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选修3-4知识点罗列机械振动一、描述简谐运动的物理量：回复力，位移，振幅，周期和频率：注意点：1.振动路程与位移的区别，一次全振动，路程为4A2.简谐运动的振幅不变，而位移在时刻变化。3.回复力与位移的关系：F=-Kx（负号表示回复力与位移方向始终相反） ，此式是判别简谐运动的一个依据。 二、简谐运动的表达式x=Asin(t+)三、简谐运动的图像例题1 一质点作简谐振动，图象如图6所示，由图可知 （ ）A4s末速度为零，加速度负向、最大B4s末振子的位移为-0.02mC振动周期是5s，振幅是0.02mD1s末，振动物体的速度为正向最大四、单摆的周期与摆长的关系：实验的几个注意点：1.实验时应选择摆长较长的单摆 2.应适当增大单摆的摆动次数，T=t/n3.若以T2为纵轴，L为横轴，作出的图像是_过原点的直线，求得直线的斜率k，即得五、受迫振动和共振注意点：1.受迫振动的频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关2.驱动力频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大。常见考题：1.振子通过平衡位置时，速度的大小最大（）2.振子在最大位移处时，加速度的大小最大（）3.振子在连续两次通过同一位置时，位移一定相同（）4.弹簧振子在光滑水平面上做简谐运动，振子向平衡位置运动过程中振子加速度逐渐减小（对）5.弹簧振子以O点为平衡位置做简谐运动，从O点开始计时，振子第一次到达M点用了0.3s，又经过0.2s第二次通过M点，则振子运动的周期为 s振子第三次通过M点，还要经过的时间可能是 s.答案：1.6s 或6.弹簧振子的位移随时间变化的表达式是，则在0.3s0.4 s的时间内，振子的速率在增大（对）7.摆钟不准可调节钟摆的长度来校正，快了应调节使钟摆变长（对）8.用单摆测量重力加速度的实验中，如果g测量值比当地标准值大，则可能是从悬点测量到摆球下端作为摆长（对）9.有甲乙两个简谐运动，甲的振幅为2cm ,乙的振幅为3cm，它们的周期都是4s。当t=0时，甲的位移为2cm，乙的相位比甲落后/4。写出甲乙两个简谐运动的位移随时间变化的关系式，并画出它们的位移时间图像。解答：x甲 cm x乙 cm 图略机械波一、横波和纵波的区别波的传播方向与振动方向不同二、横波的图像例题1 如图1所示是一列简谐波在某一时刻的波形，则 （ BCD ）AC点的振幅是0B该时刻速度最大的点是A、C、EC当A振动了一周期时间内，波由A点传到E点D若A点向上振动，则波沿x轴负方向传播注意与振动图像的区别与联系波的图象中，波的图形、波的传播方向、某一介质质点的瞬时速度方向，这三者中已知任意两者，可以判定另一个。例题2 图4所示是一列沿x轴负方向传播的波在某一时刻的波形图，此时，A点的速度方向是_，B点速度方向是_，C点的加速度方向是_，并画出此列波经T2的波形参考答案：y轴负向，y轴正向，y轴负向三、波长、波速和频率的关系：v=f注意点：1.机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定2.波从一种介质进入另一种介质，频率并不改变，但波速和波长会改变3.波在一个周期内传播的距离恰好为波长，两个相邻波峰间的距离为一个波长，两个相邻平衡位置间的距离为半个波长4.质点振动nT（波传播n）时，波形不变。5.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。四、波的反射和折射波面与波线垂直，波线代表了波的传播方向。五、波的干涉和衍射注意点：1.几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几类波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。（p41）2.产生干涉的必要条件是两列波的频率必须相同，相位差保持不变。（p57）3.波峰与波峰、波谷与波谷相遇的质点振动加强（振幅变大，位移仍在不断变化）4.波峰与波谷相遇的点振动减弱（振动减弱的点与振动加强的点相比，位移并不一定小）5.干涉现象：在稳定的干涉区域内，振动加强点始终加强；振动减弱点始终减弱。6.发生明显衍射的条件：缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长小（p39）六、多普勒效应波源与观察者相向运动时，观察到的频率变大波源与观察者互相远离时，观察到的频率变小应用（p44）：1.多普勒测速仪2.测量星球上某些元素发出的光波的频率，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。3.医学上的“彩超”常见考题：1.波动过程是质点由近向远传递的过程2.前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点3.波速由介质决定与波源无关（）4.在一个周期内介质的质点所走过的路程等于波长5.波的图象表示的是介质中某个质点在不同时刻对平衡位置的位移（错）6.简谐波沿长绳传播，绳上相距半个波长的两个质点振动位移的大小相等（正）7.一列声波由空气传到水中频率不变，波长变大8.在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声波的衍射现象9.绕正在发音的音叉走一圈，可以听到忽强忽弱的声音，这是声音的干涉现象10.次声波是频率低于20 Hz的声波，它比超声波更易发生衍射（正）11.两列波相叠加产生干涉现象，则振动加强区域与减弱区域交替变化（错）12.如图11所示，实线为t1=0时刻的图象，虚线为t2=0.1s时刻的波形，求：（1）若波的传播方向为+x方向，波速多大；（2）若波的传播方向为-x方向，波速多大；（3）若波速为450ms，波沿什么方向传播13.一列向右传播的简谐横波，t0时刻的波形图如图所示，此时波刚好传到A点，波速v0.6 m/s，质点B、C的坐标分别为xB5.4 m，xC6.9 m，则： 质点B的起振方向沿_(填“Y轴正方向”或“Y轴负方向”). 当质点C第一次到达波峰时，质点B振动了多长时间?参考答案：Y正方向；3s14.如图所示为两列简谐横波在同一绳上传播在t=0时刻的波形图，已知甲波向左传，乙波向右传. 请根据图中信息判断以下说法正误，在相应的括号内打“”或“”A两列波的波长一样大B甲波的频率f1比乙波的频率f2大C由于两波振幅不等，故两列波相遇时不会发生干涉现象D两列波同时传到坐标原点Ex=0.2cm处的质点开始振动时的方向向+y方向F两列波相遇时会发生干涉且x=0.5cm处为振动加强的点A ( ) B ( ) C ( ) D ( ) E ( ) F ( ) 15.如图，质点O在垂直x轴方向上做简谐运动，形成了沿x轴正方向传播的横波。在t=0时刻质点O开始向下运动，经0.4s第一次形成图示波形，则该简谐波周期为 s，波速为 m/s，x=5m处的质点B在t=1.6s时刻相对平衡位置的位移为 cm答案：0.8 （2分） 5 （3分） 10（3分）16.一列简谐横波沿x轴传播，图甲是t = 3s时的波形图，图乙是波上x2m处质点的振动图线则该横波的速度为 m/s，传播方向为 答案：1，-x方向16.一列简谐横波，某时刻的波形图象如图甲所示，从该时刻开始计时，波上A质点的振动图象如图乙所示，则A若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定干涉现象，则该波所遇到的波的频率为1.25HZB若该波能发生明显的衍射现象，则该波所遇到的障碍物尺寸一定比20m大很多C从该时刻起，再经过t=0.4s，P质点通过的路程为4mD从该时刻起，质点P将比质点Q先回到平衡位置答案：AC光一、光的折射定律 注意点：1.发生折射时也发生反射2.12,n1，1为光线在光疏介质中对应的角二、折射率 注意：1.各种单色光在真空中速度相同，在同一介质中红光速度最大2.频率越大，折射率越大三、光的全反射，光导纤维临界角：全反射条件：（1）光从光密到光疏 （2）入射角C常见的全反射现象：水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮海市蜃楼夏天远处柏油路面象被水淋过的一样，看起来特别明亮全反射棱镜光导纤维（内芯大于外套的折射率）四、激光三个特点：1.激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性2.平行度非常好3.亮度高应用：光纤通信（p78）激光测距雷达医学上用激光做“光刀”利用强激光产生的高压引起核聚变全息照相五、光的干涉、衍射和偏振注意点：1.房屋内的两盏白炽灯发出的光不会发生干涉2.杨氏双缝干涉的结果是明暗相间的条纹，且条纹间隔相等，若用白光做，则为彩色条纹3.，可以看出光的波长越大，干涉现象越明显4.肥皂泡看起来是彩色的是由于肥皂泡的厚度并不均匀，不同波长的光从内外表面反射后干涉，在不同位置相互加强。（条纹是水平的）（P62）5.用等倾法检查平整度时，样板放在被检查表面的上方，光在劈形空气层的上下表面反射后发生干涉6.单缝衍射时，狭缝越窄，尽管亮度有所降低，但是屏上条纹的宽度反而增大（p65）7.光的偏振现象说明光是横波8.摄影师在拍摄池中的游鱼，玻璃橱窗里的物品时，往往在照相机镜头前装滤光片，其目的是减弱水面和玻璃表面的反射光（p70）常见考题：1.以下现象或实验结果，说明了光的波动性的是：AB A肥皂薄膜上的彩色条纹 B泊松亮斑 C雨后天空中彩虹 D海市蜃楼2.白光经光密三棱镜折射发生色散时，红光的偏折角最大（错误）3.天空中出现的彩虹是因为光的折射形成色散现象（正确）4.光的干涉和衍射不仅说明了光具有波动性，还说明了光是横波；（错误）5.（正确）全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性； 6.（错误）雨后天空出现的彩虹是光的衍射现象7.（正确）托马斯杨利用双缝干涉实验有力地说明光是一种波；8.（错误）爱因斯坦提出光是一种电磁波；9.（错误）光导纤维是应用了光的全反射现象，无影灯主要是应用了光的衍射10.（错误）无影灯是应用光的衍射现象11.（正确）增透膜是应用光的干涉现象12.（正确）分光镜是应用光的色散现象13.（正确）光导纤维是应用光的全反射现象14.（错误）在光的双缝干涉实验中，将入射光由绿光改为紫光，则条纹间隔变宽15.白光经肥皂膜前后表面反射后，反射光发生干涉形成彩色条纹（对）16.著名的泊松亮斑是光的衍射现象（对）17.在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象（错误）18.单缝衍射形成的衍射条纹是等间距的（错误）19.立体电影应用了光的偏振理论（正确）20.光盘记录信息的密度很高，是利用了激光的相干性好的特点（错）21.遥远星系所生成的光谱都呈现“红移”，即光谱线都向红色部分移动了一段距离，由此现象可知宇宙在膨胀（对）22.夜间骑自行车时，从后面开来的汽车发出的强光照到自行车尾灯后，会有较强的光被发射回去，而引起司机的注意，这是利用了全反射棱镜的原理（对）23.隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒，这是光的衍射现象（对）24.偏振光可以是横波，也可以是纵波（）25.激光是一种人工产生的相干光，因此可对它进行调制来传递信息（）26激光雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度，从而对目标进行跟踪（）27.（正确）自然光是光振动沿各个方向均匀分布的光，偏振光是光振动沿着特定方向的光28.（错误）拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度；29.除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是不同程度的偏振光。（正确）30如图所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成。一束频率5.31014Hz的单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与AD面的夹角。已知光在真空中的速度c=3108m/s，玻璃的折射率n=1.5，求： （1）这束入射光线的入射角多大？ （2）光在棱镜中的波长是多大？ （3）该束光线第一次从CD面出射时的折射角。 （结果可用三角函数表示）参考答案：解：（1）设光在AD面的入射角、折射角分别为i、r r=30 根据 得 （2）根据 根据 （3）光路如图所示 ab光线在AB面的入射角为45设玻璃的临界解为C，则sin450.67，因此光线ab在AB面会发生全反射光线在CD面的入射角r=r=30根据 ，光线CD面的出射光线与法线的夹角 31.光纤通信中，用激光可以携带大量信息，是利用了激光相干性好的特点（正确）图丙为用采种透明材料制成的一块长方体棱镜的切面图，O为BC的中心，光线从AB边上某点以60的入射角射人棱镜后射在O点并恰好不从BC所在的平面射出. (1)画出光线从开始射入棱镜到射出棱镜后的完整光路图. (2)求该棱镜的折射率.(结果可保留根号)参考答案：（1）图略；（2）n=；电磁波一、电磁波的传播1.麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场（注意表述和理解）2.电磁波是横波（P83）3.电磁波在真空的光速是c注意点：麦克斯韦预言电磁波的存在，赫兹在试验中观察到了电磁波（p84）二、电磁振荡，电磁波的发射和接受1.电磁振荡产生的震荡电流是交变电流，电容器极板上的电荷量、电路中的电流、电容器的电场强度、线圈里的磁感应强度都在周期性的变化着。2.有效发射电磁波的条件：1）要有足够高的振荡频率。频率越高，发射电磁波的本领越大。2）电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。3.调制、调谐、解调三个过程的理解调制：使电磁波随各种信号（如：声音、图象等）而改变的技术叫做调制。调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐。解调：从接收到的高频信号中还原出所携带的声音或图像信号的过程。调幅波的解调叫做检波。三、电磁波谱及其应用1.按波长从大到小的顺序无线电波，红外线，可见光，紫外线，X射线（伦琴射线），射线2.电磁波的应用：天文学家用射电望远镜接受天体辐射的无线电波，进行天体物理研究红外线的热效应、遥感、夜视仪天空看起来是蓝色的是由于波长较短的光比波长较长的光更容易被散射（p99）紫外线杀菌消毒，荧光效应利用X射线检查金属零件内部的缺陷，医学上用X射线来“透视”利用射线治疗某些癌症，也可用于探测金属内部的缺陷常见考题：1.在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场（错）2.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场（错）3.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场（错）4.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场（对）5.（正确）电磁波的传播过程就是能量传播的过程6.（正确）电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直，且与波的传播方向垂直7.（正确）只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波8.（错误）电磁波和机械波的传播都需要借助于介质9.（错误）电磁波在任何介质中传播的速度都相同，而机械波的波速大小与介质密切相关10.（正确）机械波能产生多普勒效应，而电磁波也能产生多普勒效应11.（正确）电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播12.（错误）电磁波由真空进入介质传播时，波长将变长13.（错误）电磁波是纵波14.（正确）变化的电场和变化的磁场由近及远向外传播，形成电磁波15.（错误）电磁场是一种物质，不能在真空中传播16.（正确）电磁波由真空进入介质中，传播速度变小，频率不变17.（错误）射线是一种来源是原子核衰变过程中受激发的电子从高能级向低能级跃迁时发出的18.（错误）治疗脑肿瘤的“r刀”是利用了r射线电离本领大的特性19.（正确）当日光灯启动时，旁边的收音机会发出“咯咯”声，这是由于电磁波的干扰造成的20.（正确）雷达所用无线电波的波长比短波更短21.（正确）雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离22.（错误）雷达在能见度低的黑夜将无法使用23.（错误）雷达只有连续发射无线电波，才能发现目标24.麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波存在，后来由他又用实验证实电磁波的存在（错误）25.（错误）电磁波不能产生干涉、衍射现象26.（正确）电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象27.按照大爆炸理论，我们所生活的宇宙是在不断膨胀的,各星球都离地球而远去，由此可以断言：（）（正确）1地球上接收到遥远星球发出的光的波长要变长（错误）2地球上接收到遥远星球发出的光的波长要变短（错误）3遥远星球发出的紫光，被地球接收到时可能是紫外线（正确）4遥远星球发出的红光，被地球接收到时可能是红外线；相对论1.狭义相对论的基本假设在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是相同的真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的2.狭义相对论的几个重要结论（1）长度的相对性（2）时间的相对性（3）相对论速度变换公式（4）相对论质量常见考题：1.（正确）如果测量到来自遥远星系上的元素发出的光波长比地球上这些元素静止时发光的波长长，这说明该星系正在远离我们而去2在地面附近有一高速飞过的火箭 ，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了；火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化（正确）3.麦克耳孙-莫雷实验结果表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的（正确）4由相对论知：m，则物体的速度可以达到光速，此时其质量为无穷大。（错）补充一部分1、（X ）在宏观尺寸下，光沿直线传播，这时并不发生衍射现象。2、（）电子表的液晶显示也用到了偏振光。3、（）全息照相技术记录了光波的强弱和相位信息，参考光和物光在底片上相遇形成了复杂的干涉条纹。4、（）摄像管的作用是将光信号转换为电信号，显像管的作用是将电信号转换为光信号。5、（）天空看起来是蓝色的，因为波长较短的光比波长较长的光更容易被大气散射；大气对波长较短的光吸收也比较强，所以傍晚的阳光比较红。6、（）由于相对论效应，回旋加速器不可能将带电粒子无限加速。7、（）上世纪初，物理学中的“两朵乌云”，其中一朵与黑体辐射有关，另一朵与光的速度有关。8、如图所示，MNPQ是一块截面为正方形的玻璃砖，正方形的边长为30cm。有一束很强的细光束AB射到玻璃砖的MQ面上，入射点为B，该光束从B点进入玻璃砖后再经QP面反射沿DC方向射出。其中B为MQ的中点，ABM=300，PD=75cm，CND=300。求出该玻璃砖的折射率；若改用另一束折射率稍高的细光束沿AB方向入射，则出射光线是否还沿DC方向射出？解：由几何关系得：（1分）（1分）由折射定律得（2分）若改用折射率稍高的光，因角不变，由可知角减小，所以出射点更靠近点。（1分）由几何关系可得在面上的入射角为，所以射出光线与面的夹角也为，故出射光线与平行。