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选修3-4知识点归纳
一、简谐运动
1．机械振动：机械振动是指物体在平衡位置附近所做的往复运动．
2．回复力：回复力是指振动物体所受到的指向平衡位置的力，是由作用效果来命名的．回复力的作用效果总是将物体拉回平衡位置，从而使物体围绕平衡位置做周期性的往复运动。回复力是由振动物体所受力的合力（如弹簧振子）沿振动方向的分力（如单摆）提供的，这就是回复力的来源。
3．平衡位置：平衡位置是指物体在振动中所受的回复力为零的位置，此时振子未必一定处于平衡状态．比如单摆经过平衡位置时，虽然回复力为零，但合外力并不为零，还有向心力．
4．描述振动的物理量：①位移总是相对于平衡位置而言的，方向总是由平衡位置指向振子所在的位置—总是背离平衡位置向外；②振幅是物体离开平衡位置的最大距离，它描述的是振动的强弱，振幅是标量；③频率是单位时间内完成全振动的次数；④相位用来描述振子振动的步调。如果振动的振动情况完全相反，则振动步调相反，为反相位．
5．简谐运动：A、简谐运动的回复力和位移的变化规律 ；B、单摆的周期 。由本身性质决定的周期叫固有周期,与摆球的质量、振幅（振动的总能量）无关。
6．简谐运动的表达式和图象：x=Asin(ωt+φ0) 简谐运动的图象描述的是一个质点做简谐运动时，在不同时刻的位移，因而振动图象反映了振子的运动规律（注意：振动图象不是运动轨迹）。由振动图象还可以确定振子某时刻的振动方向．
7．简谐运动的能量：不计摩擦和空气阻力的振动是理想化的振动，此时系统只有重力或弹力做功，机械能守恒。振动的能量和振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。
二、受迫振动和共振：物体在驱动力（周期性外力）作用下的振动叫受迫振动，做受迫振动的其振动频率总等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，受迫振幅的振幅最大，这种现象叫共振。 驱动力的频率与振动物体的固有频率相差越大，受迫振动的振幅就越小．反之，越接近，受迫振动的振幅越大．（P18 图 共振实验；P19 图 共振曲线）
三、机械波
1．波的特征量及其关系
（1）波长：波动过程中，对平衡位置的位移总相等的两相邻质点的距离叫波长；（2）频率：波的频率由波源的振动频率决定，在任何介质中，频率保持不变；（3）机械振动在介质中的传播的距离和所用时间的比值叫波速，波速由介质本身的性质所决定，在不同介质中波速是不同的。（v =△x/△t ）
2．介质中质点运动的特征：（1）每个质点都在自己平衡位置附近作振动，并不随波迁移；（2）后振动的质点振动情况总是落后于相邻的先振动的质点的振动
3．波动图象
（1）横波的形成过程 P24 图
（2）规定用横坐标x表示在波的传播方向上各个质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移，连结各质点位移量末端得到的曲线叫做该时刻波的图象
（3）横波图象的作用：①可知波动中质点的振幅和波长；②若已知波的传播方向，可知介质质点的振动方向，反之亦然；③相邻的波峰波谷点间的质点振动方向相同；④若知波速v，可求此时刻以后的波形图，方法是把波形图平移Δx=vΔt的距离。
4、波长、波速和频率（周期）的关系：v =△x/△t=λf=λ/ T。
四、波的反射和折射 波的干涉和衍射
1、在波的反射中，反射角等于折射角；在波的折射中，sinθ1/sinθ2=v1/v2。
2、波绕过障碍物的现象叫做波的衍射，能够发生明显的衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多。（P37 波的衍射的示意图）
3、波的独立传播原理： 几列波相遇时能够保持各自的状态而不互相干扰．几列波的重叠区域中的任何一个质点的位移都等于几列波引起位移的矢量和． 最能说明独立传播原理的是声波；几个人在一起同时讲话，虽然声波在空间叠加，但人们仍然能分出各自的声音．
4、产生干涉的必要条件是：两列波源的频率必须相同，干涉区域内某点是振动最强点还是振动最弱点的充要条件：（1）最强：该点到两个波源的路程之差是波长的整数倍，即δ=nλ；（2）最弱：该点到两个波源的路程之差是半波长的奇数倍δ= (n+1/2) λ ；，即。根据以上分析，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。（P40 波的干涉的示意图）
5、声波是纵波，能在空气、液体、固体中传播．可闻声波的频率大致在20HZ到20kHZ之间，声波具有波的共性，可以发生反射、折射干涉和衍射等．
五、多普勒效应：当波源或者观测者相对于介质运动时，观测者会发现波的频率发生了变化，这种现象叫多普勒效应。当波源与观察者相互靠近时，观察者“感觉”到的频率变大。 当波源与观察者相互远离时，观察者“感觉”到的频率变小。 现象：多普勒测速仪、“红移”、“彩超”。
六、光的全反射 光导纤维
1、折射率—光从真空射入某种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率，折射率用n表示，即n=sini/sinr =c/v，因c>v，所以任何介质的折射率n都大于1.
2、光的色散:白光通过三棱镜后，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的光束，这种现象叫做光的色散。（1）同一种介质对红光折射率最小，对紫光折射率最大；（2）在同一种介质中，红光的速度最大，紫光的速度最小；（3）由同一种介质射向空气时，红光发生全反射的临界角大，紫光发生全反射的临界角小。
3、全反射：当光线从光密介质射到光疏介质的界面上时，若入射角大于临界角，则折射光线消失，只产生反射的现象叫全反射．产生全反射的条件是：a、光从光密介质射向光疏介质；b、入射角大于或等于临界角（）；两条件必须同时存在，才发生全反射。
4、光导纤维：内层为光密介质，外层为光疏介质。
5、全反射棱镜—横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90o（右图1）或180o（右图2）。 （玻璃到空气；i=45 o >C=42o）
6、玻璃砖—所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：⑴射出光线和入射光线平行；⑵各种色光在第一次入射后就发生色散；⑶射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；⑷可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。
七、光的干涉、衍射、和偏振
1、光的干涉
（1）现象：符合一定条件的相干光在相遇的区域出现了稳定的相间的加强区域和减弱区域．
（2）光发生干涉的条件：两列光的频率相同，相位差保持不变，振动方向一致。
（3）双缝干涉：(1801年，英国的托马斯·杨)
①推导：如图所示，若S1、S2光振动情况完全相同，则符合_____________时，出现亮条纹(n=0，1，2，3…) 符合_________________时，出现暗条纹(n=0，l，2，3，…) 。
②图象特点：中央为亮条纹，两边间隔相等且对称分布明暗相间条纹． 红光：明、暗条纹宽度最宽，紫光明、暗条纹宽度最窄．白光干涉图象中央明条纹的最外侧为红色．
③相邻亮纹（暗纹）间的距离 。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。
2、光的衍射
（1）现象：光偏离直线传播绕过障碍物进入阴影区域里的现象．各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。
（2）产生条件：___________________________________________．
由于可见光波波长较小，所以光的衍射需在特定的条件下才能被明显观察到；当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm时，有明显衍射现象．在发生明显衍射的条件下，当窄缝变窄时，亮斑的范围变大，条纹间距离变大，而亮度变暗。
（3）单缝衍射：
①图象特点：中央条纹为_____________，两侧为间距不等的明暗相间的条纹(白光入射为彩色条纹)．
②应用：用衍射光栅测定光波波长．
（4）例子：1818年法国物理学家菲涅耳提出光的波动理论；数学家泊松推算出在圆板阴影的中心应有一个亮斑（即著名的泊松亮斑），后被实验证实，即说明泊松亮斑是由光的衍射形成。）
3、光的偏振
（1）光是横波，是电磁波，场强E和磁感强度B的振动方向均与波传播的方向垂直．所以光有偏振现象．
（2）自然光：在光波传播方向垂直的平面内光振动(指E的振动)沿各个方向振动强度都相同的光．如由太阳、电灯等普通光源发出的光．
（3）偏振光：在光波传播方向的垂直平面内，只有沿着某个特定的方向 振动的光．如自然光经一偏振片作用后的光，再如自然光射到两介质分界面时同时发生反射和折射(反射角和折射角和为900时)，反射光线和折射光线是光振动方向互相垂直的偏振光．
（4）应用：利用偏振滤光片摄影、观看立体电影等．
4、光的色散
（1）含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫色散。
（2）光的特点：各种不同的色光在真空中传播速度相同，都是c，红光的波长最大，频率最小；同一介质对不同色光的折射率不同，红光的折射率最小，紫光最大，所以红光的光速最大，紫光最小；同一频率的色光在不同介质中传播时，频率不变，光速改变。
（3）薄膜干涉：   ①相干光源的由来：利用薄膜(如肥皂液膜、空气膜)________的反射光束相遇而形成干涉现象．②图象特点：同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度______________．  单色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平状明暗相间条纹(白光入射形成彩色条纹)．  ③应用：______________、______________。
八、激光的特性和应用
1、由来：是一种人工产生的相干光．
2、特点：①光的频率相同；②相位差恒定；③偏振方向一致。
3、广泛应用：
①产生明显的干涉图象(频率单一相干性好)；②利用激光通过光导纤维实现通讯、全息照相 (利用相于性好进行“调制”)；③激光雷达测距测速(平行度好，结合多普勒效应)；④VCD、CD唱机，电脑光驱(平行度好)；⑤医学上“激光刀”(光强度大)；⑥受控核聚变(光强大、能量集中)．
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