谷城一中高三物理組2012屆高考備考物理二輪復習資料（選修3-4知識點梳理）谷城一中高三物理組高中物理選修3-4知識點梳理主題內容要求說明機械振動與機械波1.筒諧運動I①筒諧運動只限于單擺和彈簧振子；②筒諧運動公式只限于回復力公式；③簡諧運動圖像只限JzpZvV毯口6間囪例2.筒諧運動的公式和圖像n3.單擺、周期公式I4.受迫振動和共振I5.機械波I6.橫波和縱波I7.橫波的圖像n8.波速、波長和頻率（周期）的關系n于位移時間圖像。9.波的干涉和衍射現象i10.多普勒效應i電磁振蕩與電磁波11.變化的磁場產生電場、變化的電場產生磁場、電磁波及其傳播i12.電磁波的產生、發射和接收i13.電磁波譜i光14.光的折射定律n①相對折射率不做考試要求；②光的干涉限于雙縫干涉、薄膜干涉。15.折射率i16.全反射、光導纖維i17.光的干涉、衍射和偏振現象i相對論18.狹義相對論的基本假設i19.質速關系、質能關系i20.相對論質能關系式i一、簡諧運動、簡諧運動的表達式和圖象1、機械振動：物體（或物體的一部分）在某一中心位置兩側來回做往復運動，叫做機械振動。機械振動產生的條件是：①回復力不為零；②阻力很小。使振動物體回到平衡位置的力叫做/〃/吏力,回復力屬于效果力，在具體問題中要注意分析什么力提供了回復力。2、簡諧振動：在機械振動中最簡單的一種理想化的振動。對簡諧振動可以從兩個方面進行定義或理解：①物體在跟位移大小成正比，并旦總是指向平衡位置的回復力作用下的振動，叫做簡諧振動。②物體的振動參量，隨時間按正弦或余弦規律變化的振動，叫做簡諧振動，3、描述振動的物理量研究振動除了要用到位移、速度、加速度、動能、勢能等物理量以外，為適應振動特點還要引入一些新的物理量。⑴位移x：由平衡位置指向振動質點所在位置的有向線段叫做位移。位移是矢量，其最大值等于振幅。第1頁共9頁谷城一中高三物理組2012屆高考備考物理二輪復習資料（選修3-4知識點梳理）谷城一中高三物理組⑵振幅4做機械振動的物體離開平衡位置的最大距離叫做振幅，振幅是標量，表示振動的強弱。振幅越大表示振動的機械能越大，做筒揩振動物體的振幅大小不影響簡揩振動的周期和頻率。⑶周期T：振動物體完成一次余振動所經歷的時間叫做周期。所謂全振動是指物體從某一位置開始計時，物體第一次以相同的速度方向回到初始位置，叫做完成了一次全振動。⑷頻率無振動物體單位時間內完成全振動的次數。⑸角頻率to：角頻率也叫角速度，即圓周運動物體單位時間轉過的弧度數。引入這個參量來描述振動的原因是人們在研究質點做勻速圓周運動的射影的運動規律時，發現質點射影做的是簡諧振動。因此處理復雜的簡諧振動問題時，可以將其轉化為勻速圓周運動的射影進行處理，這種方法高考大綱不要求掌握。周期、頻率、角頻率的關系是：「=注=務⑹相位仞：表示振動步調的物理量。4、研究簡諧振動規律的幾個思路：⑴用動力學方法研究，受力特征：回復力F=-kx；加速度，筒諧振動是一種變加速運動。在平衡位置時速度最大，加速度為零；在最大位移處，速度為零，加速度最大。⑵用運動學方法研究：簡諧振動的速度、加速度、位移都隨時間作正弦或余弦規律的變化，這種用正弦或余弦表示的公式法在高中階段不要求學生掌握。⑶用圖象法研究：熟練掌握用位移時間圖象來研究簡諧振動有關特征是本章學習的重點之一。⑷從能量角度進行研究：簡諧振動過程，系統動能和勢能相互轉化，總機械能守恒，振動能量和振幅有關。5、簡諧運動的表達式2^x=Asin（口，+仞0）=Asin（——t+（P0）振幅，，周中『-招；6、簡諧運動圖象描述振動的物理量 |^1.直接描述量： 51了、 振幅4②周期于；③任意時刻的位移力 /\ /\2,間接描述量： 1A3A56t/s頻率/*：f=一②角速度切：CD= 一葉一.x-f圖線上一點的切線的斜率等于v3.從振動圖象中的工分析有關物理量（y,a,F）簡諧運動的特點是周期性。在回復力的作用下，物體的運動在空間上有往復性，即在平衡位置附近做往復的變加速（或變減速）運動；在時間上有周期性，即每經過一定時間，運動就要重復一次。我們能否利用振動圖象來判斷質點X,F,v,。的變化，它們變化的周期雖相等，但變化步調不同，只有真正理解振動圖象的物理意義，才能進一步判斷質點的運動情況。小結：①筒諧運動的圖象是正弦或余弦曲線，與運動軌跡不同。②筒諧運動圖象反應了物體位移隨時間變化的關系。③根據簡諧運動圖象可以知道物體的振幅、周期、任一時刻的位移。 、、、、、、、二、單擺的周期與擺長的關系（實驗、探究） 「單擺周期公式：A1上述公式是高考要考查的重點內容之一。對周期公式的理解和應用注意以下！\幾個問題：①簡諧振動物體的周期和頻率是由振動系統本身的條件決定的。②單。6單擺第2?頁共9頁

谷城一中高三物理組2012屆高考備考物理二輪復習資料（選修3-4知識點梳理）谷城一中高三物理組擺周期公式中的I是指擺動圓弧的圓心到擺球重心的距離，一般也叫等效擺長。單擺周期公式中的g,由單擺所在的空間位置決定，還由單擺系統的運動狀態決定。所以g也叫等效重力加速度。由可知，地球表面不同位置、不同高度，不同星球表面g值都不相同，因此應求出單擺所在地的等效g值代入公式，即g不一定等于9.8m/s2o單擺系統運動狀態不同g值也不相同。例如單擺在向上加速發射的航天飛機內，設加速度為。，此時擺球處于超重狀態，沿圓弧切線的回復力變大，擺球質量不變，則重力加速度等效值g'=g+。。再比如在軌道上運行的航天飛機內的單擺、擺球完全失重，回復力為零，則重力加速度等效值g』0,周期無窮大，即單擺不擺動了。g還由單擺所處的物理環境決定。如帶小電球做成的單擺在豎直方向的勻強電場中，回復力應是重力和豎直的電場合力在圓弧切向方向的分力，所以也有一g的問題。一般情況下g值等于擺球靜止在平衡位置時，擺線張力與擺球質量的比值。共振兩故,鳴要郎山的域沿,等于奈統的國有共振兩故,鳴要郎山的域沿,等于奈統的國有頊軍時r莪功的振四最L物體在周期性外力作用下的振動叫受迫振動。受迫振動的規律是：物體做受迫振動的頻率等于策動力的頻率，而跟物體固有頻率無關。當策動力的頻率跟物體固有頻率相等時，受迫振動的振幅最大，這種現象叫共振。共振是受迫振動的一種特殊情況。四、機械波橫波和縱波橫波的圖象1、機械波：機械振動在介質中的傳播過程叫機械波，機械波產生的條件有兩個：一是要有做機械振動的物體作為波源，二是要有能夠傳播機械振動的介質。2、橫波和縱波：質點的振動方向與波的傳播方向垂直的叫橫波。質點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的叫縱波。氣體、液體、固體都能傳播縱波，但氣體和液體不能傳播橫波，聲波在空氣中是縱波，聲波的頻率從20到2萬赫茲。3、機械波的特點：⑴每一質點都以它的平衡位置為中心做簡振振動；后一質點的振動總是落后于帶動它的前一質點的振動。⑵波只是傳播運動形式（振動）和振動能量，介質并不隨波遷移。4、橫波的圖象：用橫坐標x表示在波的傳播方向上各質點的平衡位置，縱坐標y表示某一時刻各質點偏離平衡位置的位移。簡諧波的圖象是正弦曲線，也叫正弦波。簡諧波的波形曲線與質點的振動圖象都是正弦曲線，但他們的意義是不同的。波形曲線表示介質中的“各個質點”在“某一時刻”的位移，振動圖象則表示介質中“某個質點”在“各個時刻”的位移。五、描述機械波的物理量一一波長、波速和頻率（周期）的關系⑴波長人：兩個相鄰的、在振動過程中對平衡位置的位移總是相等的 ?人.質點間的距離叫波長。振動在一個周期內在介質中傳播的距離等于波長。 —? j、,Id⑵頻率齊波的頻率由波源決定，在任何介質中頻率保持不變。⑶波速/單位時間內振動向外傳播的距離。波速的大小由介質決定。波速與波長和頻率的關系：v=?，V=kf.T波的衍六、波的干涉和衍射波的衍衍射：波繞過障礙物或小孔繼續傳播的現象。產生顯著衍射的條件是障礙物或孔的尺寸比波長小或與波長相差不多。干涉：頻率相同的兩列波疊加，使某些區域的振動加強，使某些區域振動減弱，并且振動加強和振動減弱區域相互間隔的現象。產生穩定干涉現象的條件是：兩列波的頻率相同，相差恒定。穩定的干涉現象中，振動加強區和減弱區的空間位置是不變的，加強區的第3■頁共9頁

谷城一中高三物理組2012屆高考備考物理二輪復習資料（選修3-4知識點梳理）谷城一中高三物理組波的干涉振幅等于兩列波振幅之和，減弱區振幅等于兩列波振幅之差o判斷加強與減弱區域的方法一般有兩種：一是畫峰谷波形圖，峰峰或谷谷相遇增強，峰谷相遇減弱。二是相干波源振動相同時，某點到二波源程波差是波長整數倍時振動增強，是半波長*奇數倍時振動減弱。干涉和衍射是波所特有的現象。波的干涉七、多普勒效應.多普勒效應：由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率變化的現象叫做多普勒效應。是奧地利物理學家多普勒在1842年發現的。.多普勒效應的成因：聲源完成一次全振動，向外發出一個波長的波，頻率表示單位時間內完成的全振動的次數，因此波源的頻率等于單位時間內波源發出的完全波的個數，而觀察者聽到的聲音的音調，是由觀察者接受到的頻率，即單位時間接收到的完全波的個數決定的。.多普勒效應是波動過程共有的特征，不僅機械波，電磁波和光波也會發生多普勒效應。.多普勒效應的應用:①現代醫學上使用的胎心檢測器、血流測定儀等有許多都是根據這種原理制成。②根據汽笛聲判斷火車的運動方向和快慢，以炮彈飛行的尖叫聲判斷炮彈的飛行方向等。③紅移現象：在20世紀初，科學家們發現許多星系的譜線有“紅移現象”，所謂“紅移現象”，就是整個光譜結構向光譜紅色的一端偏移，這種現象可以用多普勒效應加以解釋：由于星系遠離我們運動，接收到的星光的頻率變小，譜線就向頻率變小（即波長變大）的紅端移動。科學家從紅移的大小還可以算出這種遠離運動的速度。這種現象，是證明宇宙在膨脹的一個有力證據。八、電磁波及其應用、電磁波譜一、麥克斯韋電磁場理論1、電磁場理論的核心之一：變化的磁場產生電場在變化的磁場中所產生的電場的電場線是閉合的（渦旋電場）◎理解：①均勻變化的磁場產生穩定電場②非均勻變化的磁場產生變化電場2、電磁場理論的核心之二：變化的電場產生磁場麥克斯韋假設:變化的電場就像導線中的電流一樣，會在空間產生磁場，即變化的電場產生磁場◎理解：①均勻變化的電場產生穩定磁場；②非均勻變化的電場產生變化磁場二、電磁波（2）電磁波可以在真空中傳播,速度和1（2）電磁波可以在真空中傳播,速度和2、電磁波：電磁場由發生區域向遠處的傳播就是電磁波.3、 電磁波的特點：（1）電磁波是橫波，電場強度E和磁感應強度8按正弦規律變化,二者相互垂直，均與波的傳播方向垂。光速相同。（3）電磁波具有波的特性三、赫茲的電火花赫茲觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現象，他還測量出電磁波和光有相同的速度.這樣赫茲證實了麥克斯韋關于光的電磁理論，赫茲在人類歷史上首先捕捉到了電磁波。電磁波（譜）及其應用⑴麥克斯韋計算出電磁波傳播速度與光速相同，說明光具有電磁本質，提出光就是一種電磁波。⑵電磁波譜第4?頁共9頁

電磁波譜無線電波紅外線 可見光 紫外線X射線Y射線產生機理在振蕩電路中，自由電子作周期性運動產生原子的外層電子受到激發產生的原子的內層電子受到激發后產生的原子核受到激發后產生的2012屆高考備考物理二輪復習資料（選修3-4知識點梳理）谷城一中高三物理組⑶電磁波的應用：1、電視：電視信號是電視臺先把影像信號轉變為可以發射的電信號，發射出去后被接收的電信號通過還原，被還原為光的圖象重現熒光屏。電子束把一幅圖象按照各點的明暗情況，逐點變為強弱不同的信號電流，通過天線把帶有圖象信號的電磁波發射出去。2、雷達工作原理：利用發射與接收之間的時間差，計算出物體的距離。3、手機：在待機狀態下，手機不斷的發射電磁波，與| | | |周圍環境交換信息。手機在建立連接的過程中發射的電磁波 ^ ^ ^ [特別強。 』一4——B—1——H~8——II—L電磁波與機械波的比較：共同點：都能產生干涉和衍射現象；它們波動的頻率都取決于波源的頻率；在不同介質中傳播，頻率都不變.不同點：機械波的傳播一定需要介質，其波速與介質的性質有關，與波的頻率無關而電磁波本身就是一種物質，它可以在真空中傳播，也可以在介質中傳播.電磁波在真空中傳播的速度均為3.0x108A，在介質中傳播時，波速和波長不僅與介質性質有關，還與頻率有關.W不同電磁波產生的機理：無線電波是振蕩電路中自由電子作周期性的運動產生的紅外線、可見光、紫外線是原子外層電子受激發產生的；倫琴射線是原子內層電子受激發產生的；丫射線是原子核受激發產生的。頻率（波長）不同的電磁波表現出作用不同：紅外線主要作用是熱作用，可以利用紅外線來加熱物體和進行紅外線遙感；紫外線主要作用是化學作用，可用來殺菌和消毒；倫琴射線有較強的穿透本領，利用其穿透本領與物質的密度有關，進行對人體的透視和檢查部件的缺陷；丫射線的穿透本領更大，在工業和醫學等領域有廣泛的應用，如探傷，測厚或用y刀進行手術。九、光的折射定律折射率光的折射定律，也叫斯涅耳定律：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比如果用小2來表示這個比例常數，就有竺■冬=%2sin02折射率：光從一種介質射入另一種介質時，雖然入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數n,但是對不同的介質來說，這個常數n是不同的.這個常數n跟介質有關系，是一個反映介質的光學性質的物理量，我們把它叫做介質的折射率.定義式：巧2=竺勺（0是光線在真空中與法線之間的夾角，久是光線在介質中與法線之間sin02的夾角。）光從真空射入某種介質時的折射率，叫做該種介質的絕對折射率，也簡稱為某種介質的折射率.十、測定玻璃的折射率（實驗、探究）實驗原理：如圖所示，入射光線刀O由空氣射入玻璃磚，經OO/后由08方向射出。作出法線MV/,貝！J折射率w=sma/siny注意事項：手拿玻璃磚時，不準觸摸光潔的光學面，只能接觸毛而或第5?頁共9頁

谷城一中高三物理組2012屆高考備考物理二輪復習資料（選修3-4知識點梳理）谷城一中高三物理組棱，嚴禁把玻璃磚當尺畫玻璃磚的界面；實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變；大頭針應垂直地插在白紙上，且玻璃磚每一側的兩個大頭針距離應大一些，以減小確定光路方向造成的誤差；入射角應適當大一些，以減少測量角度的誤差。十一、光的全反射光導纖維全反射現象：當光從光密介質進入光疏介質時，折射角大于入射角.當入射角增大到某一角度時，折射角等于90°,此時，折射光完全消失入射光全部反回原來的介質中，這種現象叫做全反射.臨界角：①定義:光從光密介質射向光疏介質時，折射角等于90。時的入射角，叫做臨界角.②臨界角的計算:smC=l.n光導纖維：當光線射到光導纖維的端面上時，光線就折射進入光導纖維內，經內芯與外套的界面發生多次全反射后，從光導纖維的另一端而射出，而不從外套散逸，故光能損耗極小。十二、光的干涉、衍射和偏振光的干涉產生穩定干涉的條件：只有兩列光波的頻率相同，位相差恒定，振動方向一致的相干光源，才能產生光的干涉。由兩個普通獨立光源發出的光，不可能具有相同的頻率，更不可能存在固定的相差，因此，不能產生干涉現象。條紋寬度（或條紋間距）相鄰兩條亮（暗）條紋的間距Ax為：Ax= 2d上式說明，兩縫間距離越小、縫到屏的距離越大，光波的波長越大，條紋的寬度就越大。當實驗裝置一定，紅光的條紋間距最大，紫光的條紋間距最小。紫光最這表明不同色光的波長不同，紅光最長,短。幾個問題：①在雙縫干涉實驗中，如果用紅色濾光片遮住一個狹縫S”再用綠濾光片遮住另一個狹縫S?當用白光入射時，屏上是否會產生雙縫干涉圖樣？這時在屏上將會出現紅光單縫衍射光矢量和綠光單縫衍射光矢量振動的疊加。由于紅光和綠光的頻率不同，因此它們在屏上疊加時不能產生干涉，此時屏上將出現混合色二單縫衍射圖樣。②在雙縫干涉實驗中，如果遮閉其中一條縫則在屏上出現的條紋有何變化？原來亮的地方會不會變暗？如果遮住雙縫其中的一條縫，在屏上將由雙縫干涉條紋演變為單縫衍射條紋，與干涉條紋相比，這時單縫衍射條紋亮度要減弱，而且明紋的寬度要增大，但由于干涉是受衍射調制的，所以原來亮的地方不會變暗。③雙縫干涉的亮條紋或暗條紋是兩列光波在光屏處疊加后加強或抵消而產生的，這是否違反了能量守恒定律？暗條紋處的光能量幾乎是零，表明兩列光波疊加，彼此相互抵消，這是按照光的傳播規律，暗條紋處是沒有光能量傳到該處的原因，不是光能量損耗了或轉變成了其它形式的能量。同樣，亮條紋處的光能量比較強，光能量增加，也不是光的干涉可以產生能量，而是按照波的傳播規律到達該處的光能量比較集中。雙縫干涉實驗不違反能量守恒定律。薄膜干涉及其應用⑴原理第6-頁共9頁

谷城一中高三物理組2012屆高考備考物理二輪復習資料（選修3-4知識點梳理）谷城一中高三物理組①干涉法檢查精密部件的表而取一個透明的標準樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一薄片，使樣板的平而與被檢查的平面間形成一個楔形空氣膜，用單色光從上而照射，入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光形成相干光，從反射光中就會看到干涉條紋，如圖2.3甲所示。I]II單色光I]II單色光VwVW標淮棒掠1:啻片厚刑璃板如果被檢表面是平的，那么空氣層厚度相同的各點就位于一條直線上，產生的干涉條紋就是平行的（如圖2.3乙）；如果觀察到的干涉條紋如圖2.3丙所示，A、B處的凹凸情況可以這樣分析：由丙圖知，P、Q兩點位于同一條亮紋上，故甲圖中與P、Q對應的位置空氣層厚度相同。由于Q位于P的右方（即遠離楔尖），如果被檢表面是平的，Q處厚度應該比P處大，所以，只有當A處凹陷時才能使P與Q處深度相同。同理可以判斷與M對應的B處為凸起。②增透膜是在透鏡、棱鏡等光學元件表而涂的一層氟化鎂薄膜。當薄膜的兩個表面上反射光的路程差等于半個波長時，反射回來的光抵消。從而增強了透射光的強度。顯然增透膜的厚度應該等于光在該介質中波長的l/4o由能量守恒可知，入射光總強度=反射光總強度+透射光總強度。光的強度由光的振幅決定。當滿足增透膜厚度加么時，兩束反射光恰好實現波峰與波谷相疊加，實現干涉相消，使其合振幅接4近于零，即反射光的總強度接近于零，從總效果上看，相當于光幾乎不發生反射而透過薄膜，因而大大減少了光的反射損失，增強了透射光的強度。增透膜只對人眼或感光膠片上最敏感的綠光起增透作用。當白光照到（垂直）增透膜上，綠光產生相消干涉，反射光中綠光的強度幾乎是零。這時其他波長的光（如紅光和紫光）并沒有被完全抵消。因此，增透膜呈綠光的互補色一一淡紫色。光的衍射⑴現象：①單縫衍射a）單色光入射單縫時，出現明暗相同不等距條紋，中間亮條紋較寬，較亮兩邊亮條紋較窄、較暗；b）白光入射單縫時，出現彩色條紋。圓孔衍射：光入射微小的圓孔時，出現明暗相間不等距的圓形條紋泊松亮斑光入射圓屏時，在園屏后的影區內有一亮斑⑵光發生衍射的條件：障礙物或孔的尺寸與光波波長相差不多，甚至此光波波長還小時，出現明顯的衍射現象光的偏振自然光：從普通光源直接發生的天然光是無數偏振光的無規則集合，所以直接觀察時不能發現光強偏于一定方向.這種沿著各個方向振動的光波的強度都相同的光叫自然光；太陽、電燈等普通光源發出的光，包含著在垂直于傳播方向的平而內沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波強度都相同，這種光都是自然光.自然光通過第一個偏振片0（叫起偏器）后，相當于被一個“狹縫”卡了一下，只有振動方向跟“狹第7?頁共9頁2012屆高考備考物理二輪復習資料（選修3-4知識點梳理） 谷城一中高三物理組縫”方向平行的光波才能通過.自然光通過偏振片R后雖然變成了偏振光，但由于自然光中沿各個方向振動的光波強度都相同，所以不論晶片轉到什么方向，都會有相同強度的光透射過來.再通過第二個偏振片P2（叫檢偏器）去觀察就不同了；不論旋轉哪個偏振片，兩偏振片透振方向平行時，透射光最強，兩偏振片的透振方向垂直時，透射光最弱.光的偏振現象在技術中有很多應用.例如拍攝水下的景物或展覽櫥窗中的陳列品的照片時，由于水面或玻璃會反射出很強的反射光，使得水而下的景物和櫥窗中的陳列品看不清楚，攝出的照片也不清楚.如果在照相機鏡頭上加一個偏振片，使偏振片的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可以把這些反射光濾掉，而攝得清晰的照片；此外，還有立體電影、消除車燈眩光等等.十三、激光的特性及應用激光，是“受激輻射光放大”的簡稱，它是用人工的方法產生的一種特殊的光.激光是20世紀的一項重要發明，由于它有著普通光無法比擬的一些特性，已經在廣泛的領域得到應用.產生激光的裝置稱為激光器，它主要由三部分組成，即工作物質、抽運系統和光學諧振腔.激光的特性：①平行度非常好.激光束的光線平行度極好，從地面上發射的一束極細的激光束，到達月球表面時，也只發散成直徑Im多的光斑，因此激光在地而上傳播時，可以看成是不發散的.