(江苏专用)2019高考物理三轮冲刺 第一篇 回归教材 十六 选修3-4

1 十六、选修3-4板块

基础回扣

一振动

1.简谐运动的两种模型

模型

弹簧振子(水平) 单摆 模型示意图

简谐运

动条件

(1)弹簧质量忽略不计

(2)无摩擦等阻力

(3)在弹性限度内

(1)摆线为不可伸长的轻细线 (2)无空气等阻力

(3)最大摆角θ<5° 回复力

弹簧的弹力提供F 回=F 弹=-kx(x 为

小球位移) 摆球重力沿与摆线垂直(即切向)方向的分力F 回=-mg sin θ=-mg l x(l 为摆长,x 是相对平衡位置的位移) 平衡位置

F 回=0,a=0,弹簧处于原长 F 回=0,a 切=0,小球摆动的最低点(此时F 向心≠0),a=

a 向心≠0 能量转

化关系

弹性势能与动能的相互转化,机械能守恒 重力势能与动能的相互转化,机械能守恒 固有周期 T=2π √m k ,T 与振幅无关 T=2π√l g ,T 与振幅、摆球质量无关

说明:振动中的位移x 都是以平衡位置为起点的,方向从平衡位置指向末位置,大小为这两位置间的线段的长度。加速度与回复力的变化一致,在两个“端点”最大,在平衡位置为零,方向总是指向平衡位置。当物体靠近平衡位置时,a 、F 、x 都减小,v 增大;当物体远离平衡位置时,a 、F 、x 都增大,v 减小。

2.简谐运动的表达式

(1)动力学表达式:F=-kx,其中“-”表示回复力与位移的方向相反。

(2)运动学表达式:x=A sin(ωt+φ),其中A 代表振幅,ω=2πf 表示简谐运动的快慢,(ωt+φ)代表简谐运动的相位,φ叫做初相。

3.简谐运动的图像

(1)从平衡位置开始计时,函数表达式为x=A sin ωt,图像如图甲所示。

1 (2)从最大位移处开始计时,函数表达式为x=A cos ωt ,图像如图乙所示。

4.自由振动、受迫振动和共振的比较

自由振动 受迫振动 共振 受力情况

受回复力 受周期性驱动力 受周期性驱动力

振动周期

或频率

由系统本身性质决定,即固有周期或固有频率 由驱动力的周期或频率决定,即T=T 驱或f=f 驱 T 驱=T 固或f 驱=f 固 振动能量 振动物体的机械能不变

由产生驱动力的物体提供,机械能不守恒

振动物体获得的能量最大 常见例子

弹簧振子或单摆(摆角

θ<5°)

机器工作时底座发生的振动 共振筛、转速计等 二波动

1.机械波产生条件:振源、介质

2.分类:横波、纵波。

3.质点的起振方向:各质点开始振动(即起振)的方向均与波源的起振方向相同。

4.质点的振动方向与波的传播方向的互判方法

(1)上下坡法:沿波的传播方向看,“上坡”的质点向下运动,“下坡”的质点向上运动,简称“上坡下,下坡上”,如图所示。

(2)带动法:如图所示,在质点P 靠近波源一方另找相距较近的一质点P',若P'在P 上方,则P 向上运动,若P'在P 下方,则P 向下运动。

(3)微平移法:作出经微小时间Δt 后的波形,如图虚线所示,就知道了各质点经过Δt 时间到达的位置

,此刻质点振动方向也就知道了,图中P 质点振动方向向下。

1

5.振动图像与波动图像的区别与联系

振动图像

波动图像

图像

研究对象 一个质点

所有质点

物理意义

横轴上各点表示各个时刻,图像表示一

个质点各个时刻的位移情况

横轴上各点表示质点的平衡位置,图像表示某一时刻各个质点的位移情况

图像形成的

物理过程

相当于顺序“扫描”的结果

相当于一次“拍照”的结果

所能提供 的信息

(1)质点振动周期

(2)质点振幅 (3)某一质点在各时刻的位移 (4)各时刻速度、加速度的方向

(1)波长、振幅

(2)任意一质点在该时刻的位移 (3)任意一质点在该时刻加速度的方向 (4)传播方向、振动方向的互判

6.波长、波速、频率及其关系

(1)波长:在波动中,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,用λ表示。 (2)波速:波在介质中的传播速度。由介质本身的性质决定。 (3)频率:由波源决定,等于波源的振动频率。 (4)波长、波速和频率的关系:①v=λf;②v=λ

λ。

说明:波在传播过程中,因空间的周期性和时间的周期性,常常由时间间隔Δt 与周期T 的关系不明确、波传播方向不确定、波传播的距离Δx 与波长λ的关系不明确造成多解问题。

7.波的干涉与波的衍射的比较

定义

现象

可观察到明显

现象的条件

相同点

1 波的衍射

波可以绕过障碍物

继续传播的现象

波能偏离直线而传到直线以外的空间 缝、孔的宽度或障碍物的

尺寸跟波长相差不多或者比波长更小 干涉和衍射是波特有的现象 波的干涉

频率相同的两列波

叠加时,某些区域的

振幅加大,某些区域

的振幅减小的现象

干涉图样稳定,振动强

弱区域相互间隔,加强区、减弱区位置不变

两列波的频率相同,相位差保持不变

说明:

(1)在波的干涉中加强区振动加强只是振幅变大,并不是质点一直处于位移最大处。

(2)任何波都能发生衍射现象,而发生明显的衍射需要一定的条件。

(3)波的干涉中加强点和减弱点的判断:某质点的振动是加强还是减弱,取决于该点到两相干波源的距离之差Δr。

当两波源振动步调一致时

若Δr=nλ(n=0,1,2,…),则振动加强;

若Δr=(2n+1)λ2(n=0,1,2,…),则振动减弱。

8.多普勒效应

(1)波源不动{观察者向波源运动,接收频率增大观察者背离波源运动,接收频率减小

(2)观察者不动{波源向观察者运动,接收频率增大波源背离观察者运动,接收频率减小

三光学

1.光的折射定律

(1)表达式:sin λ

1sin λ2=n 12,式中n 12是比例常数。

(2)折射率

①物理意义:折射率仅反映介质的光学特性,折射率越大,说明光从真空斜射入该介质时偏折的角度越大,反之偏折的角度越小。

②定义式:n=sinλ1

,不能说n与sin θ1成正比,与sin θ2成反比。折射率由介质本身的光学性质和sinλ2

光的频率决定。

③n=λ

,因v

λ

2.玻璃三棱镜对光路的控制

(1)光线两次折射均向底面偏折。

(2)各种色光的比较

颜色红橙黄绿青蓝紫

频率ν低高

同一介质折射率小大

同一介质中速度大小

波长大小

临界角大小

通过棱镜的偏折角小大

(3)在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律;光路均是可逆的。

3.全反射

(1)条件:①光从光密介质射向光疏介质;②入射角大于等于临界角。

(2)临界角:折射角等于90°时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时,发生全

。介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小。

反射的临界角为C,则sin C=1

λ

(3)光导纤维:利用光的全反射原理工作。

4.光的干涉和衍射比较

干涉衍射

现象在光重叠区域出现加强或减弱的光绕过障碍物偏离直线传播的现象

1

现象,即出现明暗相间的条纹

产生条件两束光频率相同、相位差恒定

障碍物或孔的尺寸与光的波长差不

多或比光的波长小得多

典型实验杨氏双缝干涉实验

单缝衍射(圆孔衍射、不透明圆盘衍

射)实验

图样特点

不

同

点

条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等,中央最宽

条纹间距相邻明(或暗)条纹等间距各相邻条纹间距不等

亮度情况清晰条纹,亮度基本相同中央条纹最亮,两边变暗

相同点干涉、衍射都是波特有的现象;干涉、衍射图样中都有明暗相间的条纹5.薄膜干涉

(1)相干光来自于薄膜的前、后表面(或上、下表面)反射回来的两列反射光。

(2)薄膜干涉的应用:增透膜,检查工件的平整度。

6.明、暗条纹的条件

(1)单色光

①光的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2,…),光屏上出现明条纹。

②光的路程差r2-r1=(2k+1)λ

2

(k=0,1,2,…),光屏上出现暗条纹。

(2)白光:光屏上出现彩色条纹。

(3)相邻亮(暗)条纹中心间距公式:Δx=λ

λ

λ。

7.自然光和偏振光的比较

自然光(非偏振光) 偏振光

光的来源直接从太阳、电灯等普通光源发出的光自然光通过偏振片后的光

1

光的振动方向

在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿任

意方向,且沿各个方向光振动的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿特定方向

四电磁波与相对论

1.麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场能够在周围空间产生电场,变化的电场能够在周围空间产生磁场。

2.电磁波

(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播,形成电磁波。

(2)电磁波的传播不需要介质,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度是相等的(都

等于光速)。

(3)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越小。

(4)v=λf,f是电磁波的频率。

3.电磁波的发射

(1)发射条件:开放电路和高频振荡信号。

(2)调制方法

①调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。调幅广播(AM)一般使用中波和短波波段。

②调频:使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法调制。

4.无线电波的接收

(1)当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相等时,激起的振荡电流最强,这就是电谐振现象。

(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐。能够调谐的接收电路叫做调谐电路。

(3)使声音或图像信号从高频电流中还原出来,这个过程是调制的逆过程,所以叫解调。调幅波的解调也叫检波。

5.电磁波谱

波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线

作用电子技术热作用

引起

视觉

荧光效应穿透作用

遥感合成VD,促进钙吸收穿透作

用较强

穿透作用

很强

遥控杀菌消毒

1

辨别伪钞人体透视探伤

规律(从左向右)

波长逐渐减小,频率逐渐增大波动性逐渐减弱,粒子性逐渐增强

6.机械波与电磁波对比

机械波电磁波对象研究力学现象研究电磁现象

周期性变化

的物理量

位移随时间和空间做周期性变化电场E和磁场B随时间和空间做周期性变化

传播

传播需要介质,波速与介质有关,与频率

无关,分横波和纵波两种,传播机械能传播不需要介质,在真空中波速总是c,在介质中传播时,波速与介质及频率都有关系。电磁波都是横波,传播电磁能

特性v=λ

T

,都会发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应产生由质点(波源)的振动产生

无线电波由振荡电路产生光也是电磁波的一

种,由原子能级跃迁发出

7.激光的三个特点:相干性强、平行度好、亮度高。

8.狭义相对论的两个基本假设

(1)狭义相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的。

(2)光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,光速与光源和观测者间的相对运动没有关系。

9.相对论质能关系

用m表示物体的质量,E表示它具有的能量,则爱因斯坦质能方程为E=mc2。

回归小练

1.(1)关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中

,正确的是( )

1

A.甲图中,沙漠中的“蜃景”现象是光的衍射引起的

B.乙图中,演示简谐运动的图像实验中,若匀速拉动木板的速度较大,则由图像测得简谐运动的周期较大

C.丙图中,可利用薄膜干涉检查样品的平整度

D.丁图中,由图可知当驱动力的频率f跟固有频率f0相差越大,振幅越大

(2)一列简谐横波沿x轴的正方向传播,t=0时刻的波形图如图所示,此时该波恰好传播到x=4 m

处,t=0.1 s时,质点a第一次到达最低点,则该波的传播速度为m/s;t= s时,位于x=8 m处的质点b恰好第一次沿y轴负方向通过平衡位置。

(3)如图所示,一截面为梯形的鱼塘贮满水,鱼塘右侧坡面的倾角为α,水的折射率为n。不同时刻太阳光线与水平面的夹角θ在变化,求当θ满足什么条件时,阳光能够照射到整个鱼塘的底部。

2.(1)下列关于图所示的图像描述和判断中正确的是( )

A.图甲是多普勒效应的图像,B处的观察者接收到波的频率大于波源发出的频率

B.图甲是多普勒效应的图像,A处的观察者接收到波的频率大于波源发出的频率

C.图乙是受迫振动的振幅随驱动力频率变化的图像,物体做受迫振动时频率始终等于固有频率

1

1 D.图乙是受迫振动的振幅随驱动力频率变化的图像,当驱动力的频率等于固有频率时振幅最大

(2)如图甲所示,A 、B 两人乘坐两艘飞船分别以0.6c 和0.8c 的速度相向运动,分别向对方发射一列相干光波,设真空中光速为c,B 观察到A 发出光波的速度为 ,

地面上的观察者看到两列光波相遇如图乙所示,实线表示光波的波峰,则MN 连线的中点F 的振动 (选填“加强”“减弱”或“不振动”);

(3)光导纤维现已在通讯、医疗技术中大量使用,如图所示,一束光不论以多大的入射角射到光纤的ab 面上,经光纤传导后都能从光纤的cd 面射出,实现信息的传递,求光纤的折射率应满足的条件。

答案精解精析

回归小练

1.答案 (1)C (2)10 0.6 (3)见解析

解析 (1)沙漠中的“蜃景”现象是光的折射引起的,A 错误。因单摆摆动的周期不变,若匀速拉动木板的速度变大,则由图像测得简谐运动的周期不变,B 错误。由图丁可知驱动力的频率跟固有频率f 0相差越大,振幅越小,D 错误。

(2)简谐横波沿x 轴的正方向传播,图示时刻a 质点正向下运动,经过14T 第一次到达最低点,即有

14T=0.1 s,得T=0.4 s 。

由图知λ=4 m,则波速v=λλ=40.4 m/s=10 m/s 。

1 当图示时刻a 质点的状态传到b 质点处时,质点b 恰好第一次沿y 轴负方向通过平衡位置,则所用时间为t=λλ=8-210 s=0.6 s,即t=0.6 s 时,位于x=8 m 处的质点b 恰好第一次沿y 轴负方向通过平衡位置。

(3)当光线经水折射后,刚好平行鱼塘右侧坡面时,阳光刚好能够照射到整个鱼塘的底部。设此时太阳光线与水平面的夹角为θ0,根据折射定律有

n=sin (π2

-λ0)sin (π2-α)

解得cos θ0=n cos α,所以θ满足的条件为cos θ≤n cos α或θ≥arccos(n cos α)。

2.答案(1)AD (2)c 加强 (3)n≥√2

解析 (1)由图甲可知,波源在靠近B 处,远离A 处,所以B 处的观察者接收到波的频率大于波源发出的频率,A 处的观察者接收到波的频率小于波源发出的频率,故选项A 正确、B 错误。图乙是受迫振动的振幅随驱动力频率变化的图像,物体做受迫振动时频率始终等于驱动力的频率,且当驱动力的频率等于固有频率时振幅最大,选项D 正确、C 错误。

(2)根据相对论光速不变原理可知,B 观察到A 发出光波的速度为c 。因两列光的波峰到达F 点时通过的距离相等,因此所用时间相等,即两波峰同时到达F 点,则中点F 的振动加强。

(3)由题意“一束光不论以多大的入射角射到光纤的ab 面上,经光纤传导后都能从光纤的cd 面射出”可知,光束进入光导纤维后在ad 、bc 面上将发生全反射,作出光路示意图如图所示,由折射定律有:n=sin λ

sin λ,显然入射角i 越大,折射角γ越大,光束到达ad 面上时

的入射角α越小,要能发生全反射,需满足:α≥C(其中C 为临界角),即有sin α≥1

λ 不妨设光束以最大入射角i=90°入射至ab 面,此时有:n=1

sinγ

由图中几何关系有:γ+α=90°

解得n≥√2

1

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/oibq.html