高中物理选修3-4电磁波知识点总结上课讲义.doc

物理记背材料 第二章 机械波第二章第一节机械波的形成和传播1.机械波的形成和传播(以绳波为例) (1)绳上的各小段可以看做质点. (2)由于绳中各部分之间都有相互作用的弹力联系着，先运动的质点 带动后一个质点的运动，依次传递，使振动状态在绳上传播. 2.介质 能够传播振动的物质. 3.机械波 (1)定义：机械振动在介质中的传播. (2)产生的条件 要有引起初始振动的装置，即波源. 要有传播振动的_介质_. (3)机械波的特点 前面质点带动后面质点的振动，后面质点重复前面质点的振动，并且离波源越远，质点的振动越_滞后_. 各质点振动周期都与波源振动_相同_. 介质中每个质点的起振方向都和波源的起振方向相同_. 波传播的是 振动 这种形式，而介质的每个质点只在自己的 平衡位置 附近振动，并不随波迁移. 波在传播“振动”这种运动形式的同时，也在传递 能量 ，而且可以传递信息_. 1.波的分类 按介质中质点的振动方向和波的传播方向的关系不同，常将波分为 横波 和 纵波 . 2.横波 (1)定义：介质中质点的振动方向和波的传播方向 垂直 的波. (2)标识性物理量 波峰：凸起来的 最高 处. (质点振动位移正向最大处)波谷：凹下去的 最低 处. (质点振动位移负向最大处) 3.纵波 (1)定义：介质中质点的振动方向和波的传播方向平行的波. (2)标识性物理量 密部：介质中质点分布 密集 的部分. 疏部：介质中质点分布 稀疏 的部分. 4.简谐波 如果传播的振动是简谐运动，这种波叫做简谐波. 波动过程中介质中各质点的运动规律 （1）质点的“守位性”：机械波向外传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近震动，并不随波迁移。 （2） “相同性”：介质中各质点均做受迫振动，各质点振动的周期和频率与波源振动的周期和频率相同，而且各质点开始振动的方向也相同，即各质点的起振方向相同。 （3）“滞后性”：离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动，即离波源近的质点振动开始越早，离波源越远的质点振动开始越晚。波动过程中介质中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，其运动特点可用三句话来描述： (1)先振动的质点带动后振动的质点； (2)后振动的质点重复前面质点的振动； (3)后振动的质点的振动状态落后于先振动的质点. 概括起来就是“带动、重复、落后”. 已知波的传播方向，可以判断各质点的振动方向，反之亦然. 判断方法一：带动法 由波的形成原理可知，后振动的质点总是重复先振动质点的运动，若已知波的传播方向而判断质点振动方向时，可在波源一侧找与该质点距离较近的前一质点，如果前一质点在该质点下方，则该质点将向下运动(力求重复前面质点的运动)，否则该质点向上运动. 判断方法二：上下坡法 如图5所示，沿波的传播方向，“上坡”的质点向下振动，如A、D、E；“下坡”的质点向上振动，如B、C、F、G、H. 判断方法三：同侧法 如图6所示，波形图上表示传播方向和振动方向的箭头在图像同侧. 第二节波速与波长、频率的关系1.波长 (1)定义： 沿波的传播方向，任意两个 相邻的同相振动(也称振动步调完全一致) 的质点之间的距离(包含 一个 “完整的波”)，叫做波的波长，常用表示. (2)横波中任意两个 相邻 的波峰或波谷之间的距离就是横波的波长.纵波中任意两个 相邻 的密部或疏部之间的距离就是纵波的波长. 2.振幅 (1)定义：在波动中，各质点离开平衡位置的 最大位移 ，即其振动的振幅，也称为 波的 振幅. (2)波的振幅大小是波所传播 能量大小 的直接量度. 3.频率 (1)定义：波在传播过程中，介质中质点振动的频率都 相同 ，这个频率被称为波的频率. (2)波的频率等于 波源 振动的频率，与介质的种类 无关 . (3)频率与周期的关系：f_1T_或fT 1 . 1.波速：机械波在 介质 中的传播速度. (1)波速等于波长和频率的乘积.(2)经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长(3)波速等于波长和频率的乘积这一关系虽从机械波得到，但对其他形式的波（电磁波、光波）也成立2.波速的决定因素：由 介质本身的性质决定. 3.波速、波长、周期(频率)的关系：v_T_或v f . 4.波长、频率和波速的决定因素 (1)波速由介质决定，与波的频率、波长无关. (2)周期和频率取决于 波源 ，而与v、无直接关系. (3)波长由 波速 和 频率 共同决定.波从一种介质传播到另一种介质，波的频率不变，由于波速的变化，波长也将随之变化. (1)1和9、2和10、3和11每两个点的振动是完全相同的，只是后一质点比前一质点晚振动一个周期.(2)1和9、2和10、3和11每两个点到平衡位置的距离是相等如图2所示为一列向右传播的机械波，当波源1开始振动一个周期时，质点9刚好要开始振动. 再过一个周期，波将传播到17质点第三节1.波形图 若以横坐标x表示在波的传播方向上各质点的 平衡位置，纵坐标y表示 该时刻各个质点偏离平衡位置的位移，规定位移的方向向上为正值，向下为负值，则在xOy坐标平面上，描出该时刻各质点的位置(x，y)，用平滑曲线将各点连接起来，就得到这一时刻横波的图像.波的图像有时也称为波形图，简称波形. 2.正弦波：波形图是 正弦曲线 的波，又称为正弦波. 3.图像的物理意义 直观地表明了离波源不同距离的各振动质点在某一时刻的_位置 波的图像和振动图像的比较 一、波的图像的理解和应用 由波的图像可获取的信息 1.直接读出波长.若已知波速，可计算出周期、频率.或已知周期、频率可计算出波速. 2.直接读出该时刻各质点的位移，间接判断回复力、加速度情况. 3.介质中各质点的振幅. 4.已知波的传播方向，可知质点的振动方向；已知质点的振动方向，可知波的传播方向. 二、波的图像的画法 1.特殊点法 先找出两点(平衡位置、波峰或波谷等特殊点)并确定其运动方向，然后确定经t时间后这两点所达到的位置，最后按正弦规律画出新的波形. 该法适用于tn T4 (n1,2,3)的情况. 2.波形平移法 在已知波的传播速度的情况下，由xvt可得经t时间后波向前移动的距离x，把图像沿传播方向平移x即得到相对应的图像. 三、波的图像与振动图像的比较 1.波的图像描述的是介质中的“各质点”在“某一时刻”离开平衡位置的位移；而振动图像描述的是“一个质点”在“各个时刻”离开平衡位置的位移. 2.横、纵坐标所表示的物理量：波的图像中的横坐标x表示介质中各个振动质点的平衡位置，纵坐标y表示各个振动质点在某时刻的位移；振动图像的横坐标t表示一个振动质点振动的时间，纵坐标y表示这个质点振动时各个不同时刻的位移. 四、波的多解问题1.波具有时间和空间的周期性，传播具有双向性，所以关于波的问题更容易出现多解.造成多解的主要因素有： (1)时间间隔t与周期T的关系不明确； (2)波的传播距离x与波长的关系不明确； (3)波的传播方向不确定. 2.在解决波的问题时，对题设条件模糊、没有明确说明的物理量，一定设法考虑其所有的可能性： (1)质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能； (2)质点由平衡位置开始振动，则有起振方向相反的两种可能； (3)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； (4)只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能. 第四节 惠更斯原理 波的反射和折射2.波的折射 (1)定义：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生偏折的现象叫做波的折射. (2)折射定律 波在介质中发生折射时，入射线、法线、折射线(即折射波线)在_同一平面内 内，入射线与折射线分别位于 法线 两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于波在第一种介质中的 传播速度 跟波在第二种介质中的_传播速度_之比.对给定的两种介质，该比值为常数. (3)结论 当v1v2时，ir，折射线 偏向 法线. 当v1v2时，ir，折射线 偏离 法线. 当垂直界面入射(i0)时，r0，传播方向不变，是折射中的特殊情况. 特别提醒 (1)频率(f)由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等，即与波源的振动频率相同. (2)波速(v)由介质决定，故反射波与入射波在同一介质中传播，波速不变，折射波与入射波在不同种介质中传播，波速变化. (3)据vf知，波长与波速和频率有关，反射波与入射波，频率相同，波速相同，故波长相同，折射波与入射波在不同介质中传播，频率相同，波速不同，故波长不同. 1.回声测距 (1)当声源不动时，声波遇到了静止的障碍物会返回来继续传播，反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等，设经过时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为sv声 . (2)当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s(v声v) . (3)当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为s(v声v) . 2.超声波定位 蝙蝠能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙蝠就依据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或目标位置，从而确定飞行方向.另外海豚、雷达也是利用波的反射来定位和测速的. 第五节 第六节 波的干涉衍射 多普勒效应1.波的叠加原理 在几列波传播的重叠区域内，质点要 同时 参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和. 2.理解 (1)如果介质中某些质点处于两列波波峰与波峰、波谷与波谷相遇处，则振动加强 (填“加强”或“减弱”)，合振幅将 增大 (填“增大”“不变”或“减小”). (2)如果质点处于波峰与波谷相遇处，则振动减弱 (填“加强”或“减弱”)，合振幅 减小 (填“增大”“不变”或“减小”). 1.波的干涉： 频率 的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终 加强，另一些区域的质点振动始终减弱 ，并且这两种区域互相间隔、位置 不变 .这种稳定的叠加现象(图样)叫做波的干涉. 2.产生干涉的一个必要条件是两列波的 频率必须相同. 3.波的干涉现象是在特殊条件下波的 叠加 . 一切波 只要满足一定条件都能发生干涉现象. 能发生干涉现象的两个波源称为相干波源4.加强点(区)和减弱点(区) (1)加强点：质点振动的振幅等于两列波的振幅之和，A_A1+A2_. (2)减弱点：质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，A_A1-A2_，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零. 5.干涉图样及其特征 (1)干涉图样：如图2所示. (2)特征 加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化). 振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅小)，但其位移随时间发生变化. 加强区与减弱区互相间隔且位置固定不变. 对干涉理解干涉图样的特点： (1) 两列频率相同的波叠加，振动加强点始终加强，振动减弱点始终减弱。(2)振动加强点和振动减弱点是间隔出现的。(3)振动加强点是指振幅较大的点，振幅为两列波振幅之和，振动幅度大，但是位移可以为0，振动减弱点振幅为两列波振幅之差，振动幅度小，若两列波振幅相同振动减弱点振幅为0，则保持静止不动。(4)干涉图样中，不只有振动加强的质点和振动减弱的质点。1.波的衍射 波能够绕到 障碍物 的后面传播的现象. 2.波发生明显衍射现象的条件 当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与 波长 相差不多或比 波长 小时，就能看到明显的衍射现象. 3.波的衍射的普遍性 一切波都能发生 衍射 ， 衍射 是波特有的现象. 1.衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射. 2.波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异，“障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多”只是发生明显衍射的条件. 3.波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向.因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况. 多普勒效应1.定义：当观测者和波源之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率 不同 . 2.成因 (1)波源S与观测者A相对于介质都静止时，观测者单位时间内接收到的完整波的数目与单位时间内波源发出的 相同 ，所以，观测者接收到的频率和波源的振动频率 相同 (2)当观测者与波源两者相互接近时，观测者在单位时间内接收到的完整波的数目增多 ，接收到的频率将 大于 波源振动的频率. (3)当观测者与波源两者相互远离时，观测者在单位时间内接收到的完整波的数目 减少 ，接收到的频率将 小于 波源振动的频率. 3.应用 (1)测量心脏血流速度；(2)测定人造卫星位置的变化；(3)测定流体流速；(4)检查车速；(5)判断遥远的天体相对于地球的运动速度. 1.多普勒效应是波共有的特征，不仅机械波，光波和电磁波也都会发生多普勒效应. 2.发生多普勒效应时，波源发出的频率不变，变化的是观察者接收到的频率. 3.当波源与观察者相互接近时，f观察者变大.如 图8甲中波源S不动，观察者A向B运动和图乙 中观察者A不动，波源由S1向S2运动； 当波源与观察者相互远离时，f观察者变小.如图 甲中波源S不动，观察者A向C运动. 多普勒效应的判断方法 (1)确定研究对象.(波源与观察者) (2)确定波源与观察者是否有相对运动.若有相对运动，能发生多普勒效应，否则不发生. (3)判断：当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时观察者接收到的频率变大，但波源的频率不变. 6