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清单12 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论- 高中物理快速梳理知识清单(全国通用)
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新人教版物理选择性必修2知识梳理第十四章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论第1讲 机械振动一、简谐运动1.定义:如果质点的位移与时间的关系遵从① 的规律,即它的振动图像(x-t图像)是一条② ,这样的振动叫做简谐运动。 2.平衡位置:物体在振动过程中③ 为零的位置。 3.回复力(1)定义:使物体返回到④ 的力。 (2)方向:总是指向⑤ 。 (3)来源:振动物体所受的沿⑥ 的合力。 4.简谐运动的表达式(1)动力学表达式:F=-kx,其中“-”表示回复力与⑦ 的方向相反。 (2)运动学表达式:x=Asin(ωt+φ),其中A代表振幅,ω=2πf表示简谐运动振动的快慢,(ωt+φ)代表简谐运动的⑧ ,φ叫做⑨ 。 5.描述简谐运动的物理量项目定义意义振幅振动物体离开平衡位置的⑩ 描述振动的强弱和能量周期振动物体完成一次 所需要的时间 描述振动的 ,T= 频率振动物体 内完成全振动的次数 相位ωt+φ描述物体在各个时刻所处的不同状态二、单摆1.定义:在细线的一端拴一个小球,另一端固定在悬点上,如果细线的 量 与小球相比可以忽略,球的直径与 相比也可以忽略,这样的装置叫做单摆。 2.视为简谐运动的条件: θ<5° 。 3.回复力:F=G2=Gsinθ≈-x。4.周期公式:T=2π。5.单摆的等时性:单摆的振动周期取决于摆长l和重力加速度g,与振幅和振子(小球)质量都没有关系。三、受迫振动及共振1.受迫振动(1)概念:系统在 驱动力 作用下的振动。 (2)振动特征:受迫振动的频率等于 驱动力 的频率,与系统的固有频率无关。 2.共振(1)概念:驱动力的频率等于系统的 固有频率 时,受迫振动的振幅最大的现象。 (2)共振条件:驱动力的频率等于系统的 固有频率 。 (3)特征:共振时 振幅 最大。 (4)共振曲线:如图所示。四、实验:探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度1.实验原理当偏角很小时,单摆做简谐运动,其运动周期为T=2π,它与偏角的大小及摆球的质量无关,由此得到g=。因此,只要测出摆长l和振动周期T,就可以求出当地的重力加速度g的值。2.实验器材带孔小钢球一个、不易伸长的细丝线一条(长约1m)、毫米刻度尺一把、停表、游标卡尺、带铁夹的铁架台。3.实验步骤(1)做单摆取约1m长的细丝线穿过带孔的小钢球,并打一个比小孔大一些的结,然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上,并把铁架台放在实验桌边,使铁夹伸到桌面以外,让摆球自然下垂。实验装置如图。(2)测摆长用毫米刻度尺量出摆线长l',用游标卡尺测出小钢球直径D,则单摆的摆长l=l'+。 (3)测周期将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5°),然后释放小球,记下单摆做30~50次全振动的总时间,算出平均每一次全振动的时间,即单摆的振动周期。反复测量三次,再算出测得周期数值的平均值。(4) 改变摆长,重复做几次实验。 答案:① 正弦函数 ② 正弦曲线 ③ 回复力 ④ 平衡位置 ⑤ 平衡位置 ⑥ 振动方向 ⑦ 位移 ⑧ 相位 ,⑨ 初相位 ⑩ 最大距离 全振动 单位时间 快慢 质量 线的长度 θ<5° 驱动力 驱动力 固有频率 固有频率 振幅 第2讲 机械波一、机械波1.机械波的形成条件:① 波源 ;② 介质 。 2.机械波的特点(1)机械波传播的只是振动的③ 形式 和④ 能量 ,质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动,并不随波⑤ 迁移 。 (2)介质中各质点的振幅相同,振动周期和频率都与⑥ 波源 的振动周期和频率相同。 (3)各质点开始振动(即起振)的方向均⑦ 相同 。 (4)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为⑧ 4A 。 3.机械波的分类(1)横波:质点振动方向与波的传播方向⑨ 垂直 。 (2)纵波:质点振动方向与波的传播方向在同一直线上。二、描述机械波的物理量1.波长:在波动中,振动相位总是⑩ 相同 的两个 相邻 质点间的距离,用λ表示。 2.波速:波在介质中的传播速度,由 介质 本身的性质决定。 3.频率:由 波源 决定,等于 波源 的振动频率。 4.波长、波速和频率的关系: v=fλ 。 ▲特别说明1.机械波从一种介质传入另一种介质时,频率不变,波速、波长都改变。2.机械波的波速仅由介质决定,一般情况下,波速在固体、液体中比在气体中大。波速的计算方法:v=fλ==。三、机械波的图像1.图像:在平面直角坐标系中,用横坐标表示介质中各质点的 平衡位置 ,用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的 位移 ,连接各位移矢量的末端,得出的曲线即波的图像,简谐波的图像是正弦(或余弦)曲线。 2.物理意义:某一时刻介质中各质点相对 平衡位置 的位移。 四、波的衍射和干涉1.波的衍射(1)定义:波可以绕过障碍物继续传播的现象。(2)发生明显衍射现象的条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长 相差不多 ,或者 比波长更小 时,才能观察到明显的衍射现象。 2.波的干涉(1)波的叠加原理:几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播,在它们重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的 矢量和 。 (2)波的干涉a.定义:频率相同的两列波叠加时,某些区域的振幅 加大 、某些区域的振幅 减小 的现象。 b.条件:两列波的 频率 相同, 相位差 保持不变。 3.多普勒效应(1)多普勒效应:由于波源和观察者之间有 相对运动 ,使观察者接收到的波的频率发生变化的现象。 (2)当波源与观察者有相对运动时,如果二者互相靠近,观察者接收到的频率 增大 ;如果二者互相远离,观察者接收到的频率 减小 。 答案:① 波源 ;② 介质 ③ 形式 ④ 能量 ⑤ 迁移 ⑥ 波源 ⑦ 相同 ⑧ 4A ⑨ 垂直 ⑩ 相同 相邻 介质 波源 波源 v=fλ 平衡位置 位移 平衡位置 相差不多 比波长更小 矢量和 加大 减小 频率 相位差 相对运动 增大 减小 第3讲 光的折射 全反射一、光的折射与折射率1.折射现象:光从一种介质进入另一种介质时,在界面上光路① 发生改变 的现象。 2.折射定律:折射光线与入射光线、法线在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比,即② 。 3.折射率(1)定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比,叫做这种介质的折射率。(2)表达式③ 。 (3)决定因素:由介质本身及光的频率共同决定。(4)折射率与光速的关系介质的折射率等于光在真空中的速度与在该介质中的速度之比,即n=。(5)光疏介质与光密介质两种介质相比较,折射率大的介质叫④ 光密 介质,折射率小的介质叫⑤ 光疏 介质。 二、全反射1.定义:光从⑥ 光密介质 射向⑦ 光疏介质 ,当入射角增大到某一角度时,⑧ 折射 光线将消失,只剩下⑨ 反射 光线的现象。 2.条件(1)光从⑩ 光密 介质射向 光疏 介质。 (2)入射角 大于等于 临界角。 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 sinC=。4.光导纤维光导纤维的原理是利用光的 全反射 ,如图所示。 三、光的色散、棱镜1.光的色散(1)现象:含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散,如图所示,光谱中 红光 在最上端, 紫光 在最下端,中间是橙、黄、绿、青、蓝等色光。 (2)成因:由于n红<n紫,所以以相同的入射角射到棱镜界面时,红光和紫光的折射角不同,就是说紫光偏折得更明显些,当它们射到另一个界面时,紫光的偏折角最大,红光偏折角最小。2.棱镜:三棱镜对光线的作用是改变光的传播方向,使复色光发生色散。四、实验:测定玻璃的折射率1.实验原理如图所示,当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B,从而求出折射光线O1O2和折射角θ2,再根据n=算出玻璃的折射率。2.实验步骤(1)如图所示,把白纸铺在木板上。(2)在白纸上画一直线aa'作为界面,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,并使其长边与aa'重合,再用直尺画出玻璃砖的另一边bb'。(4)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。(5)从玻璃砖bb'一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb'一侧插上两枚大头针P3、P4,使P3能挡住P1、P2的像,P4能挡住P3本身及P1、P2的像。(6)移去玻璃砖,在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置,过P3、P4作直线O'B交bb'于O'。连接O、O',OO'就是玻璃砖内折射光线的方向。∠AON为入射角,∠O'ON'为折射角。(7)改变入射角,重复实验。答案:① 发生改变 ② n12= ③ n= ④ 光密 ⑤ 光疏 ⑥ 光密介质 ⑦ 光疏介质 ⑧ 折射 ⑨ 反射 ⑩ 光密 光疏 大于等于 全反射 红光 紫光 第4讲 光的波动性 电磁波 相对论一、光的干涉1.光的干涉在两列光波叠加的区域,某些区域的光相互① 加强 ,出现亮条纹,某些区域的光相互② 减弱 ,出现暗条纹,且③ 加强 区域和减弱区域互相间隔的现象叫做光的干涉现象。 2.干涉条件两列光的④ 频率相等 ,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉现象。 3.双缝干涉由同一光源发出的光经双缝后,在屏上出现亮暗相间的条纹。白光的双缝干涉的条纹是中央为⑤ 白色 条纹,两边为⑥ 彩色 条纹,单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离为Δx=λ。 4.薄膜干涉利用薄膜(如肥皂液薄膜)⑦ 前后两面 反射的光相遇而形成的。干涉图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度⑧ 相同 。 二、光的衍射1.光发生明显衍射的条件:只有当障碍物的尺寸与光的波长⑨ 相差不多 ,甚至比光的波长⑩ 还小 的时候,衍射现象才会明显。 2.衍射条纹的特点(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较项目单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹,两侧为 明暗相间 的条纹,且越靠外,亮条纹的亮度 越弱 ,宽度 越小 a.中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布着 明暗相间 的同心圆环,且越靠外,圆形亮条纹的亮度 越弱 ,宽度 越小 b.亮环(或暗环)间的距离随圆孔半径的增大而 减小 白光中央为亮且宽的白色条纹,两侧为亮度 逐渐变暗 、宽度 变窄 的彩色条纹,其中最靠近中央的色光是紫光,离中央最远的是红光 中央是大且亮的白色亮斑,周围是不等间距的彩色的 同心圆环 (2)泊松亮斑(圆盘衍射):当光照到 不透明 (选填“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 亮斑 (在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。 三、光的偏振1.自然光:包含着在垂直于传播方向上沿 一切方向 振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。 2.偏振光:在垂直于光的传播方向的平面上,只沿着某个 特定 的方向振动的光。 3.偏振光的形成(1)让自然光通过 偏振片 形成偏振光。 (2)让自然光在两种介质的界面发生反射和 折射 ,反射光和折射光都是偏振光。 4.光的偏振现象说明光是一种 横 波。 四、电磁场 电磁波 电磁波谱1.电磁场变化的电场在周围空间产生磁场,变化的磁场在周围空间产生电场,变化的电场和磁场总是相互联系成为一个完整的整体,这就是电磁场。2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播,形成 电磁波 。 (2)电磁波的传播不需要 介质 ,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度是 相同 的(都等于光速)。 (3)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越 小 。 (4)v=λf,f是电磁波的频率。3.电磁波的发射(1)发射条件: 开放 电路和足够高的 振荡频率 。 (2)调制方式a.调幅:使高频电磁波的 振幅 随信号的强弱而变。调幅广播(AM)一般使用中波和短波波段。 b.调频:使高频电磁波的 频率 随信号的强弱而变。调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法调制。 4.无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率 相等 时,激起的感应电流 最强 ,这就是 电谐振 现象。 (2)使接收电路产生电谐振的过程叫做 调谐 。能够调谐的接收电路叫做 调谐 电路。 (3)由调谐电路接收到的感应电流,是经过调制的高频电流,还不是我们需要的声音或图像信号。因此还要使声音或图像信号从高频电流中还原出来,这个过程是 调制 的逆过程,所以叫做 解调 。调幅波的解调也叫 检波 。 5.电磁波谱按照电磁波的 频率 或 波长 的大小顺序把它们排列成谱叫做电磁波谱。 按波长由长到短排列的电磁波谱为:无线电波、红外线、 可见光 、紫外线、X射线、γ射线。 五、相对论的简单知识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,一切物理规律都是相同的。(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相同的,光速与光源和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增大,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:m= 。 (2)物体运动时的质量m总要 大于 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 。 六、实验:用双缝干涉测光的波长1.实验原理单色光通过单缝后,再经双缝产生稳定的干涉图样,图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足Δx=λ。2.实验步骤(1)安装仪器、观察干涉条纹①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上,如图所示。②接好光源,打开开关,使灯丝正常发光。③调节各器件的高度,使光源发出的光能沿轴线到达光屏。④安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝平行,二者间距约5~10cm,这时,可观察白光的干涉条纹。⑤在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。(2)测定单色光的波长①安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,记下手轮上的读数a1,将该条纹记为第1条亮纹;转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,将该条纹记为第n条亮纹。③用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)。④重复测量。答案:① 加强 ② 减弱 ③ 加强 ④ 频率相等 ⑤ 白色 ⑥ 彩色 ⑦ 前后两面 ⑧ 相同 ⑨ 相差不多 ⑩ 还小 明暗相间 越弱 越小 明暗相间 越弱 越小 减小 逐渐变暗 变窄 同心圆环 不透明 亮斑 一切方向 特定 偏振片 折射 横 电磁波 介质 相同 小 开放 振荡频率 振幅 频率 相等 最强 电谐振 调谐 调谐 调制 解调 检波 频率 波长 可见光 大于 mc2