高考物理选修3—4复习讲义
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第1页/共30页 高考物理选修3—4复习辅导讲义
授课主题 选修3-4复习
教学目的 1、回顾机械振动机械波的主要知识点
2、回顾光部分主要知识点
3、3-4专题练习
教学重难点 选修3-4专题
教学内容
本章知识点讲解
简谐运动 单摆、单摆的周期公式
1．简谐运动
(1)定义：物体在跟位移大小成正比并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动||。
(2)平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置||。
(3)回复力
①定义：使物体返回到平衡位置的力||。
②方向：总是指向平衡位置||。
③来源：属于效果力||，可以是某一个力||，也可以是几个力的合力或某个力的分力||。
(4)简谐运动的特征
①动力学特征：F回＝－kx||。
②运动学特征：x、v、a均按正弦或余弦规律发生周期性变化(注意v、a的变化趋势相反)||。
③能量特征：系统的机械能守恒||，振幅A不变||。 第2页/共30页 2．描述简谐运动的物理量
物理量 定义 意义
位移 由平衡位置指向质点所在位置的有向线段 描述质点振动中某时刻的位置相对于平衡位置的位移
振幅 振动物体离开平衡位置的最大距离 描述振动的强弱和能量
周期 振动物体完成一次全振动所需时间 描述振动的快慢||，两者互为倒数：T＝1f
频率 振动物体单位时间内完成全振动的次数
相位 ωt＋φ 描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态
3.简谐运动的两种模型
模型 弹簧振子 单摆
示意图
简谐运
动条件 (1)弹簧质量可忽略
(2)无摩擦等阻力
(3)在弹簧弹性限度内 (1)摆线为不可伸缩的轻细线
(2)无空气阻力
(3)最大摆角很小
第3页/共30页 模型 弹簧振子 单摆
回复力 弹簧的弹力提供 摆球重力沿圆弧切线方向的分力
平衡位置 弹簧处于原长处 最低点
周期 与振幅无关 T＝2π lg
能量转化 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
简谐运动的公式和图象
1．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＝Asin(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||。
2．简谐运动的图象
(1)从平衡位置开始计时||，函数表达式为x＝Asinωt||，图象如图甲所示||。
(2)从最大位移处开始计时||，函数表达式为x＝Acosωt||，图象如图乙所示||。
受迫振动和共振 第4页/共30页 1．三种振动形式的比较
振动类型
比较项目 自由振动 受迫振动 共振
受力情况 仅受回复力 周期性驱动力作用 周期性驱动力作用
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＝T0或f驱＝f0
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 振动物体获得的能量最大
2．受迫振动中系统能量的变化：受迫振动系统机械能不守恒||，系统与外界时刻进行能量交换||。
机械波 横波和纵波
1．机械波的形成条件
(1)有发生机械振动的波源||。
(2)有传播介质||，如空气、水等||。
2．传播特点
(1)机械波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做简谐运动||，并不随波迁移||。
(2)介质中各质点的振幅相同||，振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同||。
(3)一个周期内||，质点完成一次全振动||，通过的路程为4A||，位移为零||。
3．机械波的分类
(1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波||，有波峰(凸部)和波谷(凹部)||。
(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波||，有密部和疏部||。 第5页/共30页 横波的图象 波速、波长和频率的关系
1．横波的图象
(1)坐标轴：横轴表示各质点的平衡位置||，纵轴表示该时刻各质点的位移||。
(2)意义：表示在波的传播方向上||，某时刻各质点离开平衡位置的位移||。
(3)图象
波长、波速、频率及其关系
(1)波长λ
在波动中||，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离||。
(2)波速v
波在介质中的传播速度||，由介质本身的性质决定||。
(3)频率f
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＝λT||。 第6页/共30页 波的干涉和衍射现象、多普勒效应
1．波的干涉和衍射
波的干涉 波的衍射
条件 两列波的频率必须相同 明显条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多
现象 形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的干涉图样 波能够绕过障碍物或孔继续向前传播
2.多普勒效应
(1)定义：当波源与观察者互相靠近或者互相远离时||，观察者接收到的波的频率会发生变化||。
(2)规律
①波源与观察者如果相互靠近||，观察者接收到的频率增大；
②波源与观察者如果相互远离||，观察者接收到的频率减小；
③波源和观察者如果相对静止||，观察者接收到的频率等于波源的频率||。
(3)实质：声源频率不变||，观察者接收到的频率变化||。
光的折射定律 折射率
1．折射现象：光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象||。
2．折射定律 第7页/共30页
(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内||，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比||。
(2)表达式：sinθ1sinθ2＝n12||，式中n12是比例常数||。
(3)在光的折射现象中||，光路是可逆的||。
3．折射率
(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时||，入射角的正弦与折射角的正弦的比值||。
(2)定义式：n＝sinθ1sinθ2||。不能说n与sinθ1成正比||，与sinθ2成反比||。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定||。
(3)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性||，折射率大||，说明光从真空射入到该介质时偏折大||，反之偏折小||。
(4)计算公式：n＝cv||，因v＜c||，故任何介质的折射率总大于(选填“大于”或“小于”)1||。
全反射、光导纤维
1．全反射
(1)条件
①光从光密介质射入光疏介质||。
②入射角大于或等于临界角||。
(2)现象：折射光完全消失||，只剩下反射光||。 第8页/共30页 (3)临界角：折射角等于90°时的入射角||，用C表示||，sinC＝1n||。
2．光导纤维
原理：利用光的全反射||。
光的干涉
1．产生条件：两列光的频率相同||，振动方向相同||，且具有恒定的相位差||，才能产生稳定的干涉图样||。
2．杨氏双缝干涉
(1)原理如图所示||。
(2)明、暗条纹的条件
①单色光：形成明暗相间的条纹||，中央为明条纹||。
a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0||，1||，2…)||，光屏上出现明条纹||。 第9页/共30页 b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)λ2(k＝0||，1||，2…)||，光屏上出现暗条纹||。
②白光：光屏上出现彩色条纹||，且中央亮条纹是白色(填写颜色)||。
(3)条纹间距公式：Δx＝ldλ||。
3．薄膜干涉
(1)相干光：光照射到透明薄膜上||，从薄膜的两个表面反射的两列光波||。
(2)图样特点：同双缝干涉||，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等||。单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹||，白光照射薄膜时||，形成彩色条纹||。
光的衍射 偏振
1．光的衍射
(1)发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多||，甚至比光的波长还小的时候||，衍射现象才会明显||。
(2)衍射条纹的特点
①单缝衍射和圆孔衍射图样的比较||。
单缝衍射 圆孔衍射
单色光 中央为亮且宽的条纹||，两侧为明暗相间的条纹||，且越靠外||，亮条纹的亮度越弱||，宽度越小 ①中央是大且亮的圆形亮斑||，周围分布着明暗相间的同心圆环||，且越靠外||，圆形亮条纹的亮度越弱||，宽度越小；②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而减小
白光 中央为亮且宽的白色条纹||，两侧为亮度逐渐变暗、宽度变窄的彩色条纹||，其中最靠近中央的色光是紫光||，离中央最远的是红光 中央是大且亮的白色亮斑||，周围是不等间距的彩色的同心圆环 第10页/共30页 ②泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到不透明(选填“透明”或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时||，在圆盘的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)||。
2．光的偏振现象
(1)偏振
光波只沿某一特定的方向的振动||。
(2)自然光
太阳、电灯等普通光源发出的光||，包括在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光||，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同||，这种光叫做自然光||。
(3)偏振光
在垂直于传播方向的平面上||，只沿某个特定方向振动的光||。光的偏振证明光是横波||。自然光通过偏振片后||，就得到了偏振光||。
1、如图21所示||，一列沿x轴负方向传播的简谐横波||，实线为t=0时刻的波形图||，虚线为t=0.6s||，时的波形图||，波的周期T>0.6s；||，则||。
A波的周期为2.4s
B．波速为10m/s
C在t=0.9s时．P点沿y轴正方向运动
D从t=0.6s起的0.4s内||，P点经过的路程为0.4m
E．在t=0.5s时||，Q点到达波峰位置
【答案】BDE
