江苏省2023高考物理大一轮复习第十三章（选修3-4）教师用书

江苏省2023高考物理大一轮复习第十三章（选修3-4）教师用书PAGEPAGE2第十三章〔选修3-4〕考试说明内容要求说明命题趋势简谐运动简谐运动的表达式和图象Ⅰ选修3-4模块在江苏高考方案中单独考查,整体来说,容易题两道,中等难度题一道.在一轮复习过程中,要严格按照考试说明,认真研读教材,因为3-4教材有很多知识点,考试要求都是Ⅰ级.需要特别指出的是:从高考题型来看,对本章计算主要集中在机械振动和机械波、光的折射和全反射,平时练习要注意针对训练机械振动局部主要研究的是简谐运动的问题,处理这局部问题主要抓住简谐运动的各个物理量随时间变化的关系、简谐运动中各个物理量关于平衡位置的对称性的问题和简谐运动的图象;机械波局部重点是波动图象,要熟练掌握根据波的传播方向来确定振子的振动方向等问题;几何光学局部关键是能够处理几何光学中存在的几何关系,所以对光的频率和光速的关系要熟练掌握,并能够画出各种光路图,该局部只有一个实验:测定玻璃的折射率;物理光学的知识比拟抽象,平时学习要注意把概念弄懂;电磁波和相对论局部只需要定性了解,在复习时要仔细研读教材,可以将考试说明要求的概念和结论先记住,然后通过一定量的简单习题训练就完全可以到达高考要求单摆的周期与摆长的关系(实验、探究)Ⅰ受迫振动和共振Ⅰ机械波横波和纵波横波的图象Ⅰ波长、波速和频率(周期)的关系Ⅰ仅限于单一方向传播波的干预和衍射Ⅰ多普勒效应Ⅰ电磁波谱电磁涉及其应用Ⅰ光的折射定律折射率Ⅰ测定玻璃的折射率(实验、探究)Ⅰ光的全反射光导纤维Ⅰ光的干预、衍射和偏振Ⅰ激光的特性及应用Ⅰ狭义相对论的根本假设狭义相对论时空观与经典时空观的区别Ⅰ同时的相对性长度的相对性质能关系Ⅰ定量计算不作要求知识网络第1讲机械振动考纲解读1.知道简谐运动的概念,理解简谐运动的表达式和图象.2.掌握简谐运动的周期性和对称性.3.知道什么是单摆,知道在摆角较小的情况下单摆的运动是简谐运动.4.知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系.5.理解受迫振动和共振的概念,掌握产生共振的条件.6.会用单摆测重力加速度.根底梳理1.弹簧振子:小球原来的位置叫做平衡位置,小球在平衡位置附近的运动,是一种机械振动,简称振动.这样的系统称为,它是一个理想模型.

2.简谐运动:如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律,即它的振动图象(x-t图象)是一条,这样的振动叫做.它是最简单、最根本的振动.弹簧振子的运动就是.

3.简谐运动的图象:在简谐运动的图象中,以横轴表示,纵轴表示,振动图象表示了振动物体的随的变化规律.

4.描述简谐运动的物理量:(1)位移x.(2)振幅A:物体偏离平衡位置的距离,是描述振动的物理量.(3)周期T:物体完成一次全振动所需的,是描述振动的物理量,周期由的因素决定,叫固有周期.(4)频率f:单位时间内完成全振动的.(5)相位:描述周期性运动的各个时刻所处的状态.

5.简谐运动的表达式:简谐运动的一般表达式为.式中表示简谐运动的振幅,ω叫做角频率,ωt+φ代表简谐运动的相位,表示t=0时的相位,叫做.

6.回复力:回复力是根据力的命名的,回复力的方向总是指向,其作用效果是要把物体拉回到.回复力可以是物体所受的合外力,也可以是或.

7.简谐运动:指物体在跟偏离平衡位置的位移大小成,并且在总是指向的回复力作用下的振动.

8.简谐运动的能量:指振动系统的.振动的过程就是能和能互相转化的过程.

9.阻尼振动:振幅逐渐的振动.反之,振幅的振动叫无阻尼振动.

10.受迫振动:物体在作用下的振动.

11.共振:当的频率跟物体的相等时,受迫振动的最大.

12.单摆:细线的上端固定,下端系一小球,如果细线的与小球相比可以忽略,小球的与线长相比可以忽略,在摆动过程中细线的可以忽略,与小球受到的重力及绳的拉力相比,空气等对它的可以忽略,这样的装置就叫做单摆.单摆是理想化模型.

13.单摆的回复力:单摆振动的回复力是,在平衡位置振子所受回复力是,但合力是向心力,指向悬点,不为零.

14.单摆的周期公式:当单摆的摆角时,周期公式为T=,与摆球质量m、振幅A都.其中l为摆长,表示从到摆球的距离.

15.用单摆测重力加速度(1)实验原理:由单摆周期公式T=2π可得重力加速度g=.据此只要测出单摆摆长l和周期T,即可计算出当地的重力加速度值.(2)实验步骤:①让细线穿过球上的小孔,在细线的一端打一个稍大一些的线结,制成一个单摆.②将小铁夹固定在铁架台上端,铁架台放在实验桌边,使铁夹伸出桌面之外,然后把单摆上端固定在铁夹上,使摆球自由下垂.③用刻度尺量出悬线的长度l',用游标卡尺测出摆球的直径d,然后计算出悬点到球心的距离l,即l=l'+.④把此单摆从平衡位置拉开一个角度,并使这个角不大于5°,释放小球,当小球摆动稳定以后,过最低位置时,用秒表开始计时,测量单摆振动30次(或50次)的时间,求出一次全振动的时间,即单摆的振动周期.⑤改变摆长,反复测量三次,算出周期T及测得摆长l,代入公式g=,求出重力加速度的值,然后求g的平均值.1.静止时往复弹簧振子2.正弦曲线简谐运动简谐运动3.时间位移位移时间4.(2)最大强弱(3)时间快慢振动系统本身(4)次数(5)不同5.x=Asin(ωt+φ)Aφ初相6.效果平衡位置平衡位置某一个力某一个力的分力7.正比平衡位置8.机械能动势9.减小固定不变10.驱动力11.驱动力固有频率振幅12.质量直径伸长阻力13.重力的切向分力零14.很小2π无关悬点重心振动图象

1.图象特征(1)简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线,是正弦曲线还是余弦曲线取决于质点初始时刻的位置.(2)图象反映的是位移随时间的变化规律,随时间的增加而延伸,图象不代表质点运动的轨迹.(3)任一时刻图线上过该点切线的斜率数值表示该时刻振子的速度大小,正负表示速度的方向,正时沿x轴正方向,负时沿x轴负方向.2.图象信息(1)由图象可以看出质点振动的振幅、周期.(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移.(3)可以确定某时刻质点的回复力、加速度和速度的方向.①回复力和加速度的方向:因回复力总是指向平衡位置,故回复力和加速度的方向在图象上总是指向t轴.如图中t1时刻的加速度较质点在t2时刻的加速度大,t1时刻质点加速度符号为负,t2时刻质点加速度符号为正.②速度的方向:速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定,假设下一时刻位移增加,速度方向就是远离t轴;假设下一时刻位移减小,速度方向就是指向t轴.如t1时刻质点的速度较t2时刻质点的速度小,t1时刻速度为负,t2时刻速度也为负.t1时刻是质点由最大位移处向平衡位置运动过程的某一时刻,而t2时刻是质点由平衡位置向负的最大位移运动过程中的某一时刻.典题演示1一个弹簧振子沿x轴做简谐运动,取平衡位置O为x轴坐标原点.从某时刻开始计时,经过四分之一周期,振子具有沿x轴正方向的最大加速度.能正确反映振子位移x与时间t关系的图象是()A BC D【解析】根据F=-kx及牛顿第二定律得a==-x,当振子具有沿x轴正方向的最大加速度时,其具有沿x轴负方向的最大位移,故A正确,B、C、D错误.【答案】A对简谐运动的理解

简谐运动的五个特征:1.动力学特征:F=-kx,“-〞表示回复力的方向与位移方向相反,k是比例系数,不一定是弹簧的劲度系数.2.运动学特征:简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比而方向相反,为变加速运动,远离平衡位置时,x、F、a、Ep均增大,v、Ek均减小,靠近平衡位置时那么相反.3.运动的周期性特征:相隔T或nT的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同.4.对称性特征:(1)相隔或T(n为正整数)的两个时刻,振子位置关于平衡位置对称,位移、速度、加速度大小相等,方向相反.(2)如下图,振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P'(OP=OP')时,速度的大小、动能、势能相等,相对于平衡位置的位移大小相等.(3)振子由P到O所用时间等于由O到P'所用时间,即tPO=tOP'(4)振子往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等,即tOP=tPO.5.能量特征:振动的能量包括动能Ek和势能Ep.简谐运动过程中,系统动能与势能相互转化,系统的机械能守恒.典题演示2一个质点在平衡位置O点附近做机械振动.假设从O点开始计时,经过3s质点第一次经过M点(如下图);再继续运动,又经过2s它第二次经过M点;那么该质点第三次经过M点还需要的时间是()A.8s B.4s C.14s D.s【解析】设图中a、b两点为质点振动过程的最大位移处,假设开始计时时刻,质点从O点向右运动,O→M过程历时3s,M→b→M运动过程历时2s,显然,=4s,T=16s.质点第三次经过M点还需要的时间Δt3=(T-2)s=(16-2)s=14s,故C正确.假设开始计时时刻,质点从O点向左运动,O→a→O→M运动过程历时3s,M→b→M运动过程历时2s,显然,+=4s,T=s.质点第三次经过M点还需要的时间Δt3'=(T-2)s=s=s,故D正确.【答案】CD简谐运动的两种模型比拟

1.弹簧振子(1)水平方向的弹簧振子,回复力是弹簧的弹力,振动过程中动能和弹性势能间相互转化.(2)竖直方向的弹簧振子,回复力是弹簧的弹力和重力的合力,振动过程中动能、弹性势能以及重力势能相互转化.2.单摆(1)回复力由重力的切向分力提供,在偏角最大时,回复力也可以说成拉力和重力的合力.(2)平衡位置是回复力等于零的位置,但合力不等于零.(3)公式T=2π,可以把l理解为等效摆长L',并不一定是绳长,其大小等于悬点到球心的距离;把g理解为等效重力加速度g',其值等于单摆所处的相应的平衡位置且不摆动时(即摆球相对悬点静止,不管悬点如何运动还是受别的力作用)摆线的拉力F与摆球质量的比值,即g'=.这样,等效单摆的周期公式变为T=2π.典题演示3(2022·安徽合肥二模)如图(a)所示,用一根不可伸长的轻质细线将小球悬挂于天花板上的O点,现将小球拉离平衡位置,使细线与竖直方向成一夹角(小于5°)后由静止释放.小球的大小和受到的空气阻力均忽略不计.(1)证明小球的运动是简谐运动.(2)由传感器测得小球偏离平衡位置的位移随时间变化的规律如图(b)所示,求小球运动过程中的最大速度值.图(a)图(b)【解析】(1)证明:设摆长为l,小球离开平衡位置的位移为x时,细线和竖直方向夹角为θ,小球重力的分力F1提供做回复力,其大小F1=mgsinθ,在偏角很小时sinθ≈,单摆的回复力与位移的关系F回=-x,所以,小球的运动是简谐运动.(2)根据图(b)可得小球偏离平衡位置的位移随时间变化的关系式x=0.08sin(πt)m,所以,小球的速度随时间变化的规律为v=0.08πcos(πt)m/s,那么小球的最大速度vm=0.08πm/s.【答案】(1)略(2)0.08πm/s对共振的理解

1.受迫振动和共振振动工程自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力受驱动力作用受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T0或固有频率f0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常见例子弹簧振子或单摆(θ≤5°)机械工作时底座发生的振动共振筛、声音的共鸣等2.共振曲线:如下图,横坐标为驱动力频率f驱,纵坐标为振幅A.它直观地反映了驱动力频率对受迫振动振幅的影响,由图可知,f驱与f固越接近,振幅A越大;当f驱=f固时,振幅A最大.3.受迫振动中系统能量的转化: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.4.发生共振时,驱动力对振动系统总是做正功,总是向系统输入能量,使系统的机械能逐渐增加,振动物体的振幅逐渐增大.当驱动力对系统做的功与系统克服阻力做的功相等时,振动系统的机械能不再增加,振幅到达最大.典题演示4(2022·南京、盐城一模)如下图,在一条张紧的绳子上挂几个摆,其中A、B的摆长相等.当A摆振动的时候,通过张紧的绳子给B、C、D摆施加驱动力,使其余各摆做受迫振动.观察B、C、D摆的振动发现()A.C摆的频率最小 B.D摆的周期最大C.B摆的摆角最大 D.B、C、D的摆角相同【解析】受迫振动时,所有振子的频率等于驱动力的频率,A、B选项错误;A和B的固有频率相同,故B发生共振现象,C项正确,D项错误.【答案】C用单摆测定重力加速度

1.选择材料时摆线应选择细而不易伸长的线,比方用单根尼龙线、胡琴丝弦或蜡线等,长度一般不应短于1m,小球应选用密度较大的金属球,直径应较小,最好不超过2cm.2.单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上,应夹紧在铁夹中,以免摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现象.3.摆动球时,控制摆线偏离竖直方向不超过5°.计算单摆的振动次数时,应以摆球通过最低位置时开始计时,以后摆球从同一方向通过最低位置时进行计数,且在数“零〞的同时按下秒表,开始计时计数.4.用图象法处理数据可以消除测摆长时漏测小球半径r(或多加r)产生的误差.由单摆的周期公式T=2π,可得T2=4π2=kl,作出T2-l图线,这是一条过原点的直线,如下图,k为图线的斜率.求出k后,那么可求出当地的重力加速度g=.当漏测r时,相当于以线长l'为摆长l,这时,T2=kl'=k(l-r),由数学知识可知,这时的图线斜率不变,可将原图线a向右平移r,就得漏测r后的图线,如图线b所示.其横轴截距的物理意义,即为半径r.同理,当多加r时,图线为c.可见,当漏测(或多加)r时,g的测量值究竟是偏小、偏大还是不变,不同的实验处理方法有不同的结论(用图象法处理数据的结论是都不变),不能一概而论.典题演示5(2022·北京卷)用单摆测定重力加速度的实验如下图.(1)组装单摆时,应在以下器材中选用(填选项前的字母).

A.长度为1m左右的细线B.长度为30cm左右的细线C.直径为1.D.直径为1.(2)测出悬点O到小球球心的距离(摆长)L及单摆完成n次全振动所用的时间t.那么重力加速度g=(用L,n,t表示).

(3)下表是某同学记录的3组实验数据,并做了局部计算处理.组次123摆长L/cm80.0090.00100.0050次全振动时间t/s90.095.5100.5振动周期T/s1.801.91重力加速度g/(m·s-2)9.749.73请计算出第3组实验中的T=s,g=m/s2.

(4)用多组实验数据作出T2-L图象,也可以求出重力加速度g,三位同学作出的T2-L图线的示意图如图中的a,b,c所示,其中a和b平行,b和c都过原点,图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值.那么相对于图线b,以下分析正确的选项是(填选项前的字母)()A.出现图线a的原因可能是误将悬点到小球上端的距离记为摆长LB.出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次C.图线c对应的g值小于图线b对应的g值(5)某同学在家里测重力加速度.他找到细线和铁锁,制成一个单摆,如下图,由于家里只有一根量程为30cm的刻度尺,于是他在细线上的A点做了一个标记,使得悬点O到A点间的细线长度小于刻度尺量程.保持该标记以下的细线长度不变,通过改变O、A间细线长度以改变摆长.实验中,当O、A间细线的长度分别为l1、l2时,测得相应单摆的周期为T1、T2,由此可得重力加速度g=(用l1、l2、T1、T2表示).

【解析】(1)单摆要求摆线尽量长,摆球尽量选择较重较小的单摆.所以选择A、D.(2)利用单摆公式计算可得结果.(3)T=,利用单摆周期公式计算得出结果.(4)由公式=,c图象斜率偏小可知周期偏小或者摆长偏大,应选B.(5)T1=2π,T2=2π可以得出结果为.【答案】(1)AD(2)(3)2.019.76(4)B(5)1.做简谐运动的物体,当它每次经过同一位置时,可能不同的物理量是()A.位移 B.速度C.加速度 D.回复力【解析】做简谐运动的物体,经过同一位置时,位移、回复力和加速度是确定不变的,而速度的方向可能不同,故A、C、D错误,B正确.【答案】B2.(2022·扬州一模)如下图,A、B、C三个小钢球的质量分别为2m、m、m,A球振动后,通过张紧的水平细绳给其他各摆施加驱动力.当B、C振动到达稳定时,以下说法中正确的选项是(A.B的振动周期最大B.C的振幅比B的振幅小C.C的振幅比B的振幅大D.A、B、C的振动周期相等【解析】C的固有周期等于驱动力的周期,发生共振,C的振幅大于B的振幅,B项错误,C项正确;所有振子的振动周期都等于驱动力的周期,A项错误,D项正确.【答案】CD3.(2022·常州一模)如下图为某一介质中的甲、乙两个质点振动的位移随时间变化的图象,在t=5s时,两质点的振动方向(填“相同〞或“相反〞).由于两质点的振动,在同一介质中形成了两列机械波,两列波的波长之比λ甲∶λ乙=.

【解析】5s时两质点的振动方向都向y轴负方向.根据图象可知T甲=12s,T乙=8s,在同种介质中机械波的传播速度相同,由v=得出==.【答案】相同3∶24.(2022·天津卷)某同学利用单摆测量重力加速度.(1)为了使测量误差尽量小,以下说法中正确的选项是.

A.组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球B.组装单摆须选用轻且不易伸长的细线C.实验时须使摆球在同一竖直面内摆动D.摆长一定的情况下.摆的振幅尽量大(2)如下图,在物理支架上固定有摆长约1m的单摆.实验时,由于仅有量程为20cm、精度为1mm的钢板刻度尺.于是他先使摆球自然下垂.在竖直立柱上与摆球最下端处于同一水平面的位置做一标记点,测出单摆的周期T1;然后保持悬点位置不变,设法将摆长缩短一些.再次使摆球自然下垂.用同样方法在竖直立柱上做另一标记点,并测出单摆的周期T2;最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上两标记点之间的距离ΔL.用上述测量结果,写出重力加速度的表达式g=.

【答案】(1)BC(2)5.弹簧振子以O点为平衡位置,在B、C两点间做简谐运动,在t=0时刻,振子从O、B间的P点以速度v向B点运动;在t=0.20s时,振子速度第一次变为-v;在t=0.50s时,振子速度第二次变为-v.(1)求弹簧振子振动周期T.(2)假设B、C之间的距离为25cm,求振子在4.00s内通过的路程.(3)假设B、C之间的距离为25cm.从平衡位置计时,写出弹簧振子位移的表达式,并画出弹簧振子的振动图象.【解析】(1)画出弹簧振子简谐运动示意图如下图.由对称性可得T=0.5×2s=1s.(2)假设B、C之间距离为25cm,那么振幅A=×25cm=12.振子4.00s内通过的路程s=4×4×12.5cm=(3)根据x=Asinωt,A=12.5cm,ω==得x=12.5sin(2πt)cm.振动图象为【答案】(1)1s(2)200cm(3)x=12.5sin(2πt)cm图象略温馨提示:趁热打铁,事半功倍.请老师布置同学们及时完成?配套检测与评估?中的练习.第2讲机械波(本讲对应学生用书第202204页)考纲解读1.知道机械波的特点和分类.2.掌握波速、波长和频率的关系,会分析波的图象.3.理解波的干预、衍射现象和多普勒效应,掌握波的干预和衍射的条件.根底梳理1.机械波的形成:在中的传播形成机械波.

2.机械波的分类:(1)横波:质点和波的垂直.横波有波峰和;(2)纵波:质点振动方向和波的传播方向在上.纵波有密部和,声波是.

3.波的图象:横轴表示波的传播方向上的平衡位置,纵轴表示介质中各个质点相对平衡位置的位移.

4.正弦波:波的图象是的机械波.

5.描述机械波的物理量:(1)波长λ:振动相位的两个质点间的距离.波在一个周期里传播的距离等于波长.(2)波速v:波的传播速度,在同一种均匀介质中机械波的传播是的,而传播速度由决定,与波源无关.(3)频率f:波的频率始终等于的振动频率.(4)三者之间的关系:v=.

6.波的衍射:波继续向前传播的现象.只有

或跟波长相差不多,或者时,才能观察到明显的衍射现象.

7.波的干预:频率的两列波叠加,使某些区域的振动,使某些区域的振动,并且振动加强和振动减弱的区域的现象.

8.多普勒效应:由于波源和观察者之间有运动,使观察者感到频率的现象;波源与观察者相对静止时,观察者观测到的频率波源振动的频率;波源与观察者相互靠近,观察者观测到的频率波源振动的频率.波源与观察者相互远离,观察者观测到的频率波源振动的频率.

1.机械振动介质2.(1)振动方向传播方向波谷(2)同一直线疏部纵波3.各个质点某个时刻4.正弦曲线5.(1)总是相同相邻一个(2)匀速介质(3)波源(4)λf6.绕过障碍物缝、孔的宽度障碍物的尺寸比波长更小7.相同始终加强始终减弱始终相互间隔8.相对发生变化等于大于小于机械波传播的特点

1.后一质点落后、重复前一质点的振动.2.介质中各质点的起振方向都与振源的起振方向相同,只不过离波源近的质点先起振,离波源较远的质点起振得要迟一些.3.各质点的振动周期、频率和波源的振动周期、频率相同.4.介质质点的运动是在各自的平衡位置附近的简谐运动,是变加速运动,质点并不随波迁移.5.波是传递振动形式、能量和信息的一种方式.典题演示1(2022·新课标Ⅱ卷)平衡位置位于原点O的波源发出简谐横波在均匀介质中沿水平x轴传播,P、Q为x轴上的两个点(均位于x轴正向),P与O的距离为35cm,此距离介于一倍波长与二倍波长之间,波源自t=0时由平衡位置开始向上振动,周期T=1s,振幅A=5cm.当波传到P点时,波源恰好处于波峰位置;此后再经过5s,平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置,求:(1)P、Q之间的距离.(2)从t=0开始到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源在振动过程中通过的路程.【解析】(1)由题意,O、P两点的距离与波长满足OP=λ=35cm,波速与波长的关系为v=,在t=5s时间间隔内波传播的路程为vt,由题意有vt=PQ+,综上解得PQ=133cm.(2)Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源运动时间为t1=t+T,波源由平衡位置开始运动,每经过,波源运动的路程为A,由题意可知t1=25×T,故t1时间内,波源运动的路程为s=25A=125cm【答案】(1)133cm(2)125cm波的传播方向和质点的振动方向的判定

能够根据波的传播方向判断介质中质点的振动方向,反之也要能够由介质中质点的振动方向来判断波的传播方向.判断方法采用:1.带动法.由波的形成传播原理可知,后振动的质点总是重复先振动质点的运动,且波总是由前面先振动的点向后面振动的点传播的,即前带动后.2.微平移法.所谓微平移法,将波形曲线沿波的传播方向做微小平移,如下图的P(Q)点,移动后它比原来的位置高(低)了,说明经过极短的一段时间它向上(下)运动了.这种方法叫微平移法.这种方法可以由波的传播方向判断某质点的振动方向,也可以由振动方向判断波的传播方向.3.上下坡法.如下图,沿波的传播方向看去,“上坡〞处的质点向下振动,“下坡〞处的质点向上振动,简称“上坡下,下坡上〞.4.同侧法.在波的图上的某一点,沿竖直方向画出一个箭头表示质点的振动方向,并在同一点沿水平方向画个箭头表示波的传播方向,那么这两个箭头总在曲线的同侧.如下图.典题演示2(2022·福建卷)简谐横波在同一均匀介质中沿x轴正方向传播,波速为v.假设某时刻在波的传播方向上,位于平衡位置的两质点a、b相距为s,a、b之间只存在一个波谷,那么从该时刻起,以下四幅波形中质点a最早到达波谷的是()【解析】由图A知,波长λ=2s,周期T=,由图知质点a向上振动,经第一次到达波谷,用时t1=T=,B图对应波长λ=s,周期T=,由图知质点a向下振动,经过第一次到达波谷,用时t2=T=,C图对应波长λ=s,周期T=,由图知质点a向上振动,经过第一次到达波谷,用时t3=T=,D图对应波长λ=,周期T=,由图知质点a向下振动,经第一次到达波谷,用时t4=T=,所以D正确.【答案】D振动图象与波的图象的比拟

振动图象波的图象研究对象一振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一质点的位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象物理意义表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图象信息(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)所有质点在该时刻的位移(3)所有质点在该时刻的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判图象变化随时间推移,图象延续,但已有形状不变随时间推移,波形沿传播方向平移一完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长典题演示3(2022·苏北四市三模)如图甲所示,一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0.2s时刚好传播到x1=4m处.波源在坐标原点,其振动图象如图乙所示,那么这列波的波速为m/s.从图甲所示时刻起,再经s,x2=42m处的质点P第一次处于波峰.

甲乙【解析】波在均匀介质中匀速传播,波速为v==m/s=20m/s.x=2m处波峰的波形传到x=42m处所需时间为t==s=2s.【答案】202波的图象多解问题分析

1.波的图象的周期性形成多解机械波在一个周期内不同时刻图象的形状是不同的,但在相隔时间为周期整数倍的不同时刻图象的形状那么是相同的.机械波的这种周期性必然导致波的传播距离、时间和速度等物理量有多值与之对应,即这三个物理量可分别表示为s=nλ+Δs,t=nT+Δt,v==.(其中n=0,1,2,…)2.一般规律总结由于波动问题多解性的出现,导致了求解波动问题的复杂性,最容易失误的往往就是漏解.鉴于以上原因,在解决波的问题时,一定要考虑其所有可能性,尤其是对题设条件模糊、没有明确说明的物理量,一定要设法考虑其所有的可能性.(1)说质点到达最大位移时,那么有正方向和负方向最大位移两种可能.(2)质点由平衡位置开始振动,那么有起振方向相反的两种可能.(3)只给出两时刻的波形,那么有屡次重复出现的可能等.总之,波的问题要建立多解意识,只要有了多解意识,再加上对题意的仔细分析,一定能得出全部的解.典题演示4(2022·南通、泰州、扬州、淮安二模)如下图,在xOy平面内有一列沿x轴正方向传播的简谐横波,频率为2.5Hz.在t=0时,xP=2m的P点位于平衡位置,速度沿-y方向;xQ=6m的Q点位于平衡位置下方最大位移处.求:(1)质点P第一次有+y方向最大加速度需经过的时间t.(2)波的传播速度v.【解析】(1)P质点经过,到达负向最大位移,此刻有+y方向最大加速度,波的周期T==0.4s,所以t=0.1s.(2)PQ两点间距离xPQ=λ(n=0,1,2,…),波长λ=m(n=0,1,2,…),波速v=λf=m/s(n=0,1,2,…).【答案】(1)0.1s(2)m/s(n=0,1,2,…)波的干预、衍射、多普勒效应的分析

1.波的干预中振动加强点和减弱点的判断方法一:波的干预原理判断法.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.(1)当两波源振动步调一致时,假设Δr=nλ(n=0,1,2,…),那么振动加强;假设Δr=(2n+1)(n=0,1,2,…),那么振动减弱.(2)当两波源振动步调相反时,假设Δr=(2n+1)(n=0,1,2,…),那么振动加强;假设Δr=nλ(n=0,1,2,…),那么振动减弱.方法二:现象法.波峰与波峰相遇,波谷与波谷相遇,振动加强;波峰与波谷相遇,振动减弱.2.波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象,产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长.3.多普勒效应的成因分析(1)接收频率:观测者接收到的频率等于观测者在单位时间内接收到的完整波的个数.当波以速度v通过接收者时,时间t内通过的完整波的个数为N=,单位时间内通过接收者的完整波的个数即接收频率.(2)多普勒效应的两种情况①波源不动②观察者不动典题演示5(2022·盐城三模)如下图,装有多普勒测速仪的汽车测速监视器安装在公路旁,它向行驶中的车辆发射频率的超声波,并接收被车辆反射回来的反射波.当某汽车向测速监视器靠近时,被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比()A.频率不变,波速变小 B.波速不变,频率变小C.频率不变,波速变大 D.波速不变,频率变大【解析】波的传播速度只与介质有关,当波源靠近观察者时,观察者接收到的频率变大,D项正确.【答案】D1.频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动.以v表示声源的速度,v声表示声波的速度(v<v声),f表示接收器接收到的频率.假设f增大,那么()A.v增大,v声增大 B.v增大,v声不变C.v不变,v声增大 D.v减小,v声不变【解析】由于声波的速度由介质决定,故v声不变.据多普勒效应可知,当声源靠近接收器时接收到的频率变高,v增大.故B正确.【答案】B2.(2022·北京卷)周期为2.0s的简谐横波沿x轴传播,该波在某时刻的图像如下图,此时质点P沿y轴负方向运动,那么该波()A.沿x轴正方向传播,波速v=20m/sB.沿x轴正方向传播,波速v=10m/sC.沿x轴负方向传播,波速v=20m/sD.沿x轴负方向传播,波速v=10m/s【解析】根据机械波的速度公式v=,由图可知波长为20m,再结合周期为2s,可以得出波速为10m/s.应用“同侧法〞等方法判断波沿x轴正方向传播.因此答案为B.【答案】B3.(2022·四川卷)简谐横波在均匀介质中沿直线传播,P、Q是传播方向上相距10m的两质点,波先传到P,当波传到Q开始计时,P、Q两质点的振动图象如下图.那么()A.质点Q开始振动的方向沿y轴正方向B.该波从P传到Q的时间可能为7sC.该波的传播速度可能为2m/sD.该波的波长可能为6m【解析】由图线可知,质点Q开始起振的方向沿y轴正方向,选项A正确;振动由P向Q传播,由图线可知T=6s,故振动从P传到Q的时间可能为(nT+4)s=v(6n+4)s,(n=1,2,3,…),故不可能为7s,选项B错误;根据(nT+4)v=10m可得v=m/s(n=1,2,3,…),故波速不可能为2m/s,选项C错误;根据λ=vT=m,当n=1时,λ=6m,选项D正确.应选A、D.【答案】AD4.(2022·淮安5月模拟)一列简谐横波,沿x轴正方向传播.t=0时刻的波形图如图甲所示,图乙是图甲中某质点的振动图象.那么该波的波速为m/s;图乙表示图甲中(填“A〞“B〞“C〞或“D〞质点的振动图象.

甲乙【解析】从图甲中可得波长为λ=2m,从图乙中可得周期为T=0.2s,故波速为v==10m/s,图乙中的质点在0时刻从平衡位置向上振动,根据走坡法可得图甲中的A点在波峰,将向下运动,B点在平衡位置,将向上运动,C点在波谷,将向上运动,D点在平衡位置向下运动,故图乙为图甲中B点的振动图象.【答案】10B5.(2022·南京三模)空间中存在一列向右传播的简谐横波,波速为2m/s,在t=0时刻的波形如图甲所示,那么x=2.0m处质点的位移—时间(y-t)关系表达式为cm.请在图乙中画出该简谐横波t1=0.25s时刻的波形图甲乙【解析】x=2m处的质点在平衡位置向下振动,振动方程为y=5sin(2πt+π)或y=-5sin2πt;根据v=得出T==1s,经过0.25s波形向前传播λ=0.【答案】y=-5sin2πt或y=5sin(2πt+π)图象略6.(2022·扬州一模)一列简谐波沿-x方向传播,t=0时刻的波形图如下图,t=0.3s时Q质点恰好第一次到达波谷位置.求:(1)0.3s内P质点通过的路程.(2)这列波的波速v.【解析】(1)由题意得T=0.3s,所以周期T=0.4s.在0.3s内P质点从波峰向下运动到波谷再到平衡位置,路程为6cm.(2)v==m/s=10m/s.【答案】(1)6cm(2)10m/s温馨提示:趁热打铁,事半功倍.请老师布置同学们及时完成?配套检测与评估?中的练习.第3讲光的折射全反射(本讲对应学生用书第204207页)考纲解读1.理解折射定律.2.理解介质折射率的定义,会用折射率公式进行有关计算.3.认识光的全反射现象和产生光的全反射的条件.4.了解棱镜色散现象.5.会测定玻璃的折射率.根底梳理1.光的反射定律:光线跟光线、处在同一平面上,反射光线与入射光线分别位于的两侧,等于入射角.

2.折射定律:与、处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于的两侧;入射角的与折射角的成正比.公式为=n12.

3.光路的可逆性:在光的折射和反射现象中,光路是的.

4.折射率:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的与折射角的之比,即为这种介质的绝对折射率,符号用表示.同时折射率与光在真空中和在介质中的传播速度的关系为n=.

5.光疏介质和光密介质:折射率较的介质称为光疏介质,折射率较的介质称为光密介质.光疏介质和光密介质是的.

6.全反射:光从介质入射到介质时,光线被全部回原介质的现象.

7.光的色散:含有颜色的光被分解为光的现象;光的颜色有差异是因为不同;同一介质对不同色光的折射率,七种单色光中的折射率最小,的折射率最大.

8.测玻璃的折射率(实验)(1)实验原理:如下图,用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O'B,确定出O'点,画出折射光线OO',然后测量出角i和r,根据n=计算玻璃的折射率.(2)实验步骤:①将白纸用图钉按在绘图板上.②在白纸上画出一条直线aa'作为界面(线),过aa'上的一点O画出界面的法线NN',并画一条线段AO作为入射光线.③把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa'对齐,画出玻璃砖的另一边bb'.④在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线方向,直到P2挡住P1的像.再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置.⑤移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线O'B,与bb'交于O',直线O'B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向.⑥连接OO',入射角i=∠AON,折射角r=∠O'ON'.用量角器量出入射角和折射角,从三角函数表中查出它们的正弦值,把这些数据记录在自己设计的表格中.⑦用上述方法分别求出不同入射角时的折射角,查出它们的正弦值,填入表格中.⑧算出不同入射角时的比值,最后求出在几次实验中所测的平均值,即为玻璃砖折射率的测量值.1.反射入射法线法线反射角2.折射光线入射光线法线法线正弦正弦3.可逆4.正弦正弦n5.小大相对6.光密光疏反射光密7.多种单色波长不同红光紫光对折射定律的理解

光由一种介质进入另一种介质时会发生折射现象,入射角与折射角的正弦之间要满足折射定律,但要注意:不管光是由空气进入介质中还是由介质进入空气中,计算时都可以直接用大角的正弦比上小角的正弦,即=n.典题演示1(2022·南通、扬州、泰州三模)如下图,有一四棱镜ABCD,∠B=∠C=90°,∠D=75°.某同学想测量其折射率,他用激光笔从BC面上的P点射入一束激光,从Q点射出时与AD面的夹角为30°,Q点到BC面垂线的垂足为E,P、Q两点到E点的距离分别为a、a,真空中光速为c.求:(1)该棱镜材料的折射率n.(2)激光从P点传播到Q点所需的时间t.【解析】(1)由题意,根据QE⊥BC,QE=PE得∠PQE=30°,由几何关系可知,激光在AD面上的入射角i=45°,折射角为γ=60°,光从介质射向真空,由折射定律得n==.(2)光在棱镜中传播的速度v=,运动的时间t=,解得t=.【答案】(1)(2)对全反射条件的理解

全反射条件:(1)光由光密介质射向光疏介质.(2)入射角大于或等于临界角.临界角C表示式:由折射定律知,光由某介质射向真空(或空气)时,假设刚好发生全反射,那么n=.典题演示2(2022·南通、连云港、扬州、淮安二模)如下图,一半圆形玻璃砖半径R=18cm,可绕其圆心O在纸面内转动,M为一根光标尺,开始时玻璃砖的直径PQ与光标尺平行.一束激光从玻璃砖左侧垂直于PQ射到O点,在M上留下一光点O1.保持入射光方向不变,使玻璃砖绕O点逆时针缓慢转动,光点在标尺上移动,最终在距离O1点h=32cm处消失.O、O1间的距离l=24cm,光在真空中传播速度c=3.0×108m/s(1)玻璃砖的折射率n.(2)光点消失后,光从射入玻璃砖到射出过程经历的时间t.【解析】(1)发生全反射时光路如图,tanθ==,全反射临界角C=-θ,玻璃的折射率n===1.67.(2)光在玻璃中传播的速度v=,全反射时光穿过玻璃砖的时间t==2×10-9s.【答案】(1)1.67(2)2×10-9s光的色散

如下图,一束白光通过三棱镜后会分解成由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色组成的光谱.注意:(1)我们把射出棱镜的光线与入射光线方向的夹角叫光通过棱镜的偏向角.实验说明,白光色散时,红光的偏向角最小,紫光的偏向角最大.这说明玻璃对不同色光的折射率不同,紫光的折射率最大,红光的折射率最小,依次为n紫>…>n红.由于介质中的光速v=,故折射率大的光速小,各种色光在介质中的光速依次为v紫<v蓝<…<v红,即红光的速度最大,紫光速度最小.典题演示3(2022·重庆卷)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球来说明.两束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带,光路如下图.M、N、P、Q点的颜色分别为()A.紫、红、红、紫 B.红、紫、红、紫C.红、紫、紫、红 D.紫、红、紫、红【解析】白光中的可见光局部从红到紫排列,对同一介质的折射率n紫>n红,由折射定律知紫光的折射角较小,由光路可知,紫光将到达M点和Q点,而红光到达N点和P点,应选A.【答案】A测定玻璃的折射率

1.数据处理的方法(1)计算法:用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,算出不同入射角时的,并取平均值.(2)图象法:改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2图象,由n=可知图象应为直线,如下图,其斜率就是玻璃的折射率.(3)辅助线段法:利用直尺作辅助线,测出辅助线的长度大小,求玻璃的折射率.如下图,作辅助线,且垂直于,量出、,作辅助线,且垂直于,量出、,那么sinθ1=,sinθ2=,即可求出n==.(4)“单位圆法〞:以入射点O为圆心,以适当长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO'于E'点,过E作NN'的垂线EH,过E'作NN'的垂线E'H'.如下图,sinθ1=,sinθ2=,OE=OE'=R,那么n==.只要用刻度尺量出EH、E'H'的长度就可以求出n.2.实验中的考前须知(1)在用n=计算介质折射率时,θ1应为光线在空气中与法线的夹角,θ2应为光线在介质中与法线的夹角.(2)玻璃砖应选用厚度、宽度较大的.(3)大头针要插得竖直,且间隔要适当大些.(4)入射角不宜过大或过小,一般在15°~75°之间.(5)在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线.(6)实验过程中,玻璃砖和白纸的相对位置不能改变.典题演示4(2022·南通、泰州、扬州、淮安二模)测定玻璃的折射率.取一块半圆形玻璃砖,O点为圆心,一束红色激光从左侧圆面对准圆心O进入玻璃砖,最初入射光线垂直于玻璃砖右侧平面,如图中实线所示.保持入射光方向和O点位置不变,让玻璃砖绕O点沿逆时针方向缓慢旋转,当转过θ角时(图中虚线位置),折射光线消失.那么玻璃对红光的折射率n=.假设换绿色激光重复上述实验,折射光线消失时,玻璃砖转过的角度θ'(填“>〞“=〞或“<〞)θ.

【解析】入射光线与法线的夹角为θ,根据全反射知识有sinθ=,得出n=;绿光的折射率大于红光,临界角更小,玻璃砖转过的角度小于θ就能全反射.【答案】<1.(2022·南京、盐城、连云港二模)两束不同频率的平行单色光a、b分别由水射入空气发生如下图的折射现象(α<β),以下说法中正确的选项是()A.随着a、b入射角度的逐渐增加,a先发生全反射B.水对a的折射率比水对b的折射率小C.a、b在水中的传播速度va>vbD.a、b入射角为0°时,没有光线射入空气中【解析】随着入射角度的增加,β先到达90°发生全反射,A项错误;根据光路可逆可知水对a光的折射率小,B项正确;根据v=得出折射率大的传播速度小,C项正确;入射角为0°时,光线垂直射入空气,D项错误.【答案】BC2.如下图,有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气中射向E点,并偏折到F点.入射方向与边AB的夹角为θ=30°,E、F分别为边AB、BC的中点,那么()A.该棱镜的折射率为B.光在F点发生全反射C.光从空气进入棱镜,波长变大D.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行【解析】在E点作出法线可知入射角为60°,折射角为30°,折射率为,A对;由光路的可逆性可知,在BC边上的入射角小于临界角,不会发生全反射,B错;由公式v=λf知,v变小,f不变,那么λ变小,可知C错;三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折,不会与入射到E点的光束平行,故D错.【答案】A3.(2022·四川卷)某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n.如图甲所示,O是圆心,MN是法线,AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径.该同学测得多组入射角i和折射角r,作出sini-sinr图象如图乙所示.那么()甲乙A.光由A经O到B,n=1.5B.光由B经O到A,n=1.5C.光由A经O到B,n=0.67D.光由B经O到A,n=0.67【解析】在此题中,介质折射率为空气中角度的正弦值和介质中角度的正弦值之比,那么n===1.5.又由于题目中所说的入射角为i,可以得出光线是从B经O到A,应选项B正确.【答案】B4.(2022·盐城三模)如下图,ABCD是厚度为d的圆柱形玻璃体截面.厚度不计、半径为r的圆形LED灯贴在玻璃体CD面上,圆心与CD面中心P重合,其发出的光从AB面射出,玻璃的折射率为.不考虑光在AD和BC面上的反射.要使光从AB面射出的角度范围为180°,求玻璃体的最小半径R.【解析】根据折射定律有n=,根据几何关系有R+r=dtanr.解得R=d-r【答案】d-r5.(2022·扬州四模)如下图,ABCD为一棱镜的横截面,∠A=∠B=90°,∠C=60°,CD面为镀银的反射面,BC边长为L.一束单色光垂直AB面射入棱镜,从BC面中点P射出后垂直射到与水平方向成30°的光屏MN上,光在真空中速度为c.求:(1)棱镜材料的折射率.(2)光束在棱镜中传播的时间.【解析】(1)根据折射定律可得n==.(2)根据公式v==,故传播时间t==.【答案】(1)(2)6.(2022·南京三模)如下图,玻璃棱镜ABC可以看成是由ABE、AEC两个直角三棱镜组成的,有关角度如图.一束频率为5.3×1014Hz的单色细光束从AB面入射,在棱镜中的折射光线如图中ab所示,ab与AB面的夹角α=60°.光在真空中的速度c=3×108m/s,玻璃的折射率n=1.(1)求光在棱镜中的波长.(2)该束光能否从AC面射出?请通过计算说明.【解析】(1)根据n=,得v==m/s=2×108m根据v=λf,得λ==m=3.77×10-7(2)该束光线不能从AC面射出.光路如下图,ab光线在AC面的入射角为45°.该玻璃的临界角为C,那么sinC===0.67,sin45°>0.67,故光线ab在AC面会发生全反射,不能从AC面射出.【答案】(1)3.77×10-7m(2)不能温馨提示:趁热打铁,事半功倍.请老师布置同学们及时完成?配套检测与评估?中的练习.第4讲光的干预、衍射和偏振(本讲对应学生用书第208210页)考纲解读1.知道光的干预条件.2.知道薄膜干预现象.3.知道产生光的衍射的条件和条纹特点.4.知道光的偏振现象,了解光的偏振现象的应用.5.了解激光的特性和应用.根底梳理1.光的干预:两个在相互叠加的区域,某些区域相互加强出现纹;某些区域相互减弱出现纹,且亮纹与暗纹的现象.

2.光谱:含有多种颜色的光被分解后,各种色光按其有序排列.

3.折射率和波速的关系:在同一种物质中,不同波长的光波传播速度不一样,波长越短,波速越.

4.光的衍射:光遇到障碍物时,偏离的方向而射到区域的现象.产生衍射的条件是可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还.

5.衍射光栅:实验说明,如果增加狭缝的个数,衍射条纹的宽度将,亮度将.光学仪器中的衍射光栅就是据此制成的,它是由许多的狭缝地排列起来形成的光学仪器.

6.光的偏振:(1)自然光:在垂直于传播方向上的沿一切方向振动的光;(2)偏振光:振动沿着某一个特定的方向的光.由光的偏振可得光是一种.立体电影是光的偏振的实际应用.

7.相干光:相同、恒定,偏振方向一致的光.

8.激光的特点:(1)是一种人工产生的相干光,具有高度的性.(2)非常好.(3)高.激光的一个重要应用是照相.

1.相干光源亮暗相互隔开2.波长3.小4.直线传播阴影障碍物的尺寸小5.变窄增加等宽等距离6.横波7.频率相位差8.(1)相干(2)平行度(3)亮度全息双缝干预

1.双缝干预条纹特征(1)单色光经双缝产生的干预图样的亮纹(或暗纹)宽度相等,即干预条纹是等间距的.(2)相邻两明条纹(或暗条纹)间的距离Δx=λ.其中d为两缝间的距离,L为双缝到光屏的距离,λ为单色光的波长.白色光经双缝产生的干预条纹是彩色的,中央是白色的.2.明暗条纹的判断方法(1)单色光①如下图,光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2,…)时,光屏上出现明条纹.②光的路程差r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2,…)时,光屏上出现暗条纹.(2)白光:光屏上出现彩色条纹.(3)中央条纹为明条纹.典题演示1(2022·新课标Ⅰ卷)在双缝干预实验中,分别用红色和绿色的激光照射同一双缝,在双缝后的屏幕上,红光的干预条纹间距Δx1与绿光的干预条纹间距Δx2相比Δx1Δx2(填“>〞“<〞或“=〞).假设实验中红光的波长为630nm,双缝到屏幕的距离为1m,测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm,那么双缝之间的距离为【解析】双缝干预条纹间距Δx=,红光波长长,所以红光的双缝干预条纹间距较大,即Δx1>Δx2.条纹间距根据数据得Δx==2.1mm=2.1×10-3m,根据Δx=得d===3×10【答案】>0.3薄膜干预

1.薄膜干预(1)如下图,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形.(2)光照射到薄膜上时,在膜的前外表AA'和后外表BB'分别反射出来,形成两列频率相同的光波,并且叠加.(3)原理分析单色光:①在P1、P2处,两个外表反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍,即Δr=nλ(n=0,1,2,3,…),薄膜上出现明条纹.②在Q处,两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍,即Δr=(2n+1)(n=0,1,2,3,…),薄膜上出现暗条纹.白光:薄膜上出现水平彩色条纹.2.薄膜干预的应用(1)干预法检查平面如下图,两板之间形成一楔形空气膜,用单色光从上向下照射,如果被检平面是平整光滑的,我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹;假设被检平面不平整,那么干预条纹发生弯曲.(2)透镜外表上的增透膜,其中增透膜厚度d=.典题演示2如图甲所示,用单色光照射透明标准板来检查平面N的上外表的平滑情况,观察到现象如图乙所示的条纹中的A和B的情况,这说明()甲乙A.N的上外表A处向上凸起B.N的上外表B处向上凸起C.N的上外表A处向下凹陷D.N的上外表B处向下凹陷【解析】利用光的薄膜干预来检查平面,如果被检测的平面是平的,那么空气层的厚度相同的各点的干预条纹在一条直线上;如果被测平面的某处凹下去了,这时干预条纹就不是直线,在凹处的干预条纹将向楔形膜中薄的一侧弯曲;如果被测平面某处凸起,那么该处的干预条纹将向楔形膜中厚的一侧弯曲.【答案】BC干预与衍射的比拟

1.干预与衍射的比拟两种现象比拟工程双缝干预单缝衍射不同点产生条件频率相同的两列相干光叠加狭缝或孔足够小条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等,中央最宽条纹间距各相邻条纹等间距各相邻条纹间距不等亮度清晰条纹,亮度根本相等中央条纹最亮,两边变暗条纹的变化条纹间距与波长成正比条纹随缝宽而变化,缝越窄衍射现象越明显相同点干预、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干预、衍射都有明暗相间的条纹2.光的干预和衍射的本质光的干预和衍射都属于光的叠加,从本质上看,干预条纹和衍射条纹的形成有相同的原理,都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波,在屏上叠加形成的单缝衍射现象.典题演示3以下说法中正确的选项是()A.肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是光的干预现象造成的B.天空中彩虹是光的干预现象造成的C.圆屏阴影中心的亮斑(泊松亮斑)是光的衍射现象造成的D.在阳光照射下,电线下面没有影子,是光的衍射现象造成的【解析】肥皂泡的彩色条纹是薄膜干预的结果,由于阳光中不同频率的色光在膜的不同厚度处经膜的上下或前后外表反射产生加强或减弱,互相重叠形成彩色,A正确;彩虹是阳光的折射形成的光的色散现象,B错误;泊松亮斑是单色光绕过圆屏而会聚到阴影中心的光的衍射现象,C正确;因为电线的尺寸太小,电线下面的地面上没有形成电线的本影区,所以看不到影子,D错误.【答案】AC对偏振现象的理解

1.自然光与偏振光的区别除了直接从光源发出的光外,日常生活中遇到的光大都是偏振光.(1)自然光:在任意一个垂直于光传播方向上振动的光波的强度都相同.(2)偏振光:在垂直于光波传播方向的平面内,只沿某一个特定方向振动的光.2.偏振光的产生方式(1)自然光通过起偏器:通过两个共轴的偏振片观察自然光,第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光,叫起偏器,第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光,叫检偏器.(2)自然光射到两种介质的交界面上,如果光入射的方向适宜,使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直.注意:误认为偏振片就是刻有狭缝的薄片,偏振片并非刻有狭缝,而是具有一种特征,即存在一个偏振方向,只让平行于该方向振动的光通过,其他振动方向的光被吸收了.3.偏振光的理论意义及应用(1)理论意义:光的干预和衍射现象充分说明了光是波,但不能确定光波是横波还是纵波.光的偏振现象说明光波是横波.(2)光的偏振现象有很多应用:如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物的照片时,由于水面或玻璃外表的反射光的干扰,常使景象不清楚,如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,就可以减弱反射光的影响而使景象清晰;夜晚行车时,对方照射过来的光很强,假设加一个偏振片,可减弱对眼睛的照射.需使偏振片的透振方向与对面射来的偏振光的振动方向垂直;立体电影也是利用了光的偏振原理.典题演示4如下图,电灯S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向,看不到光亮.那么()A.图中a光为偏振光B.图中b光为偏振光C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮【解析】自然光沿各个方向是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光.从电灯直接发出的光为自然光,A错;它通过A偏振片后,即变为偏振光,那么B对;设通过A的光沿竖直方向振动,P点无光亮,B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光,将B转过180°后,P处仍无光亮,C错;假设将B转过90°,那么该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片,那么偏振光能通过B,即在P处有光亮,D对.【答案】BD甲1.某同学使用激光器作光源,在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05mm的窄缝,进行光的衍射实验.如图甲所示,那么他在光屏上看到的条纹是图乙中的(ABCD乙【解析】激光照射到单缝发生衍射,单缝衍射条纹的特点是条纹明暗相间,中央条纹宽,两侧的条纹窄,单缝衍射条纹与单缝平行,D正确.【答案】D2.在杨氏双缝干预实验中,如果()A.用白光作为光源,屏上将呈现黑白相间的条纹B.用红光作为光源,屏上将呈现红黑相间的条纹C.用红光照射一条狭缝,用紫光照射另一条狭缝,屏上将呈现彩色条纹D.用紫光作为光源,遮住其中一条狭缝,屏上将呈现间距不等的条纹【解析】白光作为光源,屏上将呈现彩色条纹,A错误;用红光做双缝干预,图样为红黑相间,故B正确;红光和紫光频率不同,不能产生干预图样,C错误;遮住一条狭缝时,紫光将发生单缝衍射,形成衍射图样,D正确.【答案】BD3.以下有关薄膜干预的说法中,正确的选项是()A.薄膜干预说明光具有波动性B.如果薄膜的厚度不同,产生的干预条纹一定不平行C.干预条纹一定是彩色的D.利用薄膜干预也可以“增透〞【解析】干预和衍射都证明光具有波动性.如果薄膜厚度均匀变化,那么干预条纹一定平行.白光的干预条纹为彩色条纹,单色光的干预条纹那么与该光同颜色.当膜的厚度为四分之一波长时,两反射光叠加后减弱,那么会“增透〞.【答案】AD4.关于光的偏振现象,以下说法中正确的选项是()A.偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同B.自然光在水面反射时,反射光和折射光都是一定程度的偏振光C.光的偏振现象说明光是一种纵波D.照相机镜头外表的镀膜是光的偏振现象的应用【解析】自然光是在垂直于传播方向上的沿一切方向振动且各个方向振动的光波强度都相同,而不是偏振光,故A错误;自然光在水面反射时,反射光和折射光的振动方向不同,都是一定程度的偏振光,所以B正确;光的偏振现象说明光是一种横波,故C错误;照相机的增透膜,使得反射光发生干预从而使其减弱,镀膜是光的干预现象的应用,故D错误.【答案】B5.(2022·南通、泰州、扬州、淮安二模)2022年,科学家利用激光干预方法探测到由于引力波引起的干预条纹的变化,这是引力波存在的直接证据.关于激光,以下说法中正确的选项是()A.激光是自然界中某种物质直接发光产生的,不是偏振光B.激光相干性好,任何两束激光都能发生干预C.用激光照射不透明挡板上小圆孔时,光屏上能观测到等间距的光环D.激光全息照片是利用光的干预记录下物体三维图像的信息【解析】激光是偏振光,A项错误;频率相同、相位差恒定的两束激光能发生干预,B项错误;小圆孔衍射观测的是间距不等的光环,C项错误;全息照相利用光的干预原理,D项正确.【答案】D温馨提示:趁热打铁,事半功倍.请老师布置同学们及时完成?配套检测与评估?中的练习.第5讲电磁波与相对论(本讲对应学生用书第210212页)考纲解读1.了解麦克斯韦电磁场理论的根本思想.2.了解电磁波的产生;体会电磁场的物质性.3.了解电磁波的周期、频率、波长和波速以及它们在真空中的关系式λ=.4.知道电磁波谱及各种频率范围内电磁波的不同用途.5.知道狭义相对论的实验根底、根本原理和主要结论.6.了解经典时空观与相对论时空观的主要区别.根底梳理1.电磁波的发现过程:建立了经典电磁场理论,并了电磁波的存在,电磁波是波.首先捕捉到了电磁波,他还通过测量证明了电磁波在真空中的速度为,从而证实了麦克斯韦的电磁场理论.

2.无线电波的发射:要有效地发射电磁波,需要具有两个条件:(1)要有足够高的振荡频率.(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间,这样才能有效地把能量辐射出去.3.信息的传递:的创造揭开了电信的序幕,的发现又实现了无线通信.电磁波的频率越高,相同时间内传递的信息量越.

4.摄像机和电视机1s内传送幅画面,由于视觉

暂留,我们感觉到的便是活动的影像.5.雷达是利用电磁波的原理制成的,所以雷达用的是波长较短的.

6.电磁波谱:按电磁波的或大小的顺序把各种波排列成谱.太阳辐射的能量主要集中在、和三个区域.

7.伽利略相对性原理:在任何惯性系中都是相同的.

8.狭义相对论的两个根本假设(1)——在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的.

(2)——真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的.

9.相对论的时空观:经典物理学认为空间和时间之间,相对论那么认为空间和时间与物质的运动.

1.麦克斯韦预言横赫兹3.0×1083.电报电磁波大4.255.反射微波6.波长频率可见光红外线紫外线7.力学规律8.(1)狭义相对性原理(2)光速不变原理9.没有联系有关麦克斯韦电磁场理论的根本思想

1.恒定的电场不产生磁场.2.恒定的磁场不产生电场.3.均匀变化的磁场在周围空间产生稳定的电场.4.均匀变化的电场在周围空间产生稳定的磁场.5.周期性变化的电场产生周期性变化的磁场.6.周期性变化的磁场产生周期性变化的电场.典题演示1以下关于电磁波的说法中,正确的选项是()A.电磁波只能在真空中传播B.电场随时间变化时一定产生电磁波C.做变速运动的电荷可能会在空间产生电磁波D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在【解析】电磁波是电磁场这种物质在空间的传播,它既可在真空中传播,也可在介质中传播,A错误;当电场随时间均匀变化时产生稳定的磁场,稳定的磁场不能再产生电场,就不能形成电磁波,B错误;做非匀变速运动的电荷会产生变化的磁场,变化的磁场在其周围空间可能产生变化的电场……电场、磁场交替产生,向外传播的过程就形成了电磁波,C正确;麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在,赫兹通过实验证实了电磁波的存在,D错误.【答案】C电磁波的特点

电磁波与机械波的区别名称工程电磁波机械波研究对象电磁现象力学现象产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生波的特点横波纵波或横波波速在真空中等于光速(很大)(c=3×108在空气中不大(如声波波速一般为340m/s)介质需要不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)能量传播电磁能机械能共同点能发生反射、折射等现象;能产生干预、衍射等现象电磁波的波长、波速、频率之间符合关系式λ=典题演示2(2022·北京卷)以下说法中正确的选项是()A.电磁波在真空中以光速c传播B.在空气中传播的声波是横波C.声波只能在空气中传播D.光需要介质才能传播【解析】光波属于电磁波,光波在真空中的速度也就是电磁波在真空中的速度,选项A正确.空气中的声波是振源的振动造成空气密度的变化而产生的,它存在密部和疏部,属于纵波,选项B错误.声波不仅仅能在空气中传播,在固体、液体中都可以传播,选项C错误.光波属于电磁波,电磁波是通过电磁场的交替变化传递的,不需要介质,选项D错误.【答案】A电磁波谱

1.电磁波谱的排列、产生机理、特性、用途可概括如下表.波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线产生机理振荡电路中自由电子运动原子外层电子受激发原子内层电子受激发原子核受激发特性波动性强热效应引起视觉化学作用、荧光效应、杀菌贯穿作用强贯穿本领最强应用无线电技术加热、遥感照明、摄影感光技术、医用消毒检查探测、医用透视工业探伤、医用治疗2.波长不同的电磁波,表现出不同的特性.其中波长较长的无线电波和红外线等易发生干预、衍射现象;波长较短的紫外线、X射线、γ射线等,穿透能力较强.3.电磁波谱中,相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线,如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有局部重叠.典题演示3以下说法中正确的选项是()A.只有物体温度较高时,才能向外辐射红外线B.紫外线的主要作用是化学作用C.可见光比红外线容易发生衍射现象D.X射线在磁场中偏转,穿透力较强,可用来进行人体透视【解析】一切物体都可以向外辐射红外线,A错误;紫外线有显著的生理作用,杀菌能力较强,紫外线有很强的荧光效应,可用来防伪,B正确;可见光的波长小于红外线的波长,所以红外线更容易发生衍射现象,C错误;X射线是电磁波,不带电,不能在磁场中偏转D错误.【答案】B狭义相对论

1.“同时〞的相对性在一个参考系中同时发生的两个事件,在另一个参考系看来是不同时的.这里有一个结论:地面上认为同时的两个事件,对于在沿着两个事件发生地的连线上运动的观察者来说,距离观察者更远的那个事件先发生.2.长度的相对性——“尺缩〞效应一个物体相对于观察者静止时,它的长度测量值最大;相对于观察者运动时,观察者在运动方向上观测,它的长度要缩短,速度越快,缩得越短.运动的尺子变短的公式为l=l0.(1)在垂直于运动方向上,杆的长度没有变化.(2)“尺缩〞效应是相对的,如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动,与他们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了.3.时间间隔的相对性——“钟慢〞效应时钟相对于观察者静止时,走时准确;相对于观察者运动时,观察者会看到它变慢了,运动速度越快,效果越明显.运动的时钟变慢的公式为Δt=.“钟慢〞效应是相对的,如果两位观察者有相对运动,他们都会认为对方的钟变慢了.