2019版高考物理大一轮复习 专题十三 机械振动 机械波 光 电磁波 相对论简介课件（打包4套）.zip

专题十三 机械振动 机械波光 电磁波 相对论简介考点内容 要求 热点1.简谐运动 Ⅰ 1.从近几年的高考试题来看，对本章内容主要考查简谐运动的图象、波动图象以及波的传播规律等；另外对光学知识的考查主要以折射定律、全反射等知识为主．2.理解简谐运动图象的物理意义，掌握两种简谐运动模型，掌握单摆的周期公式．3.理解机械波的三大关系：波速、波长、频率间的关系；空间距离和时间的关系；质点的振动方向和波的传播方向间的关系．2.简谐运动的公式和图象 Ⅱ3.单摆、单摆的周期公式 Ⅰ4.受迫振动和共振 Ⅰ5.机械波 Ⅰ6.横波和纵波 Ⅰ7.横波的图象 Ⅱ8.波速、波长和频率 (周期 )的关系 Ⅰ9.波的干涉和衍射现象 Ⅰ10.多普勒效应 Ⅰ(续表 )考点内容 要求 热点11.光的折射定律 Ⅱ 4.几何光学中，注重正确规范地作图，将有关规律和几何关系相结合．5.理解电磁波、相对论的基本概念及规律．12.折射率 Ⅰ13.全反射、光导纤维 Ⅰ14.光的干涉、衍射和偏振现象 Ⅰ15.电磁波的产生 Ⅰ16.电磁波的发射、传送和接收 Ⅰ17.电磁波谱 Ⅰ18.狭义相对论的基本假设 Ⅰ19.质能关系 Ⅰ(续表 )考点内容 要求 热点实验十四：探究单摆的运动 用单摆测定重力加速度—实验十五：测定玻璃的折射率 —实验十六：用双缝干涉测量光的波长 —第 1讲 机械振动一、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 ________作 用下的振动．回复力零2．平衡位置：物体在振动过程中回复力为 ________的位置．3．回复力平衡位置平衡位置(1)定义：使物体返回到 ________的力．(2)方向：总是指向 ________．(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．4．两个典型的简谐运动模型（续表）【 基础检测 】1． (多选 )弹簧振子在光滑的水平面上做简 谐运动，在振子)向着平衡位置运动的过程中，下列说法正确的是 (A．振子所受的回复力逐渐减小B．振子离开平衡位置的位移逐渐增大C．振子的速度逐渐增大D．振子的加速度逐渐增大E．振子的机械能守恒答案： ACE二、简谐运动的规律和图象1．简谐运动的规律(1)变化规律(2)对称规律对称性 相同 相反＝① 做简谐运动的物体，在关于平衡位置对称的两点，回复力、位移、加速度具有等大反向的关系，另外速度的大小、动能具有 ________，速度的方向可能 ________或 ________．② 振动物体来回通过相同的两点间的时间相等，如 tBC＝tCB；振动物体经过关于平衡位置对称的等长的两线段的时间相等，如 tBC________tB′C′，如图 13-1-1 所示．图 13-1-1(3)运动的周期性特征相隔 T 或 nT 的两个时刻振动物体处于同一位置且振 动状态相同．2．简谐运动的图象Asin ωtAcos ωt(1)从平衡位置开始计时，函数表达式为 x＝ __________，图象如图 13-1-2 甲所示．甲 乙图 13-1-2(2)从最大位移处开始计时，函数表达式为 x＝ ________，图象如图乙所示．(3)图象的意义：反映了位移随时间的变 化规律．随时间的延长而延伸，图象不是质点运动的轨迹．列说法中错误的是 (【 基础检测 】2． (多选 )关于简谐运动的位移、加速度 和速度的关系，下)A．位移减小时，加速度减小，速度也减小B．位移方向总是与加速度方向相反，与速度方向相同C．物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向与位移方向相反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同D．物体向负方向运动时，加速度方向与速度方向相同；向正方向运动时，加速度方向与速度方向相反E．速度和加速度不可能同时增大答案： ABD三、受迫振动和共振1．受迫振动驱动力等于大(1)定义：质点在 ________作用下的运动．(2)特点：受迫振动的周期和频率 ________驱动力的周期和频率．2．共振：当驱动力的周期和频率等于物 体的固有周期和频率时，受迫振动的振幅最 ________，这种现象叫共振．【 基础检测 】3．汽车的车身是装在弹簧上的，如果这个系统的固有周期是 1.5 s，汽车在一条起伏不平的路上行驶，路上各凸起处大约都相隔 8 m，汽车以多大速度行驶时，车身上下颠簸得最剧烈？考点 1 简谐运动的特征⊙重点归纳1．力学特征：简谐运动的回复力满足 F＝－ kx，位移 x 与回复力的方向相反．由牛顿第二定律知，加速度 a 与位移的大小成正比，方向相反．2．运动特征：当 v、 a 同向 (即 v、 F 同向，也就是 v、 x 反向 )时， v 一定增大；当 v、 a 反向 (即 v、 F 反向，也就是 v、 x同向 )时， v 一定减小．当物体靠近平衡位置时， a、 F、 x 都减小， v 增大；当物体远离平衡位置时， a、 F、 x 都增大， v 减小．化，其周期为 —.3．能量特征：对弹簧振子和单摆来说，振幅越大，能量越大，在振动过程中，动能和势能相互转化，机械能守恒．4．周期性特征：物体做简谐运动时，其位移、回复力、加速度、速度等矢量都随时间做周期性的变化，它们的周期就是简谐运动的周期 T.物体的动能和势能也随时间做周期性的变T25．对称性特征(1)速率的对称性：物体在关于平衡位置对称的两位置具有相等的速率．(2)时间的对称性：物体通过关于平衡位置对称的两段位移的时间相等．在振动过程中，物体通过任意两点 A、 B 的时间与逆向通过这两点的时间相等．(3)加速度的对称性：物体在关于平衡位置对称的两位置具有等大、反向的加速度．【 考题题组 】1． (多选， 2017 年四川德阳模拟 )一弹簧振子做简谐振动 ，则以下说法正确的是 ( )A．振子的质量越大，则该振动系统的周期越长B．振子的质量越大，则该弹簧振子系统的机械能越大C．已知振动周期为 T，若 Δt＝ T，则在 t 时刻和 (t＋ Δt)时刻振子运动的加速度一定相同D．若 t 时刻和 (t＋ Δt)时刻弹簧的长度相等，则 Δt 一定为振动周期的整数倍E．振子的动能相等时，弹簧的长度不一定相等答案： ACE考点 2 简谐运动图象的应用⊙重点归纳(1)由图象可以看出振幅、周期．(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移．(3)可以根据图象确定某时刻质点回复力、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，故回复力和加速度在图象上总是指向 t 轴．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，若下一时刻位移增大，振动质点的速度方向就是远离t 轴；若下一时刻位移减小，振动质点的速度方向就是指向 t 轴．【 考题题组 】2． (多选， 2016 年湖北襄阳检测 )如图 13-1-3 甲所示为一弹簧振子自由振动 (即做简谐运动 )时的位移随时间变化的图象，图乙为该弹簧振 子在某外力的作用下做受迫振动时的位移随时)乙间变化的图象，则下列说法中正确的是 (甲图 13-1-3A．由图甲可知该弹簧振子的固有周期为 4 sB．由图乙可知该弹簧振子的固有周期为 8 sC．由图乙可知外力的周期为 8 sD．如果改变外力的周期，在接近 4 s 的附近该弹簧振子的振幅较大E．如果改变外力的周期，在接近 8 s 的附近该弹簧振子的振幅较大解析： 如题图甲所示是弹簧振子自由振动时的图象，由图甲可知，其振动的固有周期为 4 s， A 正确， B 错误；图乙是弹簧振子在驱动力作用下的振动图象，弹簧振子的振动周期等于驱动力的周期，即 8 s， C 正确；当固有周期与驱动力的周期相等时，其振幅最大，驱动力的周期越接近固有周期，弹簧振子的振幅越 大， D 正确， E 错误．答案： ACD3． (多选， 2017 年西安交大附中质检 )如图 13-1-4 所示为同)一地点的两单摆甲、乙的振动图象，下列说法中正确的是 (A．甲、乙两单摆的摆长相等B．甲摆的振幅比乙摆大C．甲摆的机械能比乙摆大D．在 t＝ 0.5 s 时有正向最大加速度的是乙摆E．由图象可以求出当地的重力加速度图 13-1-4考点 3 受迫振动和共振⊙重点归纳1．自由振动、受迫振动和共振的关系比较2.对共振的理解(1)共振曲线图 13-1-5如图 13-1-5 所示，横坐标为驱动力的频率 f，纵坐标为振幅 A.它直观地反映了驱动力的频率对某固有频率为 f0 的振动系统做受迫振动时振幅的影响，由图可知， f 与 f0 越接近，振幅 A越大；当 f＝ f0 时，振幅 A 最大．(2)受迫振动中系统能量 的转化做受迫振动的系统的机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换．【 考题题组 】4． (多选 )一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线 (振幅A 与驱动力频率 f 的关系 )如图 13-1-6 所示，则下列说法错误的是 ( )A．此单摆的固有周期约为 0.5 sB．此单摆的摆长约为 1 mC．若摆长增大，单摆的固有频率增大D．若摆长增大，共振曲线的峰将向右移 动E．若摆长增大，共振曲线的峰将向左移动图 13-1-6答案： ACD5． (多选 )如图 13-1-7 所示， A 球振动后，通过水平细绳迫)使 B、 C 振动，振动达到稳定时，下列说法中正确的是 (A．只有 A、 C 的振动周期相等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 图 13-1-7E． B 球的固有周期大于 A 球的固有周期答案： CDE第 2讲 机械波一、机械波1．定义： ________在介质中的传播叫做机械波 ．2．形成条件机械振动机械振动介质(1)有发生 ________的波源．(2)有传播 ________．垂直波峰 波谷3．分类同一直线密部 疏部(1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互 ________的波，有 ________(凸部 )和 ________(凹部 )．(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在 ________上的波，有 ________和 ________．4．传播特点形式 能量迁移(1)机械波传播的只是振动的 ______和 ______，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运 动，并不随波 ________．(2) 介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与________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________，位移为零．波源4A二、波长、波速和波的图象1．波长、波速、频率及其关系(1)波长 λ：在波动中， ________总是相同的两个相邻质点间 的距离．振动相位介质本身(2)波速 v：波在介质中的传播速度，由 ________的性质决定．(3)频率 f：由 ________决定，等于波源的振动频率．(4)波长、波速和频率的关系： v＝ ________＝ ________.波源λfλT2．波的图象(1)坐标轴：横轴表示各质点的 ________，纵轴表示该时刻各质点的 ________．平衡位置位移各质点(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻 ________离开平衡位置的位移．(3)图象：图象类型 振动图象 波的图象研究对象 一振动质点 沿波传播方向上所有质点研究内容 一质点的位移随时间变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象物理意义 表示某质点各个时刻的位移 表示某时刻各质点的位移(4)振动图象与波动图象的比较图象类型 振动图象 波的图象图象信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)各时刻质点 位移(4)各时刻速度、加速 度方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在 该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻加速度方 向(4)传播方向、振动方向的互判形象比喻 记录着一个人一段时间内活动的录像带 记录着许多人某时刻动作、表情的集体照片图象变化 随时间推移，图象延续，但已有形状不变 随时间推移，图象沿传播方向平移一完整曲线占横坐标距离表示一个周期 表示一个波长（续表）【 基础检测 】甲 乙图 13-2-1A．该波沿＋ x 方向传播，波速为 1 m/sB．该波的频率为 0.125 HzC．质点 a 经过 4 s 振动的路程为 4 mD．此时刻质点 a 的速度沿＋ y 方向E．质点 a 在 t＝ 2 s 时速度为零三、波的干涉和衍射现象 多普勒效应1．波的干涉相同加强区 减弱区(1)条件：两列波的频率必须 ________．(2)现象：形成 ________和 ________相互隔开的稳定的干涉图样．小 相差不多绕过障碍物2．波的衍射相对运动声源频率(1)条件：障碍物或孔的尺寸比波长 ______或 __________．(2)现象：波能够 ______________或孔继续向前传播．3．多普勒效应不变 变化(1)条件：声源和观察者之间有 ________．(2)现象：观察者感到 ___________发生变化．(3)实质：声源频率 ______，观察者接收到的频率 ______．【 基础检测 】2．下列物理现象： ① 在春天里一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝； ② “闻其声而不见其人 ”； ③ 学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音； ④ 当正在鸣笛的火车向着我们疾驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高．请问：① 是波的 ________现象；属于波的衍射现象的是 ________；属于多普勒效应的是 ________．答案： 反射 ② ④考点 1 波的传播的多解问题⊙重点归纳1．造成波动问 题多解的主要因素(1)周期性① 时间周期性：时间间隔 Δt 与周期 T 的关系不明确．② 空间周期性：波传播的距离 Δx 与波长 λ的关系不明确．(2)双向性① 传播方向双向性：波的 传播方向不确定．② 振动方向双向性：质点振动方向不确定．2．解决波的多解问题的思路一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系 Δt 或 Δx ，若此关系为时间，则 t ＝ nT ＋ Δt(n ＝0,1,2， … )；若此关系为距离，则 x＝ nλ＋ Δx(n＝ 0,1,2， … )．【 考题题组 】1． (多选， 2017 年吉林长春三模 )一列简谐横波沿 x 轴正方向传播 ， t 时刻波形图如图 13-2-2 中的实线所示，此时波刚好传到 P点， t＋ 0.6 s时刻的波形如图中的虚线所示， a、 b、 c、 P、)Q 是介质中的质点，则下列说法正确的是 (图 13-2-2A．这列波的波速可能为 50 m/sB．质点 a 在这段时间内通过的路程一定小于 30 cmC．质点 c 在这段时间内通过的路程可能为 60 cmD．若周期 T＝ 0.8 s，则在 t＋ 0.5 s 时刻，质点 b、 P 的位移相同E．若周期 T＝ 0.8 s，从 t＋ 0.4 s 时刻开始计时，则质点 c的振动方程为 x＝ 0.1sin πt(m)答案： ACD2． (2015 年新课标 Ⅰ 卷 )甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿 x 轴正向和负向传播，波速均为 v＝ 25 cm/s.两列波在 t＝ 0 时的波形曲线如图 13-2-3 所示．求：(1)t＝ 0 时，介质中偏离平衡位置位移为 16 cm 的所有质点的 x 坐标 ．(2)从 t＝ 0 开始，介质中最早出现偏离平衡位置位移为－ 16cm 的质点的时间．图 13-2-3解： (1)两列波的振幅均为 8 cm，故偏离平衡位置位移为16 cm 的质点应为两列波的波峰相遇处的质点．根据波形图可知，甲、乙的波长分别为λ甲 ＝ 50 cm， λ乙 ＝ 60 cm则甲、乙两列波的波峰坐标分别为x 甲 ＝ (50＋ 50k1) cm (k1＝ 0， ±1， ±2， ±3， … )x 乙 ＝ (50＋ 60k2) cm (k2＝ 0， ±1， ±2， ±3， … )综上分析，所有波峰和波峰相遇的质点 x 坐标应为x＝ (50＋ 300n) cm (n＝ 0， ±1， ±2， ±3， … )．考点 2 波的干涉、衍射、多普勒效应⊙重点归纳(2)图象法在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰 (或波谷与波谷 )的交点，一定是加强点，而波峰与波谷 的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间．2．多普勒效应的成因分析(1)接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数．(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大；当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小．【 考题题组 】3．如图 13-2-4 所示，在某一均匀介质中， A、 B是振动情况完全相同的两个波源，其简谐运动表达式均为 x＝ 0.1sin 20πt(m)，介质中 P点与 A、 B 两波源间的距离分别为 4 m 和 5 m，两波源形成的简谐波分别沿 AP、 BP方向传播，波速都是 10 m/s.(1)求简谐横波的波长．(2)通过分析说明 P 点是振动加强点还是减 弱点．图 13-2-44．如图 13-2-5 所示表示两个相干波源 S1、 S2 产生 的波在同一种均匀介质中相遇．图中实线表示波峰，虚 线表示波谷，c 和 f 分别为 ae 和 bd 的中点，则：图 13-2-5(1)在 a、 b、 c、 d、 e、 f 六点中，振动加强的点是 ________．振动减弱的点是 ________．(2) 若两振源 S1 和 S2 振幅 相同，此时刻位移为零的点是________．b、 d、 f答案： (1)a、 c、 e(2)b、 c、 d、 f项目 内容 图象“上下坡 ”法沿波的传播方向， “上坡 ”时质点向下振动， “下坡 ”时质点向上振动“同侧 ”法 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧“微平移 ”法将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一 x 坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向易错点 波的传播方向与质点振动方向的互判1． 互判方法2.求解波动图象与振动图象综合类问题可采用 “一分、一看、二找 ”的方法(1)分清振动图象与波动图象，看清横坐标．(2)看清横、纵坐标的单位，尤其要注意单位前的数量级．(3)找准波动图象对应的时刻．(4)找准振动图象对应的质点．例 1： (多选 )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 10 m 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图 13-2-6 所示，则 (图 13-2-6A．质点 Q 开始振动的方向沿 y 轴正方向B．该波的周期为 6 sC．该波从 P 传到 Q 的时间可能为 7 sD．该波的传播速度可能为 2 m/sE．该波的波长可能为 6 m备考策略： 此题是对振动图象及机械波传播问题的考查；首先要掌握已知振动图象判断质点振动方向的基本方法以及波速、波长及周期的关系；此题中要考虑波形传播的重复性及多解问题，这是题目的难点所在．【 触类旁通 】(多选， 2017 年四川资阳一诊 )某横波在介质中沿 x 轴传播 ，图 13-2-7 甲是 t＝ 1 s 时的波形图，图乙是介质中 x＝ 2 m 处质点的振动图象，则下列说法正确的是 ( )甲 乙图 13-2-7A．波沿 x 轴正向传播，波速为 1 m/sB． t＝ 2 s 时， x＝ 2 m 处质点的振动方向为 y 轴负向C． x＝ 1 m 处质点和 x＝ 2 m 处质点振动步调总相同D．在 1 s 的时间内，波动图象上任意质点通过 的路程都是10 cmE．在 t＝ 1 s 到 t＝ 2 s 的时间内， x＝ 0.5 m 处的质点运动速度先增大后减小第 3讲 光的折射 全反射一、折射定律 折射率折射 入射两侧1．折射定律正比(1)内容： ________光线与 ________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 ________；入射角的正弦与折射角的正弦成 ________．(2)表达式： n12＝ ______，式中 n12 是比例常数．2．折射率真空 入射角(1)定义：光从 ________射入某种介质， ________的正弦与折射角的正弦之比，叫做介质的折射率．(2)定义式： n＝ _________，折射率由介质本身的 _______和光的 ________决定．光学性质 频率(3)计算式： n＝ ________，因 vc，故任何介质的折射率总________1．大于cv(4)意义：反映了介质的 __________，折射率大，说明光从真空射入到该介质时 ________，反之偏折小．(5)光密介质和光疏介质： 两种介质相比较，折射率大的为光密介质，折射率小的为光疏介质．3．折射率的理解光学特性偏折大(1)折射率由 ____________决定，与入射角 的大小无关．(2)折射率与介质的 ________没有关系，光密介质不是指密度大的介质．介质本身性质密度(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越 ________，传播速度越 ________．大小【 基础检测 】解析： 介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项 A、 C 错误；由于真空中的光速是一个定值，故 n 与 v 成反比是正确的，选项 B正确；由于 v＝ λf，当 f 一定时， v 与 λ成正比，又 n 与 v 成反比，故 n 与 λ也成反比，选项 D正确．由比例关系可知，选项 E 正确．答案： BDE二、全反射光密 入射角消失 反射光线1．定义：光从 ________介质射入光疏介质，当 ________增大到某一角度时，折射光线将 _______，只剩下 _________的现象．2．条件： ① 光从 ________介质射向光疏介质． ② 入射角________临界角．光密大于3．临界角：折射角等于 90°时的入射角．若光从光密介质(折射率为 n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为 C，则sin C＝ ________.介质的折射率越 ________，发生全反射的临界角 越 ________．大小4．应用：光导纤维．1n【 基础检测 】2． (多选， 2017 年广州天河区校级三模 )以下说法中正确的是 ( )A．对于单摆在竖直面内的振动，摆球所受的合力就是它的回复力B．如果两个波源振动情况完全相同，在介质中能形成稳定的干涉图样C．声源远离观察者时，听到的声音变得低沉，是因为声源发出的声音的频率变低了D．人们所见到的 “海市蜃楼 ”现象，是由于光的全反射造成的E．摄像机的光学镜头上涂一层 “增透膜 ”后，可减少光的反射，从而提高成像质量答案： BDE项目 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体 (球 )结构 玻璃砖上下表面是平行的 横截面为三角形的三棱镜 横截面是圆对光线的作用 通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折考点 1 折射定律及折射率的应用⊙重点归纳1．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体 (球 )对光线的控制作用项目 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体 (球 )应用 测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向（续表）2．光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的．如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射．【 考题题组 】图 13­3­1 图 D62设图中 N 点为光线在球冠内底面上的反射点，所考虑的光线的光路图如图 D62 所示，设光线在 M 点的入射角为 i，折射角为 r，在 N点的入射角为 i′，反射角为 i″，玻璃折射率为 n，由于 △ OAM为等边三角形，有i＝ 60°(2)激光在玻璃砖中传播的时间．图 13­3­2图 D63考点 2 全反射⊙重点归纳(2)应用 sinC＝ — 确定临界角．2．求解全反射问题的一般方法(1)确定光是从光密介质进入光疏介质．1n(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射．(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图．(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题．【 考题题组 】图 13­3­3甲图 D64在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时，光路图如图乙所示．设此时光线入射点为 E，折射光线射到玻璃体球面的 D 点．由题意有 ∠ EDO＝ ∠ C乙图 D64图 13­3­4解： (1)在 O 点左侧，设从 E 点射入的光线进入玻璃砖后在上 表面的入射角恰好等于全反射的临界角 θ，则 OE 区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图 D65 所示．由全反射条件有图 D65图 D66第 4讲 光的波动性 电磁波 相对论一、光的干涉频率 相同1．条件：两列光的 ________相同，振动方向 ________，且具有恒定的相位差，就能产生干涉．2．干涉图样(1)杨氏双缝干涉：如图 13-4-1 所示．图 13-4-1明暗相间kλ(2k＋ 1)λ2② 白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是 ____色．③ 相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间 距离 Δx＝ ______ ．(2)薄膜干涉白ld λ① 相干光：如图 13-4-2 所示，照射到透明薄膜上的光，从薄膜的前表面 AA′和后表面 BB′反射回来的两列光波．图 13-4-2② 图样特点：单色光：照射薄膜时形成明暗相间的条纹．两列光波的路程差 Δr 等于波长的整数倍，即 Δr＝ ______(n＝0,1,2,3， … )，薄膜上出现明条纹；路程差 Δr 等于半波长的奇数倍，即 Δr＝ __________(n＝ 0,1,2， 3， … )，薄膜上出现暗条纹．白光：形成 ________色条纹．nλ(2n＋ 1)λ2彩二、光的衍射相差不多 小1．发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长___________，甚至比光的波长 _____的时候，才会发生明显的衍射现象．项目 单缝衍射 圆孔衍射单色光① 中央为 ____且 ____的条纹，两侧为 ________的条纹，且越靠 外，亮条纹的亮度 ____，宽度 ____③ 中央是大且亮的圆形____，周围分布着________的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度 ____，宽度 ____；亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而 ____2．衍射条纹的特点亮 宽明暗相间(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较 .越弱 越小亮斑明暗相间越弱 越小减小项目 单缝衍射 圆孔衍射白光② 中央为亮且宽的 ____色条纹，两侧为 亮度逐渐____、宽度 ____的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是 ____光，离中央最远的是____光④ 中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的 ____色的同心圆环(续表 )白变暗 变小紫红(2)泊松亮斑 (圆盘衍射 )：当光照到 ________(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________(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环 )．彩不透明亮斑三、光的偏振现象1．偏振光波只沿 ________的方向的振动．2．自然光某一特定一切方向强度太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上 沿 ________ 振动的光，而且沿各个方向振动的光波的________都相同，这种光叫做自然光．3．偏振光垂直横 偏振片在 ________于 传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光．只有 ____波才有偏振现象．自然光通过 ________后，就得到了偏振光．四、电磁场、电磁波、电磁波谱1．麦克斯韦电磁场理论电场磁场变化的磁场能够在周围空间产生 ________，变化的电场能够在周围 空间产生 ________．2．电磁场电场 磁场变化电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化的 ________和 ________总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场．3．电磁波介质相同(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波．(2)电磁波的传播不需要 ________，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度是 __________ 的 ( 都等于光速 )．不同 高 小λf(3) 不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是________ 的 ， 频率越 ________ ， 波速越 _________ ． v ＝________， f 是电磁波的频率．4．电磁波谱电磁波谱 特性 应用真空中波长 /m频率/Hz递变规律无线电波波动性强，易发生衍射 无线电技术 10－ 3 1019五、狭义相对论的基本假设 质速关系、质能关系1．狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考 系中，一切物理规律都是 ________的．相同相同(2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是 ________的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．2．相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增加而 __________，物体以速度 v 运动时的质量 m 与静止时的质量 m0 之间有如下关系：(2)物体运动时的质量总要 ________静止时的质量 m0.3．相对论质能关系用 m 表示物体的质量， E 表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为： E＝ mc2.增大大于【 基础检测 】1． (多选， 2016 年吉林模拟 )下列说法正确的是 ( )A．光在介质中传播的速度仅由介质本身所决定B．雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由光的干涉形成的C．杨氏双缝干涉实验中，当两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定时，红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距小D．光的偏振特征说明光是横波E．水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故答案： BDE2． (多选 )下列说法中正确的是 ( )A．光的偏振现象说明光具有波动性，但并非所有的波都能发生偏振现象B．变化的电场一定产生变化的磁场；变化的磁场一定产生变化的电场C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄D．某人在速度为 0.5c 的飞船上打开一光源，则这束光相对于地面的速度应为 1.5cE．火车过桥要慢行，目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率，以免发生共振损坏桥梁答案： ACE3． (多选 )下列说法中正确的是 ( )A．光速不变原理指出光在真空中传播速度在不同惯性参考系中都是相同的B．红光在玻璃砖中的传播速度比紫光在玻璃砖中的传播速度小C．在机械波的传播过程中，介质质点的振动速度等于波的传播速度D．声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率E．根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的电场周围一定可以产生磁场系中都是相同的，故 A正确；根据 v＝ — ，且红光在玻璃砖中的解析： 光速不变原理是：真空中的光速在不同的惯性参考cn折射率小，则有红光在玻璃砖中的传播速度比紫光在玻璃砖中的传播速度大，故 B 错误；介质中质点振动的速度与波的传播速度是两回事，质点振动的速度是周期性变化的，而波在同一均匀介质中传播时传播速度不变，故 C 错误；根据多普勒效应可知，声源与观察者相对靠近的，观察者所接收的频率大于声源发出的频率，故 D 正确；据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的电场周围一定可产生磁场，故 E 正确．答案： ADE内容 干涉 衍射现象 在光重叠区域出现加强或减弱的现象 光绕过障碍物偏离直线传播的现象产生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小典型实验 杨氏双缝实验 单缝衍射 (或圆孔衍 射、不透明圆盘衍射 )考点 1 光的干涉现象和衍射现象⊙重点归纳光的干涉现象和衍射现象的比较内容 干涉 衍射图样特点不同点条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等，中央最宽条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等亮度情况清晰条纹，亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹（续表）【 考题题组 】1． (多选 )下列说法正确的是 ( )A．机械波、电磁波均能产生干涉、衍射现象B．泊松亮斑是光的干涉现象中的加强区C．全息照相的拍摄利用了光的干涉原理D．在光的双缝干涉实验中，条纹间距与缝 的宽度成反比E．波速公式 v＝ λf 说明波速只与波长、 频率有关，与介质无关2． (多选， 2016 年湖北联考 )关于波的现象，下列说法正确的有 ( )A．当波从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化B．光波从空气进入水中后，更容易发生衍射C．波源沿直线匀速靠近一静止接收者，则接收者接收到波信号的频率会比波源频率低D．不论机械波、电磁波，都满足 v＝ λf，式中三参量依次为波速、波长、频率E．电磁波具有偏振现象答案： ADE考点 2 电磁场、电磁波和相对论⊙重点归纳1．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，易发生干涉、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．2．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射线都有重叠，但它们产生的机理不同．3．电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度只 与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关．【 考题题组 】3． (多选， 2016 年新课标 Ⅰ 卷 )关于电磁波，下列说法正确的是 ( )A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失解析： 电磁波在真空中的传播速度等于光速，与电磁波的频率无关，选项 A 正确；周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，选项 B 正确；电磁波传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直，选项 C 正确；电磁波可以通过光缆传输，选项 D 错误；电磁波波源的电磁振荡停止，波源不再产生新的电磁波，但空间中已产生的电磁波仍可继续传播，选项 E 错误．答案： ABC4． (多选， 2017 年甘肃天水模拟 )下列说法正确的是 ( )A．光的偏振现象说明光是一种横波B．麦克斯韦预言并用实验验证了电磁波的存在C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿色光变为红光，则条纹间距变宽D．波在介质中传播的频率由波源决定，与介质无关E．机械波和电磁波都可以在真空中传播红光，因红光的波长大于绿光的波长，则根据 Δx＝ λ可知条纹解析： 光的偏振现象说明光是一种横波，选项 A 正确；麦克斯韦预言了电磁波，赫兹用实 验验证了电磁波的存在，选项B 错误；在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿色光变为ld间距变宽，选项 C 正确；波在介质中传播的频率由波源决定，与介质无关，选项 D 正确；机械波传播时需要介质，故不能在真空中传播， E 错误．答案： ACD