高中物理選修3-4全部知識點歸納

5.機械波5.機械波高中物理修3-4全部知識點歸納主題

內(nèi)容簡諧運動簡諧運動的公式和圖像3.單擺、周期公式4.受迫振動和共振

要求ⅠⅡⅠⅠ

說明①簡諧運動只限于單擺和彈簧振子；機械振動與機械波6.橫和縱波橫波的圖像波速、波長和頻率（周期）的關(guān)系9.波的干涉和衍射現(xiàn)象10.多普勒效應

ⅠⅠⅡⅡⅠⅠ

②簡諧運動公式只限于回復力公式；③簡諧運動圖像只限于位移-時間圖像。電磁振蕩與電磁波光相對論

變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的電場產(chǎn)生磁場、電磁波及其傳播電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射和接收電磁波譜光的折射定律折射率全反射、光導纖維光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象狹義相對論的基本假設質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系相對論質(zhì)能關(guān)系式

ⅠⅠⅠⅡⅠⅠⅠⅠⅠⅠ

①相對折射率不做考試要求；②光的干涉限于雙縫干涉、薄膜干涉。一簡運、諧動表式圖、械動物體（或物體的一部分）在某一中心位置兩側(cè)來回做往復運動，叫做機械振動。機械振動產(chǎn)生條件是：①回復力不為零；②阻力很小。使振動物體回到平衡位置的力叫做回復力，復力屬于效果力，在具體問題中要注意分析什么力提供了回復力。、諧動在機械振動中最簡單的一種理想化的振動。對簡諧振動可以從兩個方面進行定義或理解：①物體在跟位移大小成正比，并且總是指向平衡位置的回復力作用下的振動，叫做簡諧振動。②物體的振動參量，隨時間按正弦或余弦規(guī)律變化的振動，叫做簡諧振動，、述動物量研究振動除了要用到位移、速度、加速度、動能、勢能等物理量以外，為適應振動特點還要引入一些新的物理量。⑴位移由衡位置指向振動點所在位置的有向線段叫做位移移矢量其大值等于振幅。0000振幅A：做機械振的物體離開平衡位置的最距離叫做振幅，振幅是標量，表示振動的強弱。振幅越大表示振動的機械能越大，做簡揩振動物體的振幅大小不影響簡揩振動的周期和頻。周期T：振動物體完一次余振動所經(jīng)歷的時間叫做周期。所謂全振動是指物體從某一位置開始計時，物體第一次以相同的速度方向回到初始位置，叫做完成了一次全振動。頻率f：動物體單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)。角頻率角率也叫角速度，圓周運動物體單位時間轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)。引入這個參量來描述振動的原因是人們在研究質(zhì)點做勻速圓周運動的射影的運動規(guī)律時，發(fā)現(xiàn)質(zhì)點射影做的是簡振動。因此處理復雜的簡諧振動問題時，可以將其轉(zhuǎn)化為勻速圓周運動的射影進行處理，這種方高考大綱不要求掌握。周期、頻率、角頻率的關(guān)系是：

12，f

⑹相位：示振動步調(diào)的物理量。、究諧動律幾思路用動力學方法研究，受力特征：回復力=-；加速度，簡諧振動是一種變加速運動。在平衡位置時速度最大，加速度為零；在最大位移處，速度為零，加速度最大。用運動學方法研究：簡諧振動的速度、加速度、位移都隨時間作正弦或余弦規(guī)律的變化，這種用正弦或余弦表示的公式法在高中階段不要求學生掌握。用圖象法研究：熟練掌握用位移時間圖象來研究簡諧振動有關(guān)特征是本章學習的重點之一。⑷從能量角度進行研究：簡諧振動過程，系統(tǒng)動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，總機械能守恒，振動能量和振幅有關(guān)。、諧動表式2xΑsin（t振A，期T相位ΤΤ、諧動象述動物量．直接描述量：①振幅A；②周期T；任意時刻的位移.．間接描述量：

t，相0

①頻率f：

f

12②角速度：T③圖線上點切的率于．從振動圖象中的分有關(guān)物理量v，aF)簡諧運動的特點是周期性。在回復力的作用下，物體的運動在空間上有往復性，即在平衡位置附近做往復的變加速(或變減速運；在時間上有周期性，即每經(jīng)過一定時間，運動就要重復一次。我們能否利用振動圖象來判斷質(zhì)點，F(xiàn)變化，它們變化的周期雖相等，但變化步調(diào)不同，只有真正理解振動圖象的物理意義，才能進一步判斷質(zhì)點的運動情況。小結(jié)：①簡諧運動的圖是正弦或余弦曲線，與運動軌跡不同。②簡諧運動圖象反應了物體位移隨時間變化的關(guān)系。③根簡諧運動圖象可以知道物體的振幅、周期、任一時刻的位移。二單的期擺的系實、究單擺周期公式：

T

lg

l上述公式是高考要考查的重點內(nèi)容之一。對周期公式的理解和應用注意以下幾個問題：①簡諧振動物體的周期和頻率是由振動系統(tǒng)本身的條件決定的。②單單擺擺周期公式中的l是擺圓弧的圓心到擺球重心的距離也等效擺長擺周期公中的，由單擺所在的空間位置決定，還由單擺系統(tǒng)的運動狀態(tài)決定。所g也等效重力加速度。由可知，地球表面不同位置、不同高度，不同星球表面g值不相同，因此應求出單擺所在地的等效入公式，即不一定等于9.8m/s。單擺系統(tǒng)運動狀態(tài)不同也不相同。例如單擺在向上加速發(fā)射的航天飛機內(nèi)，設加速度為，此時擺球處于超重狀態(tài)，沿弧切線的回復力變大，擺球質(zhì)量不變，則重力加速度等效值g+再比如在軌道上運行的航天飛機內(nèi)的單擺、擺球完全失重，回復力為零則力加速度等效值

=周無窮大即單擺不擺動了g還單擺所處的物理環(huán)境決定如帶小電球做成的單擺在豎直方向的勻強電場中，回復力應是重力和豎直的電場合力在圓弧切方向的分力，所以也有一情況下球止在平衡位置時，擺線張力與擺球質(zhì)量的比值。三受振和振物體在周期性外力作用下的振動叫受迫振動。受迫振動的規(guī)律是：物體做受迫振動的頻率等于策動力的頻率，而跟物體固有頻率無關(guān)。當策動力的頻率跟物體固有頻率相等時，受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。共振是受迫振動的一種特殊情況。四機波橫和波橫的象、械波：機械振動在介質(zhì)中的傳過程叫機械波，機械波產(chǎn)生的條件有兩個：一是要有做機械振動的物體作為波源，二是要有能夠傳播機械振動的介質(zhì)。

共振曲線驅(qū)的頻等于系統(tǒng)的固有頻率時動的振幅最大橫波和縱波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的叫橫波。質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的叫縱波氣體液、體能播波但氣和體能播波聲在空氣中是縱波，聲波的頻率從到2萬赫茲。機械波的特點：⑴每一質(zhì)點都以它的平衡位置為中心做簡振振動；后一質(zhì)點的振動總是落后于帶動它的前一質(zhì)點的振動。⑵波只是傳播運動形式（振動）和振動能量，介質(zhì)并不隨波遷移橫波的圖象：用橫坐標表在波的傳播方向上各質(zhì)點的平衡位置縱標表某一時刻各質(zhì)點偏離平衡位置的位移。簡諧波的圖象是正弦曲線，也叫正弦波。簡諧波的波形曲線與質(zhì)點的振動圖象都是正弦曲線他們的意義是不同的。波形曲線表示介質(zhì)中各個質(zhì)點在“某一時刻的移，振動圖象則表示介質(zhì)某個質(zhì)”各個時刻的位移。五描機波物量—長波和率周）關(guān)⑴波長λ：兩個相鄰的、在振動過程中平衡位置的位移總是相等的質(zhì)點間的距離叫波長。振動在一個周期內(nèi)在介質(zhì)中傳播的距離等于波長。頻率f：的頻率由波源決定，在任何介質(zhì)中頻率保持不變。波速v位間內(nèi)振動向外傳的距離速大小由介質(zhì)決定。波速與波長和頻率的關(guān)系：

v

，.六波干和射衍射：波繞過障礙物或小孔繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。產(chǎn)生顯著衍射的條件是障礙物或孔的尺寸比波長小或與波長相差不多。干涉：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，使某些區(qū)域振動減弱，并且振動加強和振動減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件是：兩列波的頻率相同，相差恒定。穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象中，振動加強區(qū)和減弱區(qū)的空間位置是不變的，加強區(qū)的

振幅等于兩列波振幅之和，減弱區(qū)振幅等于兩列波振幅之差。判斷加強與減弱區(qū)域的方法一般有兩種：一是畫峰谷波形圖，峰峰或谷谷相遇增強谷遇弱是相干波源振動相同時某點到二波源程波差是波長數(shù)倍時振動增強半長奇數(shù)倍時振動減弱。干涉和衍射是波所特有的現(xiàn)象。七多勒應多普勒應：由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率變化的現(xiàn)象叫做多普勒效應地物理學家多普勒在年現(xiàn)的。

多普勒效應的成因：聲源完成一次全振動，向外發(fā)出一個波長的波，頻率表示單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù)，而觀察者聽到聲音的音調(diào)，是由觀察者接受到的頻率，即單位時間接收到的完全波的個數(shù)決定的。多普勒效應是波動過程共有的特征，不僅機械波，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應。多普勒效應的應:①代醫(yī)學上使用的胎心檢測器、血流測定儀等有許多都是根據(jù)這種原理制成。②根據(jù)汽笛聲判斷火車的運動方向和快慢，以炮彈飛行的尖叫聲判斷炮彈的飛行方向等③紅移現(xiàn)象：在世紀初，科家們發(fā)現(xiàn)許多星系的譜線“紅移現(xiàn)”所紅移現(xiàn)象，就是整個光譜結(jié)構(gòu)向光譜紅色的一端偏移，這種現(xiàn)象可以用多普勒效應加以解釋：由于星系遠離我們運，接收到的星光的頻率變小，譜線就向頻率變?。床ㄩL變大）的紅端移動?？茖W家從紅移的大還可以算出這種遠離運動的速度。這種現(xiàn)象，是證明宇宙在膨脹的一個有力證據(jù)。八電波其用電波一、麥克斯韋電磁場理論、電磁場理論的核心之一：變化的磁場產(chǎn)生電場在變化的磁場中所產(chǎn)生的電場的電場線是閉合渦旋電場)◎理解：①均勻變化的磁場產(chǎn)穩(wěn)定電場②非均變化的磁場產(chǎn)生變化場、電磁場理論的核心之二：變化的電場產(chǎn)生磁場麥克斯韋假:變化的電場就像導中的電流一會在空間產(chǎn)生磁即變化的電場產(chǎn)生磁場◎理解：①均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定磁場；②非均勻變化的電場產(chǎn)生變化磁場二、電磁波、磁場：如果在空間某區(qū)域中有期性變化的電場,那么這個變化的電場就在它周圍空間生周期性變化的磁場;這變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生新的周期性變化的電場,化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的形不可分割的統(tǒng)一,這就是電磁場這個過程可以用下圖表達。電磁波：電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播就是電磁電磁波的特點電波是橫,電場強度和感應強度按弦規(guī)律變化,二者相互垂均與波的傳播方向垂(2)電磁波可以在真空中傳,速度和光速相同。(3)電磁波具有波的特性三、赫茲的電火花赫茲觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象，他還測量出電磁波和光有相同速度.這樣赫茲證實了克斯韋關(guān)于光的電磁理論，赫茲在人類歷史上首先捕捉到了電磁波。電波譜及應⑴麥克斯韋計算出電磁波傳播速度與光速相同明光具有電磁本質(zhì)提光就是一種電磁波。⑵電磁波譜121212111121212111電磁波譜

無線電波

紅外線

可見光

紫外線

X射γ射線在振蕩電路中，

原子的內(nèi)層電子受到激產(chǎn)生機理

自由電子作周原子的外層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的

激發(fā)后產(chǎn)生的

發(fā)后產(chǎn)生的期性運動產(chǎn)生⑶電磁波的應用：電視：電視信號是電視臺先把影像信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢园l(fā)射的電信號，射出去后被接收的電信號通過還原，被還原為光的圖象重現(xiàn)熒光屏。電子束把一幅圖象按照各點的明暗情況，逐點為強弱不同的信號電流，通過天線把帶有圖象信號的電磁波發(fā)射出去。雷達工作原理：利用發(fā)射與接收之間的時間差，計算出物體的距離。手機：在待機狀態(tài)下，手機不斷的發(fā)射電磁波，與周圍環(huán)境交換信息機建立連接的過程中發(fā)射的電磁波特別強。電磁波與機械波的比較：共同點：都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象；它們波動的頻率都取決于波源的頻率；在不同介質(zhì)中傳播頻率都不變．不同點：機械波的傳播一定需要介質(zhì)，其波速與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，與波的頻率無關(guān)．而電磁波本身就是一種物質(zhì)，它可以在真空中傳播，也可以在介質(zhì)中傳播．電磁波在真空中傳播的速度為3.0×10

s

，在介質(zhì)中傳播時，波速和波長不僅與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，還與頻率有關(guān)．不同電磁波產(chǎn)生的機理：無線電波是振蕩電路中自由電子作周期性的運動產(chǎn)生的；紅外線、可見光紫線是原子外層電子受發(fā)產(chǎn)生的琴射線是原子內(nèi)層電子受激發(fā)產(chǎn)生的射是原子核受激發(fā)產(chǎn)生的。頻率波)同的電磁波表現(xiàn)出作用不同外主作用是熱作用以用紅外線來加熱物體和進行紅外線遙感；紫外線主要作用是化學作用，可用來殺菌和消毒；倫琴射線有較強的穿本領(lǐng)利用其穿透本領(lǐng)與物質(zhì)的密有關(guān)行對人體的透視和檢查部件的缺陷射線的穿本領(lǐng)更大，在工業(yè)和醫(yī)學等領(lǐng)域有廣泛的應用，如探傷，測厚或用γ刀行手術(shù)。九光折定折射光的折射定律也斯涅耳定律射角的正弦跟折射角的正弦成正比果n來示這個比例常數(shù)，就有

12

n12折射率：光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，雖然入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常，但是對不同的介質(zhì)來說，這個常數(shù)n是同的．這個數(shù)跟介質(zhì)有關(guān)系，是一個反映介質(zhì)的光學性質(zhì)的物理量，我們把它叫做介質(zhì)的折射率．定義式：的夾角

1（是線在真空中與法線之間的角，是線在介質(zhì)中與法線之間2光從真空射入某種介質(zhì)時的折射率種介質(zhì)的絕對折射率，也簡稱為某種介質(zhì)的折射十測玻的射（驗探）實驗原理：如圖所示，入射光線AO由氣射入玻璃磚，經(jīng)OO后由方射出。作出法線NN，則折射率=sinγ注意事項：手拿玻璃磚時，不準觸摸光潔的光學面，只能接觸毛面或12121212棱，嚴禁把玻璃磚當尺畫玻璃磚的界面；實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變；大針應垂直地插在白紙上，且玻璃磚每一側(cè)的兩個大頭針距離應大一些，以減小確定光路方向造成誤差；入射角應適當大一些，以減少測量角度的誤差。十、的反光導維全反射現(xiàn)象：當光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時折角大于入射角當射角增大到某一角度時折射角等于90，此時，折射光完全消失入射光全部反回原來的介質(zhì)中，這種現(xiàn)象叫做全反.臨界角：①定義光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)折角等于°時的入射角，叫做臨界②臨界角的計算:C=

1n

光導纖維：當光線射到光導纖維的端面上時，光線就折射進入光導纖維內(nèi)，經(jīng)內(nèi)芯與外套的界面發(fā)生多次全反射后，從光導纖維的另一端面射出，而不從外套散逸,光能損耗極小。十、的涉衍和振光的干涉產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：只有兩列光波的頻率相同，位相差恒定，振動方向一致的相干光源能生光的干涉兩普通獨立光源發(fā)出的光不能具有相同的頻率更可能存在固定的相差因不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。條紋寬度或紋間距)相兩條亮（暗）條紋的間距為

ld

．上式說明，兩縫間距離越小、縫到屏的距離越大，光波的波長越大，條紋的寬度就越大。當實驗裝置一定，紅光的條紋間距最大，紫光的條紋間距最小。這表明不同色光的波長不同，紅光長，紫光最短。幾個問題：①在雙縫干涉實驗中如果用紅濾光片遮住一個狹縫S綠濾光片遮住另一個狹縫白光入射時，

PP

21屏上是否會產(chǎn)生雙縫干涉圖樣？這時在屏上將會出現(xiàn)紅光單縫衍射光矢量和綠光單縫衍射光矢量振動的疊加。由于紅光和綠光的頻率不同，

激光

P

0因此它們在屏上疊加時不能產(chǎn)生干涉時屏上將出現(xiàn)混合色二單縫衍射圖樣。②在雙縫干涉實驗中，如果遮閉其中一條縫，則在屏上出現(xiàn)的條紋有何變化？原來亮的地方會不會變暗？如果遮住雙縫其中的一條縫在上將由雙縫干涉條

屏紋演變?yōu)閱慰p衍射條紋，與干涉條紋相比，這時單縫衍射條紋亮度要減弱，而且明紋的寬度要大，但由于干涉是受衍射調(diào)制的，所以原來亮的地方不會變暗。③雙縫干涉的亮條紋或暗條紋是兩列光波在光屏處疊加后加強或抵消而產(chǎn)生的否反了能量守恒定律？暗條紋處的光能量幾乎是零，表明兩列光波疊加，彼此相互抵消，這是按照光的傳播規(guī)律，暗條紋處是沒有光能量傳到該處的原因，不是光能量損耗了或轉(zhuǎn)變成了其它形式的能量。同樣，條紋處的光能量比較強，光能量增加，也不是光的干涉可以產(chǎn)生能量，而是按照波的傳播規(guī)律到該處的光能量比較集中。雙縫干涉實驗不違反能量守恒定律。（3薄膜干涉及其應用介介原理①干涉法檢查精密部件的表面取一個透明的標準樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一薄片，使樣板的平面與被檢查的平面間形成一個楔形空氣膜，用單色光從上面照射，入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光成相干光，從反射光中就會看到干涉條紋，如圖2-3甲示。如果被檢表面是平的，那么空氣層厚度相同的各點就位于一條直線上，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的(如圖乙)；如果觀察到的干涉條紋如圖丙所示，A、B處凹凸情況可以這分析：由丙圖知、Q兩位于同一條亮紋上，故甲圖中與P對的位置空氣層厚度相同。由于位的(即遠離楔尖，如果被檢表面是平的Q處度應該比P處，所以，只有當A處陷時才能使與處度相同。同理可以判斷與M對應的B為凸起。②增透膜是在透鏡、棱鏡等光學元件表面涂的一層氟化鎂薄膜。當薄膜的兩個表面上反射光的路程差等于半個波長時，反射回來的光抵消。從而增強了透射光的強度。顯然增透膜的厚度應該等于光該介質(zhì)中波長的1/4由能量守恒可知，入射光總強=反射光總強+透光總強度。光的強度由光的振幅決定。當滿足增透膜厚度d=時兩束反射光恰好實現(xiàn)波峰與波谷相疊加，實現(xiàn)干涉相消，使其合振幅接近于零，即反射光的總強度接近于零，從總效果上看，相當于光幾乎不發(fā)生反射而透過薄膜，而大大減少了光的反射損失，增強了透射光的強度。增透膜只對人眼或感光膠片上最敏感的綠光起增透作用白照(垂直)增透膜上光產(chǎn)生相消干涉反光中綠光的強度乎是零時其他波長的(如紅光和紫光并沒有被完全抵消因此，增透膜呈綠光的互補——淡紫色。光的衍射⑴現(xiàn)象：單縫衍射單色光入射單縫時，出現(xiàn)明暗相同不等距條紋，中間亮條紋較寬，較亮兩邊亮條紋較窄、較暗白光入射單縫時，出現(xiàn)彩色條紋。圓孔衍射：光入射微小的圓孔時，出現(xiàn)明暗相間不等距的圓形條紋泊松亮斑光入射圓屏時，在園后的影區(qū)內(nèi)有一亮斑⑵光發(fā)生衍射的條件障礙物或孔的尺寸與光波波長相差不多，甚至此光波波長還小時，出現(xiàn)明1l21l2顯的衍射現(xiàn)象光的偏振自然光：從普通光源直接發(fā)生的天然光是無數(shù)偏振光的無規(guī)則集合，所以直接觀察時不能發(fā)現(xiàn)光強偏于一定方向．這種沿著各個方向振動的光波的強度都相同的光叫自然光；太陽、電燈等通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向的平面內(nèi)沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振的光波強度都相同，這種光都是自然光．自然光通過第一個偏振片P（叫起偏當于被一“縫卡了一下有動方向狹縫方向平行的光波才能通過然光通過偏振片后雖然變成了偏振光由于自然光中沿各個方向振動的光波強度都相同，所以不論晶片轉(zhuǎn)到什么方向，都會有相同強度的光透射過來．再通第二個偏振片P（檢偏器）去觀察就不同了；不論旋轉(zhuǎn)哪個偏振片，兩偏振片透振方向平行時，透射光最強，兩偏振片的透振方向垂直時，透射光最弱．光的偏振現(xiàn)象在技術(shù)中有很多應用．例如拍攝水下的景物或展覽櫥窗中的陳列品的照片時，由于水面或玻璃會反射出很強的反射光，使得水面下的景物和櫥窗中的陳列品看不清楚，攝出的片也不清楚．如果在照相機鏡頭上加一個偏振片，使偏振片的透振方向與反射光的偏振方向垂直就可以把這些反射光濾掉，而攝得清晰的照片；此外，還有立體電影、消除車燈眩光等等．十、光特及用激光，“受激輻射光放大的稱，它是用人工的方法產(chǎn)生的一種特殊的光．激光是世紀的一項重要發(fā)明，由于它有著普通光無法比擬的一些特性，已經(jīng)在廣泛的領(lǐng)域得到應用．產(chǎn)生激的裝置稱為激光器，它主要由三部分組成，即工作物質(zhì)、抽運系統(tǒng)和光學諧振腔．激光的特性：平行度非常好．激光束的光線平行度極好，從地面上發(fā)射的一束極細的激光束，到達月球表面時，也只發(fā)散成直徑lm多光，因此激光在地面上傳播時，