高中物理選修3-4全部知識點歸納

PAGE第4-頁共9頁高中物理選修3-4全部知識點歸納主題內容要求說明機械振動與機械波1.簡諧運動Ⅰ①簡諧運動只限于單擺和彈簧振子；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。2.簡諧運動的公式和圖像Ⅱ3.單擺、周期公式Ⅰ4.受迫振動和共振Ⅰ5.機械波Ⅰ6.橫波和縱波Ⅰ7.橫波的圖像Ⅱ8.波速、波長和頻率（周期）的關系Ⅱ9.波的干涉和衍射現(xiàn)象Ⅰ10.多普勒效應Ⅰ電磁振蕩與電磁波11.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Ⅰ12.電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射和接收Ⅰ13.電磁波譜Ⅰ光14.光的折射定律Ⅱ①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。15.折射率Ⅰ16.全反射、光導纖維Ⅰ17.光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象Ⅰ相對論18.狹義相對論的基本假設Ⅰ19.質速關系、質能關系Ⅰ20.相對論質能關系式Ⅰ一、簡諧運動、簡諧運動的表達式和圖象1、機械振動：物體（或物體的一部分）在某一中心位置兩側來回做往復運動，叫做機械振動。機械振動產(chǎn)生的條件是：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，回復力屬于效果力，在具體問題中要注意分析什么力提供了回復力。2、簡諧振動：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，3、描述振動的物理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x：由平衡位置指向振動質點所在位置的有向線段叫做位移。位移是矢量，其最大值等于振幅。⑵振幅A：做機械振動的物體離開平衡位置的最大距離叫做振幅，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率。⑶周期T：振動物體完成一次余振動所經(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。⑷頻率f：振動物體單位時間內完成全振動的次數(shù)。⑸角頻率ω：角頻率也叫角速度，即圓周運動物體單位時間轉過的弧度數(shù)。引入這個參量來描述振動的原因是人們在研究質點做勻速圓周運動的射影的運動規(guī)律時，發(fā)現(xiàn)質點射影做的是簡諧振動。因此處理復雜的簡諧振動問題時，可以將其轉化為勻速圓周運動的射影進行處理，這種方法高考大綱不要求掌握。周期、頻率、角頻率的關系是：，T.⑹相位：表示振動步調的物理量。4、研究簡諧振動規(guī)律的幾個思路： ⑴用動力學方法研究，受力特征：回復力F=-kx；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。 ⑵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。 ⑶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)動能和勢能相互轉化，總機械能守恒，振動能量和振幅有關。5、簡諧運動的表達式振幅A，周期T，相位，初相6、簡諧運動圖象描述振動的物理量1．直接描述量：①振幅A；②周期T；③任意時刻的位移t.2．間接描述量：①頻率f：②角速度：③x-t圖線上一點的切線的斜率等于v3．從振動圖象中的x分析有關物理量(v，a，F(xiàn))l單擺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)運動；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點x，F(xiàn)，vl單擺二、單擺的周期與擺長的關系（實驗、探究） 單擺周期公式： 上述公式是高考要考查的重點內容之一。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單電磁波譜無線電波紅外線可見光紫外線X射線γ射線產(chǎn)生機理在振蕩電路中，自由電子作周期性運動產(chǎn)生原子的外層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的原子的內層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的⑶電磁波的應用：1、電視：電視信號是電視臺先把影像信號轉變?yōu)榭梢园l(fā)射的電信號，發(fā)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，逐點變?yōu)閺娙醪煌男盘栯娏?，通過天線把帶有圖象信號的電磁波發(fā)射出去。2、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。3、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。手機在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；在不同介質中傳播，頻率都不變．不同點：機械波的傳播一定需要介質，其波速與介質的性質有關，與波的頻率無關．而電磁波本身就是一種物質，它可以在真空中傳播，也可以在介質中傳播．電磁波在真空中傳播的速度均為3.0×108，在介質中傳播時，波速和波長不僅與介質性質有關，還與頻率有關．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、紫外線是原子外層電子受激發(fā)產(chǎn)生的；倫琴射線是原子內層電子受激發(fā)產(chǎn)生的；γ射線是原子核受激發(fā)產(chǎn)生的。頻率(波長)不同的電磁波表現(xiàn)出作用不同：紅外線主要作用是熱作用，可以利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透本領，利用其穿透本領與物質的密度有關，進行對人體的透視和檢查部件的缺陷；γ射線的穿透本領更大，在工業(yè)和醫(yī)學等領域有廣泛的應用，如探傷，測厚或用γ刀進行手術。九、光的折射定律折射率光的折射定律，也叫斯涅耳定律：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．如果用n12來表示這個比例常數(shù)，就有折射率：光從一種介質射入另一種介質時，雖然入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數(shù)n，但是對不同的介質來說，這個常數(shù)n是不同的．這個常數(shù)n跟介質有關系，是一個反映介質的光學性質的物理量，我們把它叫做介質的折射率．定義式：（是光線在真空中與法線之間的夾角，是光線在介質中與法線之間的夾角。）光從真空射入某種介質時的折射率，叫做該種介質的絕對折射率，也簡稱為某種介質的折射率.十、測定玻璃的折射率（實驗、探究）實驗原理：如圖所示，入射光線AO由空氣射入玻璃磚，經(jīng)OO1后由O1B方向射出。作出法線NN1，則折射率n=sinα/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；大頭針應垂直地插在白紙上，且玻璃磚每一側的兩個大頭針距離應大一些，以減小確定光路方向造成的誤差；入射角應適當大一些，以減少測量角度的誤差。十一、光的全反射光導纖維全反射現(xiàn)象：當光從光密介質進入光疏介質時,折射角大于入射角.當入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中，這種現(xiàn)象叫做全反射.臨界角：①定義:光從光密介質射向光疏介質時,折射角等于90°時的入射角，叫做臨界角.②臨界角的計算:sinC=.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，經(jīng)內芯與外套的界面發(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,故光能損耗極小。十二、光的干涉、衍射和偏振光的干涉（1）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，才能產(chǎn)生光的干涉。由兩個普通獨立光源發(fā)出的光，不可能具有相同的頻率，更不可能存在固定的相差，因此，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。（2）條紋寬度(或條紋間距)相鄰兩條亮（暗）條紋的間距Δx為：．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，紅光最長，紫光最短。PP2P1激S1光S2P0屏①在雙縫干涉實驗中，如果用紅色濾光片遮住一個狹縫S1，再用綠濾光片遮住另一個狹縫S2，當用白光入射時，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，因此它們在屏上疊加時不能產(chǎn)生干涉，此時屏上將出現(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，在屏上將由雙縫干涉條紋演變?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，而且明紋的寬度要增大，但由于干涉是受衍射調制的，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，這是否違反了能量守恒定律？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變成了其它形式的能量。同樣，亮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)律到達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(1)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形成相干光，從反射光中就會看到干涉條紋，如圖2-3甲所示。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2-3乙)；如果觀察到的干涉條紋如圖2-3丙所示，A、B處的凹凸情況可以這樣分析：由丙圖知，P、Q兩點位于同一條亮紋上，故甲圖中與P、Q對應的位置空氣層厚度相同。由于Q位于P的右方(即遠離楔尖)，如果被檢表面是平的，Q處厚度應該比P處大，所以，只有當A處凹陷時才能使P與Q處深度相同。同理可以判斷與M對應的B處為凸起。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在該介質中波長的1/4。由能量守恒可知，入射光總強度=反射光總強度+透射光總強度。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，因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。當白光照到(垂直)增透膜上，綠光產(chǎn)生相消干涉，反射光中綠光的強度幾乎是零。這時其他波長的光(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色——淡紫色。光的衍射 ⑴現(xiàn)象：①單縫衍射a)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；b)白光入射單縫時，出現(xiàn)彩色條紋。②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③泊松亮斑光入射圓屏時，在園屏后的影區(qū)內有一亮斑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、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向的平面內沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波強度都相同，這種光都是自然光．自然光通過第一個偏振片P1（叫起偏器）后，相當于被一個“狹縫”卡了一下，只有振動方向跟“狹縫”方向平行的光波才能通過．自然光通過偏振片Pl后雖然變成了偏振光，但由于自然光中沿各個方向振動的光波強度都相同，所以不論晶片轉到什么方向，都會有相同強度的光透射過來．再通過第二個偏振片P2（叫檢偏器）去觀察就不同了；不論旋轉哪個偏振片，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，攝出的照片也不清楚．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．十三、激光的特性及應用激光，是“受激輻射光放大”的簡稱，它是用人工的方法產(chǎn)生的一種特殊的光．激光是20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)在廣泛的領域得到應用．產(chǎn)生激光的裝置稱為激光器，它主要由三部分組成，即工作物質、抽運系統(tǒng)和光學諧振腔．激光的特性：①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多的光斑，因此激光在地面上傳播時，可以看成是不發(fā)散的．②高度的相干性．激光器發(fā)射的激光，都集中在一個極窄的頻率范圍內，由于光的顏色是由頻率決定的，因此激光器是最理想的單色光源．由于激光束的高度平行性及極強的單色性，因此激光是最好的相干光，用激光器作光源觀察光的干涉和衍射現(xiàn)象，都能取得較好的效果．③亮度高．所謂亮度，是指垂直于光線平面內單位面積上的發(fā)光功率，自然光源亮度最高的是太陽，而目前的高功率激光器，亮度可達太陽的1萬倍．十四、狹義相對論的基本假設狹義相對論時空觀與經(jīng)典時空觀的區(qū)別愛因斯坦狹義相對性原理的兩個基本假