（江蘇專用）2019高考物理三輪沖刺 第一篇 回歸教材 十六 選修3-4板塊.docx

十六、選修3-4板塊基礎(chǔ)回扣一振動1.簡諧運動的兩種模型模型彈簧振子(水平)單擺模型示意圖簡諧運動條件(1)彈簧質(zhì)量忽略不計(2)無摩擦等阻力(3)在彈性限度內(nèi)(1)擺線為不可伸長的輕細(xì)線(2)無空氣等阻力(3)最大擺角<5回復(fù)力彈簧的彈力提供F回=F彈=-kx(x為小球位移)擺球重力沿與擺線垂直(即切向)方向的分力F回=-mg sin =-mglx(l為擺長,x是相對平衡位置的位移)平衡位置F回=0,a=0,彈簧處于原長F回=0,a切=0,小球擺動的最低點(此時F向心0),a=a向心0能量轉(zhuǎn)化關(guān)系彈性勢能與動能的相互轉(zhuǎn)化,機械能守恒重力勢能與動能的相互轉(zhuǎn)化,機械能守恒固有周期T=2 mk,T與振幅無關(guān)T=2lg,T與振幅、擺球質(zhì)量無關(guān)說明:振動中的位移x都是以平衡位置為起點的,方向從平衡位置指向末位置,大小為這兩位置間的線段的長度。加速度與回復(fù)力的變化一致,在兩個“端點”最大,在平衡位置為零,方向總是指向平衡位置。當(dāng)物體靠近平衡位置時,a、F、x都減小,v增大;當(dāng)物體遠(yuǎn)離平衡位置時,a、F、x都增大,v減小。2.簡諧運動的表達(dá)式(1)動力學(xué)表達(dá)式:F=-kx,其中“-”表示回復(fù)力與位移的方向相反。(2)運動學(xué)表達(dá)式:x=A sin(t+),其中A代表振幅,=2f表示簡諧運動的快慢,(t+)代表簡諧運動的相位,叫做初相。3.簡諧運動的圖像(1)從平衡位置開始計時,函數(shù)表達(dá)式為x=A sin t,圖像如圖甲所示。(2)從最大位移處開始計時,函數(shù)表達(dá)式為x=A cos t,圖像如圖乙所示。4.自由振動、受迫振動和共振的比較自由振動受迫振動共振受力情況受回復(fù)力受周期性驅(qū)動力受周期性驅(qū)動力振動周期或頻率由系統(tǒng)本身性質(zhì)決定,即固有周期或固有頻率由驅(qū)動力的周期或頻率決定,即T=T驅(qū)或f=f驅(qū)T驅(qū)=T固或f驅(qū)=f固振動能量振動物體的機械能不變由產(chǎn)生驅(qū)動力的物體提供,機械能不守恒振動物體獲得的能量最大常見例子彈簧振子或單擺(擺角<5)機器工作時底座發(fā)生的振動共振篩、轉(zhuǎn)速計等二波動1.機械波產(chǎn)生條件:振源、介質(zhì)2.分類:橫波、縱波。3.質(zhì)點的起振方向:各質(zhì)點開始振動(即起振)的方向均與波源的起振方向相同。4.質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向的互判方法(1)上下坡法:沿波的傳播方向看,“上坡”的質(zhì)點向下運動,“下坡”的質(zhì)點向上運動,簡稱“上坡下,下坡上”,如圖所示。(2)帶動法:如圖所示,在質(zhì)點P靠近波源一方另找相距較近的一質(zhì)點P,若P在P上方,則P向上運動,若P在P下方,則P向下運動。(3)微平移法:作出經(jīng)微小時間t后的波形,如圖虛線所示,就知道了各質(zhì)點經(jīng)過t時間到達(dá)的位置,此刻質(zhì)點振動方向也就知道了,圖中P質(zhì)點振動方向向下。5.振動圖像與波動圖像的區(qū)別與聯(lián)系振動圖像波動圖像圖像研究對象一個質(zhì)點所有質(zhì)點物理意義橫軸上各點表示各個時刻,圖像表示一個質(zhì)點各個時刻的位移情況橫軸上各點表示質(zhì)點的平衡位置,圖像表示某一時刻各個質(zhì)點的位移情況圖像形成的物理過程相當(dāng)于順序“掃描”的結(jié)果相當(dāng)于一次“拍照”的結(jié)果所能提供的信息(1)質(zhì)點振動周期(2)質(zhì)點振幅(3)某一質(zhì)點在各時刻的位移(4)各時刻速度、加速度的方向(1)波長、振幅(2)任意一質(zhì)點在該時刻的位移(3)任意一質(zhì)點在該時刻加速度的方向(4)傳播方向、振動方向的互判6.波長、波速、頻率及其關(guān)系(1)波長:在波動中,振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離,用表示。(2)波速:波在介質(zhì)中的傳播速度。由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定。(3)頻率:由波源決定,等于波源的振動頻率。(4)波長、波速和頻率的關(guān)系:v=f;v=T。說明:波在傳播過程中,因空間的周期性和時間的周期性,常常由時間間隔t與周期T的關(guān)系不明確、波傳播方向不確定、波傳播的距離x與波長的關(guān)系不明確造成多解問題。7.波的干涉與波的衍射的比較定義現(xiàn)象可觀察到明顯現(xiàn)象的條件相同點波的衍射波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象波能偏離直線而傳到直線以外的空間縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或者比波長更小干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象波的干涉頻率相同的兩列波疊加時,某些區(qū)域的振幅加大,某些區(qū)域的振幅減小的現(xiàn)象干涉圖樣穩(wěn)定,振動強弱區(qū)域相互間隔,加強區(qū)、減弱區(qū)位置不變兩列波的頻率相同,相位差保持不變說明:(1)在波的干涉中加強區(qū)振動加強只是振幅變大,并不是質(zhì)點一直處于位移最大處。(2)任何波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,而發(fā)生明顯的衍射需要一定的條件。(3)波的干涉中加強點和減弱點的判斷:某質(zhì)點的振動是加強還是減弱,取決于該點到兩相干波源的距離之差r。當(dāng)兩波源振動步調(diào)一致時若r=n(n=0,1,2,),則振動加強;若r=(2n+1)2(n=0,1,2,),則振動減弱。8.多普勒效應(yīng)(1)波源不動觀察者向波源運動,接收頻率增大觀察者背離波源運動,接收頻率減小(2)觀察者不動波源向觀察者運動,接收頻率增大波源背離觀察者運動,接收頻率減小三光學(xué)1.光的折射定律(1)表達(dá)式:sin1sin2=n12,式中n12是比例常數(shù)。(2)折射率物理意義:折射率僅反映介質(zhì)的光學(xué)特性,折射率越大,說明光從真空斜射入該介質(zhì)時偏折的角度越大,反之偏折的角度越小。定義式:n=sin1sin2,不能說n與sin 1成正比,與sin 2成反比。折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定。n=cv,因v<c,故任何介質(zhì)的折射率總大于1。2.玻璃三棱鏡對光路的控制(1)光線兩次折射均向底面偏折。(2)各種色光的比較顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率低高同一介質(zhì)折射率小大同一介質(zhì)中速度大小波長大小臨界角大小通過棱鏡的偏折角小大(3)在光的反射和全反射現(xiàn)象中,均遵循光的反射定律;光路均是可逆的。3.全反射(1)條件:光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì);入射角大于等于臨界角。(2)臨界角:折射角等于90時的入射角。若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時,發(fā)生全反射的臨界角為C,則sin C=1n。介質(zhì)的折射率越大,發(fā)生全反射的臨界角越小。(3)光導(dǎo)纖維:利用光的全反射原理工作。4.光的干涉和衍射比較干涉衍射現(xiàn)象在光重疊區(qū)域出現(xiàn)加強或減弱的現(xiàn)象,即出現(xiàn)明暗相間的條紋光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象產(chǎn)生條件兩束光頻率相同、相位差恒定障礙物或孔的尺寸與光的波長差不多或比光的波長小得多典型實驗楊氏雙縫干涉實驗單縫衍射(圓孔衍射、不透明圓盤衍射)實驗圖樣特點不同點條紋寬度條紋寬度相等條紋寬度不等,中央最寬條紋間距相鄰明(或暗)條紋等間距各相鄰條紋間距不等亮度情況清晰條紋,亮度基本相同中央條紋最亮,兩邊變暗相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象;干涉、衍射圖樣中都有明暗相間的條紋5.薄膜干涉(1)相干光來自于薄膜的前、后表面(或上、下表面)反射回來的兩列反射光。(2)薄膜干涉的應(yīng)用:增透膜,檢查工件的平整度。6.明、暗條紋的條件(1)單色光光的路程差r2-r1=k(k=0,1,2,),光屏上出現(xiàn)明條紋。光的路程差r2-r1=(2k+1)2(k=0,1,2,),光屏上出現(xiàn)暗條紋。(2)白光:光屏上出現(xiàn)彩色條紋。(3)相鄰亮(暗)條紋中心間距公式:x=ld。7.自然光和偏振光的比較自然光(非偏振光)偏振光光的來源直接從太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光自然光通過偏振片后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動沿任意方向,且沿各個方向光振動的強度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動沿特定方向四電磁波與相對論1.麥克斯韋電磁場理論:變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場,變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場。2.電磁波(1)電磁場在空間由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播,形成電磁波。(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì),可在真空中傳播,在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是相等的(都等于光速)。(3)不同頻率的電磁波,在同一介質(zhì)中傳播,其速度是不同的,頻率越高,波速越小。(4)v=f,f是電磁波的頻率。3.電磁波的發(fā)射(1)發(fā)射條件:開放電路和高頻振蕩信號。(2)調(diào)制方法調(diào)幅:使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變。調(diào)幅廣播(AM)一般使用中波和短波波段。調(diào)頻:使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變。調(diào)頻廣播(FM)和電視廣播都采用調(diào)頻的方法調(diào)制。4.無線電波的接收(1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相等時,激起的振蕩電流最強,這就是電諧振現(xiàn)象。(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧。能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路。(3)使聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來,這個過程是調(diào)制的逆過程,所以叫解調(diào)。調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波。5.電磁波譜波譜無線電波紅外線可見光紫外線X射線射線作用電子技術(shù)熱作用引起視覺熒光效應(yīng)穿透作用遙感合成VD,促進(jìn)鈣吸收穿透作用較強穿透作用很強遙控殺菌消毒辨別偽鈔人體透視探傷規(guī)律(從左向右)波長逐漸減小,頻率逐漸增大波動性逐漸減弱,粒子性逐漸增強6.機械波與電磁波對比機械波電磁波對象研究力學(xué)現(xiàn)象研究電磁現(xiàn)象周期性變化的物理量位移隨時間和空間做周期性變化電場E和磁場B隨時間和空間做周期性變化傳播傳播需要介質(zhì),波速與介質(zhì)有關(guān),與頻率無關(guān),分橫波和縱波兩種,傳播機械能傳播不需要介質(zhì),在真空中波速總是c,在介質(zhì)中傳播時,波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)系。電磁波都是橫波,傳播電磁能特性v=T,都會發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效應(yīng)產(chǎn)生由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生無線電波由振蕩電路產(chǎn)生光也是電磁波的一種,由原子能級躍遷發(fā)出7.激光的三個特點:相干性強、平行度好、亮度高。8.狹義相對論的兩個基本假設(shè)(1)狹義相對性原理:在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的。(2)光速不變原理:真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的,光速與光源和觀測者間的相對運動沒有關(guān)系。9.相對論質(zhì)能關(guān)系用m表示物體的質(zhì)量,E表示它具有的能量,則愛因斯坦質(zhì)能方程為E=mc2。回歸小練1.(1)關(guān)于下列四幅圖中所涉及物理知識的論述中,正確的是()A.甲圖中,沙漠中的“蜃景”現(xiàn)象是光的衍射引起的B.乙圖中,演示簡諧運動的圖像實驗中,若勻速拉動木板的速度較大,則由圖像測得簡諧運動的周期較大C.丙圖中,可利用薄膜干涉檢查樣品的平整度D.丁圖中,由圖可知當(dāng)驅(qū)動力的頻率f跟固有頻率f0相差越大,振幅越大 (2)一列簡諧橫波沿x軸的正方向傳播,t=0時刻的波形圖如圖所示,此時該波恰好傳播到x=4 m處,t=0.1 s時,質(zhì)點a第一次到達(dá)最低點,則該波的傳播速度為m/s;t=s時,位于x=8 m處的質(zhì)點b恰好第一次沿y軸負(fù)方向通過平衡位置。(3)如圖所示,一截面為梯形的魚塘貯滿水,魚塘右側(cè)坡面的傾角為,水的折射率為n。不同時刻太陽光線與水平面的夾角在變化,求當(dāng)滿足什么條件時,陽光能夠照射到整個魚塘的底部。2.(1)下列關(guān)于圖所示的圖像描述和判斷中正確的是()A.圖甲是多普勒效應(yīng)的圖像,B處的觀察者接收到波的頻率大于波源發(fā)出的頻率B.圖甲是多普勒效應(yīng)的圖像,A處的觀察者接收到波的頻率大于波源發(fā)出的頻率C.圖乙是受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率變化的圖像,物體做受迫振動時頻率始終等于固有頻率D.圖乙是受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率變化的圖像,當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于固有頻率時振幅最大(2)如圖甲所示,A、B兩人乘坐兩艘飛船分別以0.6c和0.8c的速度相向運動,分別向?qū)Ψ桨l(fā)射一列相干光波,設(shè)真空中光速為c,B觀察到A發(fā)出光波的速度為,地面上的觀察者看到兩列光波相遇如圖乙所示,實線表示光波的波峰,則MN連線的中點F的振動(選填“加強”“減弱”或“不振動”);(3)光導(dǎo)纖維現(xiàn)已在通訊、醫(yī)療技術(shù)中大量使用,如圖所示,一束光不論以多大的入射角射到光纖的ab面上,經(jīng)光纖傳導(dǎo)后都能從光纖的cd面射出,實現(xiàn)信息的傳遞,求光纖的折射率應(yīng)滿足的條件。答案精解精析回歸小練1.答案(1)C(2)100.6(3)見解析解析(1)沙漠中的“蜃景”現(xiàn)象是光的折射引起的,A錯誤。因單擺擺動的周期不變,若勻速拉動木板的速度變大,則由圖像測得簡諧運動的周期不變,B錯誤。由圖丁可知驅(qū)動力的頻率跟固有頻率f0相差越大,振幅越小,D錯誤。(2)簡諧橫波沿x軸的正方向傳播,圖示時刻a質(zhì)點正向下運動,經(jīng)過14T第一次到達(dá)最低點,即有14T=0.1 s,得T=0.4 s。由圖知=4 m,則波速v=T=40.4 m/s=10 m/s。當(dāng)圖示時刻a質(zhì)點的狀態(tài)傳到b質(zhì)點處時,質(zhì)點b恰好第一次沿y軸負(fù)方向通過平衡位置,則所用時間為t=xv=8-210 s=0.6 s,即t=0.6 s時,位于x=8 m處的質(zhì)點b恰好第一次沿y軸負(fù)方向通過平衡位置。(3)當(dāng)光線經(jīng)水折射后,剛好平行魚塘右側(cè)坡面時,陽光剛好能夠照射到整個魚塘的底部。設(shè)此時太陽光線與水平面的夾角為0,根據(jù)折射定律有n=sin2-0sin2-解得cos 0=n cos ,所以滿足的條件為cos n cos 或arccos(n cos )。2.答案(1)AD(2)c加強(3)n2解析(1)由圖甲可知,波源在靠近B處,遠(yuǎn)離A處,所以B處的觀察者接收到波的頻率大于波源發(fā)出的頻率,A處的觀察者接收到波的頻率小于波源發(fā)出的頻率,故選項A正確、B錯誤。圖乙是受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率變化的圖像,物體做受迫振動時頻率始終等于驅(qū)動力的頻率,且當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于固有頻率時振幅最大,選項D正確、C錯誤。(2)根據(jù)相對論光速不變原理可知,B觀察到A發(fā)出光波的速度為c。因兩列光的波峰到達(dá)F點時通過的距離相等,因此所用時間相等,即兩波峰同時到達(dá)F點,則中點F的振動加強。(3)由題意“一束光不論以多大的入射角射到光纖的ab面上,經(jīng)光纖傳導(dǎo)后都能從光纖的cd面射出”可知,光束進(jìn)入光導(dǎo)纖維后在ad、bc面上將發(fā)生全反射,作出光路示意圖如圖所示,由折射定律有:n=sinisin,顯然入射角i越大,折射角越大,光束到達(dá)ad面上時的入射角越小,要能發(fā)生全反射,需滿足:C(其中C為臨界角),即有sin 1n不妨設(shè)光束以最大入射角i=90入射至ab面,此時有:n=1sin由圖中幾何關(guān)系有:+=90解得n2