隔内质点c向上运动 E当质点d向下运动时，质点b一定向上运动,波的多解性问题,造成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：波传播距离x与波长的关系不明确。 (2

21、)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。,如：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(或其他两个相反方向)两种可能。 c只告诉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x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。 解决此类问题时，往往采用从特殊到一般的思维方法，即找到一个周期内满足条件的特例，在此基础上，如知时间关系，则加nT；如知空间关系，则加n。,(3)波形的隐含性形成多解 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

22、，而其余信息均处于隐含状态。这样，波形就有多种情况，形成波动问题的多解性。,例2(2014南昌模拟)如图1225所示实线是一列简谐横波在t10时刻的波形，虚线是这列波在t20.5 s时刻的波形，这列波的周期T符合：3Tt2t14T，问：,图1225,(1)若波速向右，波速多大？ (2)若波速向左，波速多大？ (3)若波速大小为74 m/s，波速方向如何？,求解波的多解问题的一般解题步骤 (1)根据初末两时刻的波形图确定传播距离与波长的关系通式。 (2)根据题设条件判断是唯一解还是多解。,振动图像和波动图像的综合应用,1.两种图像的比较,图像,某时刻所有质点的空间分布规律,一质点的位移随时间变化

23、规律,研究内容,沿波传播方向上所有质点,一振动质点,研究对象,波的图像,振动图像,图像类型,(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加速度方向 (4)传播方向、振动方向的互判,(1)质点振动周期 (2)质点振幅 (3)各时刻质点位移 (4)各时刻速度、加速度方向,图像信息,表示某时刻各质点的位移,表示某质点各个时刻的位移,物理意义,波的图像,振动图像,图像类型,表示一个波长,表示一个周期,一完整曲线占横坐标距离,随时间推移，图像沿传播方向平移,随时间推移，图像延续，但已有形状不变,图像变化,记录着许多人某时刻动作、表情的集体照片,记录着一个人一段时间内活动的录

24、像带,形象比喻,波的图像,振动图像,图像类型,2波的传播方向与质点振动方向的互判方法 已知质点振动方向可判断波的传播方向，或已知波的传播方向和某时刻的图像可判断介质质点的振动方向，常用的方法如下：,(1)微平移法：沿波的传播方向将波的图像进行一微小平移，然后由两条波形曲线来判断 例如：波沿x轴正方向传播，t时刻波形曲线如图中实线所示。将其沿v的方向移动一微小距离x，获得如图中虚线所示的图线 可以判定：t时刻质点A振动方向向下，质点B振动方向向上，质点C振动方向向下,图像,方法,(3)逆向描迹法：逆着波的传播方向用铅笔描波形曲线，笔头向上动，质点的振动方向向上，笔头向下动，质点的振动方向就向下,

25、(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、下坡上” 例如：图中A点向上振动，B点向下振动，C点向上振动,方法,图像,(4)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,方法,图像,当已知质点振动方向判断波的传播方向时，仍应用上述方法，只不过是上述方向的逆向思维。,答案AC,随堂巩固落实 1(多远)在同一介质中两列频率相同，振动步调一致的 横波互相叠加，则 (),答案：ACD,图1229,图12210,A图示时刻质点b的加速度正在减小 B从图示时刻开始，经过0.01 s，质点a通过的路 程为20 cm,C若此波遇到另一列波并发生

26、稳定的干涉现象，则另一列波 的频率为50 Hz D若该波传播中遇到宽约4 m的障碍物，能发生明显的衍射 现象,答案：CD,课时跟踪检测 见“课时跟踪检 测（四十二）”,光的折射定律和折射率,想一想,记一记,1光的折射 光从一种介质进入另一种介质时，传播 方向发生改变的现象称为光的折射现象。 2光的折射定律 (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 ；入射角的正弦与折射角的正弦成 。,图1232,两侧,正比,(3)光的折射现象中，光路是 的。 3折射率 (1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦 ，叫做这种介质的折射率。,可

27、逆,之比,3108,小于,图1233,答案：AC,全反射色散,想一想,已知介质对某单色光的临界角为C，则介质对单色光的折射率为多少？单色光在该介质中传播速度为多少？此单色光在该介质中的波长是多少？,记一记,1全反射 (1)条件： 光从 射入 。 入射角 临界角。 (2)现象： 完全消失，只剩下 。,光密介质,光疏介质,等于或大于,折射光,反射光,(4)应用： 棱镜。 光导纤维，如图1234所示。,图1234,全反射,2光的色散 (1)定义：含有多种颜色的光被分解为 单色光的现象叫做光的色散，如图123 5所示，光谱中 在最上端， 在最下 端，中间是橙、黄、绿、青、蓝等色光。 (2)白光的组成：

28、光的色散现象说明白光是 光，是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种单色光组成的。,图1235,红光,紫光,复色,试一试,图1236,折射定律及折射率的应用,(2)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。 (3)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。 (4)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。,例1一半圆柱形透明物体横截面 如图1237所示，底面AOB镀银(图 中粗线)，O表示半圆截面的圆心，一束 光线在横截面内从M点入射，经过AB面 反射后从N点射出。已知光线在M点的入射角为30，MOA60，NOB30。求： (1)光线在M点的折射角； (2)透明物体的折

29、射率。,图1237,审题指导 (1)根据反射对称确定光路图； (2)根据几何角度关系确定折射角；,解析(1)如图所示，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面EF对称，Q、P和N三点共线。,全 反 射,1.全反射的理解 (1)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。 (2)光的全反射现象遵循光的反射定律，光路是可逆的。 (3)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。当折射角等于90时，实际上就已经没有折射光了。 (4)全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐

30、渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射。,2全反射的有关现象及应用 (1)海水浪花呈白色、玻璃(水)中气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、夏天的柏油路面看起来“水淋淋”的、海市蜃楼、钻石的夺目光彩、水下灯照不到整个水面、全反射棱镜等。 (2)光导纤维 结构：简称光纤，是一种透明的玻璃纤维丝，直径在几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质。 原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界面上时，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。,(1)为使光线

31、能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足的条件； (2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。,解答全反射类问题的技巧 解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于或等于临界角。利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析。,光的色散,各种色光的比较,小大,通过棱镜的偏折角,大小,临界角,大小,波长,大小,同一介质中速度,小大,同一介质中的折射率,低高,红橙黄绿青蓝紫,颜色,图1239,A屏上c处是紫光B屏上d处是红光

32、 C屏上b处是紫光 D屏上a处是红光 审题指导 (1)根据所给信息确定折射率随波长的变化关系。 (2)根据各种色光的波长，确定经过三棱镜后的偏折程度。,答案D,随堂巩固落实,A30B45 C60 D75,图12310,答案：A,2如图12311所示，一个三棱镜的 截面为等腰直角ABC，A为直角。 此截面所在平面内的光线沿平行于 BC边的方向射到AB边，进入棱镜后 直接射到AC边上，并刚好能发生全反射。该棱镜材料的折射率为 (),图12311,答案：A,图12312,答案：A,4(2012江苏调研)一束细光束由真空沿着径向射入一块 半圆柱形透明体，如图12313(a)所示，对其射出后的折射光线的

33、强度进行记录，发现折射光线的强度随着的变化而变化，如图(b)的图线所示，此透明体的临界角为_，折射率为_。,图12313,(1)求三棱镜的折射率； (2)在三棱镜的AC边是否有光线透出？写出分析过程。(不考虑多次反射),课时跟踪检测 见“课时跟踪检 测（四十三）”,光的干涉和衍射,想一想,记一记,一、光的干涉 1产生条件 (1)两列光的 相同，振动方向相同，且具有恒定的 ，才能产生稳定的干涉图样。 (2)将同一列光波分解为两列光波，可以获得相干光源， 和薄膜干涉都是用此方法获得相干光源。,频率,相位差,双缝干涉,2.两种典型的干涉 (1)杨氏双缝干涉： 原理如图1241所示。 明、暗条纹的条件

34、：,图1241,明暗相间,k,彩色,白色,(2)薄膜干涉： 相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个反射的两列光波。 图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的 相等。 应用： ，利用光的干涉检查平整度。 二、光的衍射 1光的衍射 光绕过 偏离直线传播的现象。,表面,厚度,障碍物,2发生明显衍射的条件 只有当障碍物的尺寸与光的波长 ，甚至比光的波长 的时候，衍射现象才会明显。 3衍射条纹的特点 (1)单缝衍射：单色光的衍射图样为中间 的单色条纹，两侧是 的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。 (2)圆孔衍射：明暗相间的 圆环。 (3

35、)泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到 (选填“透明”或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现 (在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。,相差不多,还小,宽且亮,明暗相间,不等距,不透明,亮斑,试一试 1(多选)如图1242所示，一束白光从左侧射入肥皂 薄膜，下列说法正确的是 () A人从右侧向左看，可看到彩色条纹 B人从左侧向右看，可看到彩色条纹 C彩色条纹水平排列 D彩色条纹竖直排列,图1242,答案：BC,电磁场与电磁波,想一想,电磁波在传播过程中，每处的电场方向与磁场方向有何关系？它们与电磁波的传播方向有何关系？ 提示：垂直垂直,记一记,1电磁波的产生 (1)麦克斯韦电磁

36、场理论 变化的磁场产生 ，变化的电场产生 。 (2)电磁场 变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个 ，这就是电磁场。,电场,磁场,完整的整体,(3)电磁波 电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波。 电磁波是横波，在空间传播 介质。 真空中电磁波的速度为 m/s。 vf对电磁波 。 电磁波能产生反射、折射、 和衍射等现象。,不需要,3108,同样适用,干涉,2电磁波的发射与接收 (1)发射电磁波的条件 要有足够高的 ； 电路必须 ，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。 (2)调制有 和调频两种方式，解调是调制的逆过程。 (3)电磁波谱 定义：按电磁波的波长从长到短分布是 、

37、红外线、可见光、紫外线、X射线和射线，形成电磁波谱。,振荡频率,开放,调幅,无线电波,电磁波谱的特性、应用：,衍射能力减弱,直线传播能力增强,_,热效应,衍射能力减弱,直线传播能力增强,荧光效应,试一试 2下列说法正确的是 () A麦克斯韦证明了光的电磁说的正确性 B红外线的显著作用是热作用，紫外线最显著的 作用是化学作用 CX射线的穿透本领比射线更强 DX射线与射线的产生机理不同，因此它们的频 率范围界线分明，不可能重叠,答案：B,相 对 论,想一想,设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍，则粒子运动时的质量等于其静止质量的多少倍？粒子运动速度是光速的多少倍？,记一记,1狭义相对论的基本假设

38、 (1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是 的。 (2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是 的。 2时间和空间的相对性,相同,相同,(2)长度的相对性：l 。,3相对论的速度变换公式 u 。,4相对论质量 m 。,5质能方程 。,Emc2,试一试 3惯性系S中有一边长为l的正方形(如图1243所示)， 从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是 (),图1243,答案：C,光的干涉与衍射,1.衍射与干涉的比较,干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹,相同点,清晰条纹，亮度基本相等,中央条纹最亮，两边变暗

39、,亮度,各相邻条纹等间距,各相邻条纹间距不等,条纹间距,条纹宽度相等,条纹宽度不等，中央最宽,条纹宽度,不同点,双缝干涉,单缝衍射,两种现象 比较项目,2干涉与衍射的本质 光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理。在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹。,答案C,对电磁场理论的认识,(1)恒定的磁场周围没有电场产生，同理，恒定的电场周围也没有磁场产生。 (2)变化的磁场产生电场。 (3)变化的电场产生磁场。 (4)周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互联系，形成一个不可分离的统一的场，就

40、是电磁场。,例2(多选)下列关于电磁场的说法中正确的是 ( ) A只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波 B任何变化的电场周围一定有磁场 C振荡电场和振荡磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场 D电磁波的理论在先，实践证明在后 审题指导 分析麦克斯韦的电磁场理论时，要注意“变化”“均匀变化”“周期性变化”这几种说法的不同。,解析根据麦克斯韦的电磁场理论可知选项A错，若电场或磁场的变化是均匀的，则不能形成电磁波，只能形成稳定的磁场或电场，B项正确。若电场的变化是非均匀的，则可形成电磁场，由电磁场的定义可知C正确。英国物理学家麦克斯韦从理论上预见了电

41、磁波的存在，并指出电磁波的特点。例如：电磁波的传播不需要介质，它在真空中的速度等于光速，电磁波是横波等，进而说明光是电磁波家庭中的一员，二十多年后德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在，所以D正确。 答案BCD,随堂巩固落实,1(2013四川高考)下列关于电磁波的说法，正确的是( ) A电磁波只能在真空中传播 B电场随时间变化时一定产生电磁波 C做变速运动的电荷会在空间产生电磁波 D麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在,解析：电磁波的传播不需要介质，能够在真空中传播，并不是只能在真空中传播，A错误；均匀变化的电场，产生恒定的磁场，并不能产生电磁波，B错误；如果做变速运动的电荷产生非均匀变化

42、的磁场，可以产生电磁波，C正确；赫兹利用实验第一次验证了电磁波的存在，D错误。 答案：C,2.在观察光的衍射实验中，观察到如图124 5所示的清晰的亮暗相间的图样，根据 图样判断障碍物或孔的情况，下列说法正 确的是 () A很小的不透明圆板 B很大的中间有大圆孔的不透明挡板 C很大的不透明圆板 D很大的中间有小圆孔的不透明挡板 解析：该图样为圆孔衍射的图样，选项D正确。 答案：D,图1245,3(多选) 下列说法正确的是 () A雨后天空中出现彩虹是阳光经云层衍射造成的 B自然光斜射到玻璃、水面上时，反射光和折射 光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也有所变化 C测量星球上某些元素发出的光波频

43、率，然后与 地球上这些元素静止时发光的频率对照，就可以算出星球靠近或远离我们的速度，这利用的是多普勒效应,D“日出江花红胜火”，早晨看到的太阳是红彤彤的， 这是太阳光中波长较长的红光衍射能力强的结果 解析：雨后天空中出现彩虹是光的折射造成的，选项A错误；早晨看到的太阳是红彤彤的，是由于红光的穿透能力强而不是衍射能力强，选项D错误。 答案：BC,4下列关于电磁波的说法正确的是 () A均匀变化的磁场能够在空间产生电场 B电磁波在真空和介质中传播速度相同 C只要有电场和磁场，就能产生电磁波 D电磁波在同种介质中只能沿直线传播,答案：A,课时跟踪检测 见“课时跟踪检 测（四十四）”,一、实验目的 (

44、1)学会用单摆测定当地的重力加速度。 (2)能正确熟练地使用秒表。 二、实验原理,三、实验器材 带孔小钢球一个、细丝线一条(长约1 m)、毫米刻度尺一把、秒表、游标卡尺、带铁夹的铁架台。 四、实验步骤 1做单摆 取约1 m长的细丝线穿过带孔的小钢球，并打一个比小孔大一些的结，然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上，并把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂。,3测周期 将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于10)，然后释放小球，记下单摆做3050次全振动的总时间，算出平均每一次全振动的时间，即为单摆的振动周期。反复测量三次，再算出测得周期数值的平均值。 4改变摆长，重做几次实验,五、

45、数据处理,2图像法,图实131,六、注意事项 (1)选择材料时应选择细、轻又不易伸长的线，长度一般在1 m左右，小球应选用密度较大的金属球，直径应较小，最好不超过2 cm。 (2)单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现象。 (3)注意摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过10。可通过估算振幅的办法掌握。,(4)摆球振动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆。 (5)计算单摆的振动次数时，应从摆球通过最低位置时开始计时，为便于计时，可在摆球平衡位置的正下方做一标记。以后摆球每次从同一方向通过最低位置时进行计数，且在数“零”的同时按下秒表，开

46、始计时计数。,七、误差分析 1系统误差 主要来源于单摆模型本身是否符合要求。即：悬点是否固定，摆球是否可看做质点，球、线是否符合要求，摆动是圆锥摆还是在同一竖直平面内振动。只要注意了上面这些问题，就可以使系统误差减小到远小于偶然误差而达到忽略不计的程度。,2偶然误差 主要来自时间(即单摆周期)的测量上。因此，要注意测准时间(周期)。要从摆球通过平衡位置时开始计时，并采用倒计时计数的方法，即4,3,2,1,0,1,2，在数“零”的同时按下秒表开始计时。不能多计或漏计振动次数。为了减小偶然误差，应进行多次测量后取平均值。,实验原理与操作,图实132,(1)用游标卡尺测量小钢球直径，示数如图乙所示，

47、读数为_mm。 (2)以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有_。,题组演练 1在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，有人提出以 下几点建议，其中对提高测量结果精确度有利的是 () A适当加长摆线 B质量相同、体积不同的摆球，应选用体积较大的 C单摆偏离平衡位置的角度不能太大 D当单摆经过平衡位置时开始计时，经过一次全振动 后停止计时，用此时间间隔作为单摆振动的周期,解析：当适当加长摆线时，单摆的周期将增大，故可以减小周期测量的相对误差，A正确；质量相同，体积越大的摆球，所受的阻力会影响其做单摆运动，B错；单摆偏离平衡位置的角度不能太大，C正确；在D中，会增大周期测量的误差，D错。 答案：AC

48、,2在“用单摆测定重力加速度”的实验中： (1)下面所给器材中，选用哪些器材较好，请把所选用器材前的字母依次填写在题后的横线上。 A长1 m左右的细线B长30 cm左右的细线 C直径2 cm的铅球 D直径2 cm的铝球 E秒表 F时钟 G最小刻度是厘米的直尺 H最小刻度是毫米的直尺 所选用的器材是_。 (2)实验时对摆线偏离竖直线的偏角要求是_。,3将一单摆装置竖直悬挂于某一深度为h(未知)且开口向 下的小筒中(单摆的下部分露于筒外)，如图实133甲所示，将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放，设单摆摆动过程中悬线不会碰到筒壁，如果本实验的长度测量工具只能测量出筒的下端口到摆球球心的距离L，

49、并通过改变L而测出对应的摆动周期T，再以T2为纵轴、L为横轴作出函数关系图像，那么就可以通过此图像得出小筒的深度h和当地的重力加速度g。,图实133,(1)现有如下测量工具：A.时钟；B.秒表；C.天平；D.毫米刻度尺。本实验所需的测量工具有_；,(2)如果实验中所得到的T2L关系图像如图实135乙所示，那么真正的图像应该是a、b、c中的_； (3)由图像可知，小筒的深度h_m；当地的重力加速度g_m/s2。 解析：(1)测量筒的下端口到摆球球心之间的距离L，用到毫米刻度尺，测单摆的周期用秒表，所以测量工具选B、D。,(3)将T20，L30 cm代入上式可得： h30 cm0.3 m； 将T2

50、1.20，L0代入上式可求得：g2 m/s29.86 m/s2。 答案：(1)BD(2)a(3)0.39.86,数据处理与误差分析,例2某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中：,图实134,(1)用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图实134所示，则该摆球的直径为_cm。,(2)小组成员在实验过程中有如下说法，其中正确的是_。(填选项前的字母),答案(1)0.97(0.96、0.98均可)(2)C,题组演练 4某同学做“用单摆测定重力加速度”的实验时，测得的 重力加速度数值明显大于当地的重力加速度的实际值。造成这一情况的可能原因是 (),答案：B,5某同学在做“利用单摆测重力加速度”的

51、实验时，先测 得摆线长为101.00 cm，摆球直径为2.00 cm，然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间为101.5 s，则 (1)他测得的重力加速度g_m/s2。 (2)为了提高实验精度，在实验中可改变几次摆长l并测出相应的周期T，从而得出一组对应的l与T的数据，再以l为横坐标、T2为纵坐标将所得数据连成直线，并求得该直线的斜率k。则重力加速度g_。(用k表示),(1)如果已知摆球直径为2.00 cm，让刻度尺的零点对准摆线的悬点，摆线竖直下垂，如图实135(甲)所示，那么单摆摆长是_m，如果测定了40次全振动的时间如图(乙)中秒表所示，那么秒表读数是_s，单摆的振动周期是_s。,图实

52、135,(2)如果测得的g值偏小，可能的原因是_(填写代号)。 A测摆长时，忘记了摆球的半径 B摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增 加了 C开始计时时，秒表过早按下 D实验中误将39次全振动次数记为40次,(3)某同学在实验中，测量6种不同摆长情况下单摆的振动周期，记录表格如下：,4.84,4.00,3.61,3.20,2.02,1.59,T2/s2,2.20,2.00,1.90,1.79,1.42,1.26,T/s,1.2,1.0,0.9,0.8,0.5,0.4,l/m,以l为横坐标、T2为纵坐标，作出T2l图线，并利用此图线求重力加速度g。,答案：(1)0.875 075.2

53、1.88(2)ABC(3)图见解析9.86 m/s2,一、实验目的 (1)测定玻璃的折射率。 (2)学会用插针法确定光路。,图实141,三、实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔。 四、实验步骤 (1)如图实142所示，把白纸铺在木板上。,图实142,(2)在白纸上画一直线aa作为界面，过aa上的一点O画出界面的法线NN，并画一条线段AO作为入射光线。 (3)把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb。 (4)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。 (5)从玻璃砖bb一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的

54、方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P3本身及P1、P2的像。,(6)移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线OB交bb于O。连接O、O，OO就是玻璃砖内折射光线的方向。AON为入射角，OON 为折射角。 (7)改变入射角，重复实验。 五、数据处理 1计算法,图实143,图实144,六、注意事项 (1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O之间距离要稍大一些。 (2)入射角1不宜太大(接近90)，也不宜太小(接近0)。太大：反射

55、光较强，出射光较弱；太小：入射角、折射角测量的相对误差较大。 (3)操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 (4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 (5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。,七、误差分析 (1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。 (2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。,实验原理与操作,例1(2012江苏高考)“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D。在插

56、入第四个大头针D时，要使它_。如图实145是在白纸上留下的实验痕迹， 其中直线a、a是描在纸上的玻璃砖的两个 边。根据该图可算得玻璃的折射率n _。(计算结果保留两位有效数字),图实145,图实146,答案挡住C及AB的像1.8(1.61.9),题组演练 1如图实147所示，用插针法测定玻璃的折射率的 实验中，以下各说法中正确的是() P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些， 可以提高准确度 P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些， 可以提高准确度 入射角1适当大些，可以提高准确度 入射角太大，入射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射，使实验无法进行 P1、P2的间距和入射角的大小均与实验的准

57、确度无关,图实147,AB C D 解析：因为实验中的入射光线和折射光线都是隔着玻璃砖观察在一直线上的大头针确定的，相互间的距离太小，容易出现偏差，正确错误。入射角适当大些，相应的折射角也增大，折射现象较明显，容易测量些，正确错误。由于光通过玻璃砖时，各相关角度互相制约着，其出射角恒等于入射角，而对于入射的界面，光线是从光疏介质射入光密介质，折射角必小于入射角，当入射角趋于最大值90时，折射角也趋于最大值2max，而对于出射的界面，在玻璃砖内的折射光线的入射角最大值也只能为2max，根据光路可逆原理，出射角最大值也趋于90，即始终能透过玻璃砖看到入射光线，错。 答案：A,2(2012浙江高考)在“测定玻璃的折射率”实验中，某同 学经正确操作插好了4枚大头针，如图实148甲所示。,图实148,(1)在下图中画出完整的光路图；,图实149,(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n_(保留3位有效数字)； (3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的两枚大头针，其对应出射光线上的两枚大头针是P3