【物理】2018届二轮复习　选修3－4　机械振动和机械波　光　电磁波学案（全国通用） 8页

倒计时第2天　选修3－4　机械振动和机械波　光　电磁波 A．主干回顾 B．精要检索 一、机械振动和机械波 ‎1．简谐运动的公式和图象 ‎(1)描述振动的物理量 ‎①振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离，用A表示．‎ ‎②周期：做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间，用T表示．‎ ‎③频率：单位时间内完成全振动的次数，用f表示．‎ ‎④周期和频率都是描述振动快慢的物理量，其关系为T＝．‎ ‎(2)简谐运动：物体所受的力跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的振动．动力 特征：F＝－kx．简谐运动的表达式为x＝Asin．‎ ‎(3)简谐运动的图象 简谐运动的图象是正弦或余弦函数曲线．‎ 图象的应用：①可直接读取振幅、周期、各时刻的位移．②判定各时刻回复力、加速度及速度的方向．③判定某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况．‎ ‎2．单摆、单摆的周期公式 在偏角很小(θ≤5°)的情况下，单摆做简谐运动．‎ ‎(1)单摆的周期公式T＝2π．公式中l为单摆的等效摆长，是指悬点到摆球球心的距离．‎ ‎(2)由周期公式可知，单摆的振动周期与摆球质量m和振幅A无关，只与摆长l和当地的重力加速度有关．‎ ‎(3)单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向的分力．‎ ‎3．受迫振动和共振 ‎(1)物体在外界驱动力(能够使物体发生振动的周期性外力)作用下的振动叫做受迫振动．‎ ‎(2)物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关．‎ ‎(3)驱动力的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大的现象叫做共振．‎ ‎4．机械波 ‎(1)机械波的分类：横波和纵波 横波是质点振动方向与波的传播方向垂直，纵波是质点振动方向与波的传播方向在同一直线上．‎ ‎(2)机械波的特点 ‎①对理想的简谐波，各质点振幅相同．‎ ‎②各质点的振动周期都与波 的振动周期相同．‎ ‎③离波 越远的质点，振动越滞后．‎ ‎④各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不沿波的传播方向迁移．‎ ‎⑤机械波向前传播的是运动形式，也是传播能量和传递信息的方式．‎ ‎5．波速、波长和频率(周期)的关系 波速与波长、周期(频率)的关系：v＝＝λf．‎ ‎(1)周期和频率只与波 有关，波在传播过程中周期和频率不变．‎ ‎(2)波速只与介质有关，在同一种均匀介质中，波速是一个定值，与波 无关．‎ ‎(3)波长既与波 有关又与介质有关．‎ ‎6．波的干涉和衍射现象 ‎(1)产生干涉的条件：两列波的频率相等．‎ 现象：两列波相遇时，某些区域总是振动加强，某些区域总是振动减弱，且振动加强区和振动减弱区相互间隔．‎ ‎(2)产生明显衍射的条件：孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象．‎ ‎7．多普勒效应：波 的频率是不改变的，只是由于波 和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化．靠近(或远离)波 ，频率增大(或减小)．‎ 二、电磁波 ‎1．变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，电磁波及其传播 ‎(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．‎ ‎(2)电磁波：变化的磁场和变化的电场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远地向外传播形成电磁波．‎ 电磁波是横波，电磁波在真空中的速度为c＝3×108 m/s．‎ ‎2．电磁波的产生、发射和接收 ‎(1)电磁波的产生：振荡电路的特点——采用开放电路、频率足够高．‎ ‎(2)发射电磁信号需经过调制过程，调制分调幅、调频两种．‎ ‎(3)调谐：使接收电路产生电谐振的过程．‎ 解调：使声音或图象信号从高频电流中还原出 的过程．‎ ‎3．电磁波谱 电磁波按波长由长到短的排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．‎ 三、光 ‎1．光的折射定律 ‎(1)折射定律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居在法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．‎ ‎(2)在折射现象中，光路是可逆的．‎ ‎2．折射率 折射率：n＝＝，其中θ1为光在真空(空气)中的入射角，θ2为光在介质中的折射角，c为光在真空中的传播速度，v为光在介质中的传播速度． ‎ ‎3．全反射、光导纤维 ‎(1)全反射条件：①光从光密介质射入光疏介质．‎ ‎②入射角大于等于临界角．‎ ‎(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光．‎ ‎(3)临界角：sin C＝，C为折射角等于90°时的入射角．‎ ‎(4)应用——光导纤维 它由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的折射率大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射．‎ ‎4．光的干涉、衍射和偏振现象 ‎(1)干涉现象：两列相干光波相叠加，某些区域的光被加强，某些区域的光被减弱，且加强区与减弱区互相间隔的现象叫光的干涉现象．‎ 干涉条件：两光 发出的光频率相同，相位差恒定．‎ 双缝干涉：①条纹间距：Δx＝λ ‎②亮、暗条纹产生的条件：某点到双缝的距离之差 Δx＝ ‎(2)薄膜干涉 ‎ ‎①形成：由薄膜前后表面反射的光叠加而成．(薄膜一般指肥皂膜或空气膜等)‎ ‎②条纹：彼此平行的明暗相间的条纹．若白光入射，得到平行的彩色条纹．‎ ‎③应用：增透膜(其厚度应为光在薄膜中波长的四分之一)用于检查工件表面的平整度．‎ ‎(3)光的衍射 光在传播过程中遇到障碍物时，偏离原 的直线传播路径，绕到障碍物后面继续传播的现象叫光的衍射．‎ ‎(4)光的偏振 在与光波传播方向垂直的平面内，光振动沿各个方向均匀分布的光叫自然光，光振动只沿着某个特定方向的光叫偏振光．‎ C．考前热身 ‎1．(2017·扬州模拟)(1)(多选)下列说法中正确的是________．‎ A．照相机、摄影机镜头表面涂有增透膜，利用了光的干涉原理 B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光变为红光，则条纹间距变窄 C．太阳光是偏振光 D．相对论认为空间和时间与物体的运动状态有关 ‎(2)某同 用插针法测半圆形玻璃砖的折射率，部分实验步骤如下：‎ 图1‎ A．将玻璃砖放置在固定于水平木板的白纸上，用铅笔记录玻璃砖直径的两个端点EF；‎ B．先取走玻璃砖，连接EF，作EF的中垂线MN交于EF于O点，取直线OQ，在OQ上竖直地插上大头针P1、P2；‎ C．再将玻璃砖放回原位置，在图中EF的下方透过玻璃砖观察P1、P2；‎ D．为确定出射光线OR，至少还须插1枚大头针P3，在插入第三个大头针P3时，要使它________．‎ 如图1是某次实验时在白纸上留下的痕迹，根据该图可算得玻璃的折射率n＝________．(计算结果保留两位有效数字)‎ ‎ (3)如图2所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝0时刻的波形图，已知波的传播速度v＝‎2 m/s．‎ 图2‎ ‎①写出x＝0．‎5 m处的质点做简谐运动的表达式；‎ ‎②求出x＝0．‎5 m处的质点在0～5．5 s内通过的路程．‎ ‎【解析】　(1)照相机、摄影机镜头表面涂有增透膜，是利用了光的干涉原理，A正确；在光的双缝干涉实验中，由Δx＝λ可知，仅入射光由绿光换为红光，则条纹间距变宽，B错误；太阳光是自然光，C错误；相对论认为空间和时间与物体的运动速度有关，D正确．‎ ‎(2)确定第三个大头针P3的位置的方法是：使P3挡住P1、P2的像．在OQ和OR上截取相同的长度OG和OH，过G和H作法线MN的垂线，垂足分别为I和J，用mm刻度尺测量出GI和HJ，则玻璃的折射率n＝＝1．7．‎ ‎(3)由波形图可知，A＝‎5 cm　λ＝2．‎0 m．‎ 则波的周期T＝＝1．0 s ‎①x＝0．‎5 m处的质点t＝0时的位移为A＝‎‎5 cm 故x＝0．5 m处质点做简谐运动的表达式 y＝5cost cm＝5cos 2πt cm．‎ ‎②t＝5．5 s＝5．5T，故x＝0．‎5 m处质点振动的路程为‎4A×5．5＝‎22A＝‎ ‎110 cm‎．‎ ‎【答案】　(1)AD ‎(2)挡住P1、P2的像　1．7(1．5～1．9都算对)‎ ‎(3)①y＝5cos 2πt cm　②‎‎110 cm ‎2．(2017·无锡模拟)(1)(多选)下列关于图3所示的图象描述和判断中正确的是________． ‎ ‎【导 号：17214240】‎ 图3‎ A．图甲是多普勒效应的图象，B处的观察者接收到波的频率大于波 发出的频率 B．图甲是多普勒效应的图象，A处的观察者接收到波的频率大于波 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象，物体做受迫振动时频率始终等于固有频率 D．图乙是受迫振动的振幅随驱动力频率变化的图象，当驱动力的频率等于固有频率时振幅最大 ‎(2)如图4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”)；‎ 图4‎ ‎(3)光导纤维现已在通讯、医疗技术中大量使用，如图5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．‎ 图5‎ ‎【解析】　(1)波在同一种均匀介质中是匀速传播的，由图甲可知，波 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 发出的频率，A处的观察者接收到波的频率小于波 发出的频率，故选项A正确，选项B错误．根据共振的条件知选项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，由于光速不变，因此两列光的波峰到达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的振动为加强．‎ ‎(3)由题意“光束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，光束进入纤维后在ad、bc面上将发生全反射，作出光路示意图如下图所示，由折射定律有：n＝，显然入射角i越大，折射角γ越大，光束达到ad面上时的入射角α越小，要使能发生全反射，需满足：α≥C(其中C为临界角)，即有sin α≥ 不妨设光束以最大入射角i＝90°入射至ab面，此时有：n＝ 由图中几何关系有：γ＋α＝90°‎ 解得：n≥．‎ ‎【答案】　(1)AD　(2)c　加强　(3)n≥