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新人教版物理選擇性必修2知識梳理
第十四章　機械振動與機械波　光　電磁波與相對論
第1講　機械振動
一、簡諧運動
1.定義:如果質點的位移與時間的關系遵從①　 　的規律,即它的振動圖像(x-t圖像)是一條②　 　,這樣的振動叫做簡諧運動。
2.平衡位置:物體在振動過程中③　 　為零的位置。
3.回復力
(1)定義:使物體返回到④　 　的力。
(2)方向:總是指向⑤　 　。
(3)來源:振動物體所受的沿⑥　 　的合力。
4.簡諧運動的表達式
(1)動力學表達式:F=-kx,其中“-”表示回復力與⑦　 　的方向相反。
(2)運動學表達式:x=Asin(ωt+φ),其中A代表振幅,ω=2πf表示簡諧運動振動的快慢,(ωt+φ)代表簡諧運動的⑧　 　,φ叫做⑨　 　。
5.描述簡諧運動的物理量
項目 定義 意義
振幅 振動物體離開平衡位置的⑩　 　 描述振動的強弱和能量
周期 振動物體完成一次　 　所需要的時間 描述振動的　 　,T=
頻率 振動物體　 　內完成全振動的次數
相位 ωt+φ 描述物體在各個時刻所處的不同狀態
二、單擺
1.定義:在細線的一端拴一個小球,另一端固定在懸點上,如果細線的　 量　與小球相比可以忽略,球的直徑與　 　相比也可以忽略,這樣的裝置叫做單擺。
2.視為簡諧運動的條件:　θ<5°　。
3.回復力:F=G2=Gsinθ≈-x。
4.周期公式:T=2π。
5.單擺的等時性:單擺的振動周期取決于擺長l和重力加速度g,與振幅和振子(小球)質量都沒有關系。
三、受迫振動及共振
1.受迫振動
(1)概念:系統在　驅動力　作用下的振動。
(2)振動特征:受迫振動的頻率等于　驅動力　的頻率,與系統的固有頻率無關。
2.共振
(1)概念:驅動力的頻率等于系統的　固有頻率　時,受迫振動的振幅最大的現象。
(2)共振條件:驅動力的頻率等于系統的　固有頻率　。
(3)特征:共振時　振幅　最大。
(4)共振曲線:如圖所示。
四、實驗:探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度
1.實驗原理
當偏角很小時,單擺做簡諧運動,其運動周期為T=2π,它與偏角的大小及擺球的質量無關,由此得到g=。因此,只要測出擺長l和振動周期T,就可以求出當地的重力加速度g的值。
2.實驗器材
帶孔小鋼球一個、不易伸長的細絲線一條(長約1m)、毫米刻度尺一把、停表、游標卡尺、帶鐵夾的鐵架臺。
3.實驗步驟
(1)做單擺
取約1m長的細絲線穿過帶孔的小鋼球,并打一個比小孔大一些的結,然后把線的另一端用鐵夾固定在鐵架臺上,并把鐵架臺放在實驗桌邊,使鐵夾伸到桌面以外,讓擺球自然下垂。實驗裝置如圖。
(2)測擺長
用毫米刻度尺量出擺線長l',用游標卡尺測出小鋼球直徑D,則單擺的擺長l=l'+。
(3)測周期
將單擺從平衡位置拉開一個角度(小于5°),然后釋放小球,記下單擺做30~50次全振動的總時間,算出平均每一次全振動的時間,即單擺的振動周期。反復測量三次,再算出測得周期數值的平均值。
改變擺長,重復做幾次實驗。
答案：①　正弦函數?、凇≌仪€　③　回復力?、堋∑胶馕恢谩、荨∑胶馕恢谩、蕖≌駝臃较颉、摺∥灰啤、唷∠辔弧?⑨　初相位?、狻∽畲缶嚯x　　全振動　 　單位時間　　快慢　　質量　　線的長度　　θ<5°　　驅動力　　驅動力　　固有頻率　　固有頻率　　振幅　
第2講　機械波
一、機械波
1.機械波的形成條件:①　波源　;②　介質　。
2.機械波的特點
(1)機械波傳播的只是振動的③　形式　和④　能量　,質點只在各自的平衡位置附近做簡諧運動,并不隨波⑤　遷移　。
(2)介質中各質點的振幅相同,振動周期和頻率都與⑥　波源　的振動周期和頻率相同。
(3)各質點開始振動(即起振)的方向均⑦　相同　。
(4)一個周期內,質點完成一次全振動,通過的路程為⑧　4A　。
3.機械波的分類
(1)橫波:質點振動方向與波的傳播方向⑨　垂直　。
(2)縱波:質點振動方向與波的傳播方向在同一直線上。
二、描述機械波的物理量
1.波長:在波動中,振動相位總是⑩　相同　的兩個　相鄰　質點間的距離,用λ表示。
2.波速:波在介質中的傳播速度,由　介質　本身的性質決定。
3.頻率:由　波源　決定,等于　波源　的振動頻率。
4.波長、波速和頻率的關系:　v=fλ　。
▲特別說明
1.機械波從一種介質傳入另一種介質時,頻率不變,波速、波長都改變。
2.機械波的波速僅由介質決定,一般情況下,波速在固體、液體中比在氣體中大。波速的計算方法:v=fλ==。
三、機械波的圖像
1.圖像:在平面直角坐標系中,用橫坐標表示介質中各質點的　平衡位置　,用縱坐標表示某一時刻各質點偏離平衡位置的　位移　,連接各位移矢量的末端,得出的曲線即波的圖像,簡諧波的圖像是正弦(或余弦)曲線。
2.物理意義:某一時刻介質中各質點相對　平衡位置　的位移。
四、波的衍射和干涉
1.波的衍射
(1)定義:波可以繞過障礙物繼續傳播的現象。
(2)發生明顯衍射現象的條件:只有縫、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　時,才能觀察到明顯的衍射現象。
2.波的干涉
(1)波的疊加原理:幾列波相遇時能夠保持各自的運動特征,繼續傳播,在它們重疊的區域里,介質的質點同時參與這幾列波引起的振動,質點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的　矢量和　。
(2)波的干涉
a.定義:頻率相同的兩列波疊加時,某些區域的振幅　加大　、某些區域的振幅　減小　的現象。
b.條件:兩列波的　頻率　相同,　相位差　保持不變。
3.多普勒效應
(1)多普勒效應:由于波源和觀察者之間有　相對運動　,使觀察者接收到的波的頻率發生變化的現象。
(2)當波源與觀察者有相對運動時,如果二者互相靠近,觀察者接收到的頻率　增大　;如果二者互相遠離,觀察者接收到的頻率　減小　。
答案:①　波源　;②　介質?、邸⌒问健、堋∧芰俊、荨∵w移?、蕖〔ㄔ础、摺∠嗤、唷?A?、帷〈怪薄、狻∠嗤　∠噜彙　〗橘|　　波源　　波源　　v=fλ　　平衡位置　　位移　　平衡位置　　相差不多　　比波長更小　　矢量和　　加大　　減小　　頻率　　相位差　　相對運動　　增大　　減小　
第3講　光的折射　全反射
一、光的折射與折射率
1.折射現象:光從一種介質進入另一種介質時,在界面上光路①　發生改變　的現象。
2.折射定律:折射光線與入射光線、法線在同一平面內,折射光線與入射光線分別位于法線的兩側;入射角的正弦與折射角的正弦成正比,即②　 　。
3.折射率
(1)定義:光從真空射入某種介質發生折射時,入射角θ1的正弦與折射角θ2的正弦之比,叫做這種介質的折射率。
(2)表達式③　 　。
(3)決定因素:由介質本身及光的頻率共同決定。
(4)折射率與光速的關系
介質的折射率等于光在真空中的速度與在該介質中的速度之比,即n=。
(5)光疏介質與光密介質
兩種介質相比較,折射率大的介質叫④　光密　介質,折射率小的介質叫⑤　光疏　介質。
二、全反射
1.定義:光從⑥　光密介質　射向⑦　光疏介質　,當入射角增大到某一角度時,⑧　折射　光線將消失,只剩下⑨　反射　光線的現象。
2.條件
(1)光從⑩　光密　介質射向　光疏　介質。
(2)入射角　大于等于　臨界角。
3.臨界角:折射角等于90°時的入射角。若光從光密介質(折射率為n)射向真空或空氣時,發生全反射的臨界角為C,則 sinC=。
4.光導纖維
光導纖維的原理是利用光的　全反射　,如圖所示。
三、光的色散、棱鏡
1.光的色散
(1)現象:含有多種顏色的光被分解為單色光的現象叫做光的色散,如圖所示,光譜中　紅光　在最上端,　紫光　在最下端,中間是橙、黃、綠、青、藍等色光。
(2)成因:由于n紅2.棱鏡:三棱鏡對光線的作用是改變光的傳播方向,使復色光發生色散。
四、實驗:測定玻璃的折射率
1.實驗原理
如圖所示,當光線AO1以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時,通過插針法找出跟入射光線AO1對應的出射光線O2B,從而求出折射光線O1O2和折射角θ2,再根據n=算出玻璃的折射率。
2.實驗步驟
(1)如圖所示,把白紙鋪在木板上。
(2)在白紙上畫一直線aa'作為界面,過aa'上的一點O畫出界面的法線NN',并畫一條線段AO作為入射光線。
(3)把長方形玻璃磚放在白紙上,并使其長邊與aa'重合,再用直尺畫出玻璃磚的另一邊bb'。
(4)在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2。
(5)從玻璃磚bb'一側透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調整視線的方向直到P1的像被P2的像擋住。再在bb'一側插上兩枚大頭針P3、P4,使P3能擋住P1、P2的像,P4能擋住P3本身及P1、P2的像。
(6)移去玻璃磚,在拔掉P1、P2、P3、P4的同時分別記下它們的位置,過P3、P4作直線O'B交bb'于O'。連接O、O',OO'就是玻璃磚內折射光線的方向。∠AON為入射角,∠O'ON'為折射角。
(7)改變入射角,重復實驗。
答案：①　發生改變?、凇12=　③　n=?、堋」饷堋、荨」馐琛、蕖」饷芙橘|?、摺」馐杞橘|　⑧　折射?、帷》瓷洹、狻」饷堋　」馐琛　〈笥诘扔凇　∪瓷洹　〖t光　　紫光　
第4講　光的波動性　電磁波　相對論
一、光的干涉
1.光的干涉
在兩列光波疊加的區域,某些區域的光相互①　加強　,出現亮條紋,某些區域的光相互②　減弱　,出現暗條紋,且③　加強　區域和減弱區域互相間隔的現象叫做光的干涉現象。
2.干涉條件
兩列光的④　頻率相等　,且具有恒定的相位差,才能產生穩定的干涉現象。
3.雙縫干涉
由同一光源發出的光經雙縫后,在屏上出現亮暗相間的條紋。白光的雙縫干涉的條紋是中央為⑤　白色　條紋,兩邊為⑥　彩色　條紋,單色光的雙縫干涉中相鄰亮條紋間距離為Δx=λ。
4.薄膜干涉
利用薄膜(如肥皂液薄膜)⑦　前后兩面　反射的光相遇而形成的。干涉圖樣中同一條亮(或暗)條紋上所對應的薄膜厚度⑧　相同　。
二、光的衍射
1.光發生明顯衍射的條件:只有當障礙物的尺寸與光的波長⑨　相差不多　,甚至比光的波長⑩　還小　的時候,衍射現象才會明顯。
2.衍射條紋的特點
(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較
項目 單縫衍射 圓孔衍射
單色光 中央為亮且寬的條紋,兩側為　明暗相間　的條紋,且越靠外,亮條紋的亮度　越弱　,寬度　越小　 a.中央是大且亮的圓形亮斑,周圍分布著　明暗相間　的同心圓環,且越靠外,圓形亮條紋的亮度　越弱　,寬度　越小　 b.亮環(或暗環)間的距離隨圓孔半徑的增大而　減小　
白光 中央為亮且寬的白色條紋,兩側為亮度　逐漸變暗　、寬度　變窄　的彩色條紋,其中最靠近中央的色光是紫光,離中央最遠的是紅光 中央是大且亮的白色亮斑,周圍是不等間距的彩色的　同心圓環　
　　(2)泊松亮斑(圓盤衍射):當光照到　不透明　(選填“透明”或“不透明”)的半徑很小的小圓盤上時,在圓盤的陰影中心出現　亮斑　(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環)。
三、光的偏振
1.自然光:包含著在垂直于傳播方向上沿　一切方向　振動的光,而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同。
2.偏振光:在垂直于光的傳播方向的平面上,只沿著某個　特定　的方向振動的光。
3.偏振光的形成
(1)讓自然光通過　偏振片　形成偏振光。
(2)讓自然光在兩種介質的界面發生反射和　折射　,反射光和折射光都是偏振光。
4.光的偏振現象說明光是一種　橫　波。
四、電磁場　電磁波　電磁波譜
1.電磁場
變化的電場在周圍空間產生磁場,變化的磁場在周圍空間產生電場,變化的電場和磁場總是相互聯系成為一個完整的整體,這就是電磁場。
2.電磁波
(1)電磁場在空間由近及遠地向周圍傳播,形成　電磁波　。
(2)電磁波的傳播不需要　介質　,可在真空中傳播,在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是　相同　的(都等于光速)。
(3)不同頻率的電磁波,在同一介質中傳播,其速度是不同的,頻率越高,波速越　小　。
(4)v=λf,f是電磁波的頻率。
3.電磁波的發射
(1)發射條件:　開放　電路和足夠高的　振蕩頻率　。
(2)調制方式
a.調幅:使高頻電磁波的　振幅　隨信號的強弱而變。調幅廣播(AM)一般使用中波和短波波段。
b.調頻:使高頻電磁波的　頻率　隨信號的強弱而變。調頻廣播(FM)和電視廣播都采用調頻的方法調制。
4.無線電波的接收
(1)當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率　相等　時,激起的感應電流　最強　,這就是　電諧振　現象。
(2)使接收電路產生電諧振的過程叫做　調諧　。能夠調諧的接收電路叫做　調諧　電路。
(3)由調諧電路接收到的感應電流,是經過調制的高頻電流,還不是我們需要的聲音或圖像信號。因此還要使聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來,這個過程是　調制　的逆過程,所以叫做　解調　。調幅波的解調也叫　檢波　。
5.電磁波譜
按照電磁波的　頻率　或　波長　的大小順序把它們排列成譜叫做電磁波譜。
按波長由長到短排列的電磁波譜為:無線電波、紅外線、　可見光　、紫外線、X射線、γ射線。
五、相對論的簡單知識
1.狹義相對論的兩個基本假設
(1)狹義相對性原理:在不同的慣性參考系中,一切物理規律都是相同的。
(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系。
2.相對論的質速關系
(1)物體的質量隨物體速度的增加而增大,物體以速度v運動時的質量m與靜止時的質量m0之間有如下關系:
m= 　。
(2)物體運動時的質量m總要　大于　靜止時的質量m0。
3.相對論質能關系:用m表示物體的質量,E表示它具有的能量,則愛因斯坦質能方程為:E=　mc2　。
六、實驗:用雙縫干涉測光的波長
1.實驗原理
單色光通過單縫后,再經雙縫產生穩定的干涉圖樣,圖樣中相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx與雙縫間的距離d、雙縫到屏的距離l、單色光的波長λ之間滿足Δx=λ。
2.實驗步驟
(1)安裝儀器、觀察干涉條紋
①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安裝在光具座上,如圖所示。
②接好光源,打開開關,使燈絲正常發光。
③調節各器件的高度,使光源發出的光能沿軸線到達光屏。
④安裝雙縫和單縫,中心大致位于遮光筒的軸線上,使雙縫與單縫的縫平行,二者間距約5~10cm,這時,可觀察白光的干涉條紋。
⑤在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋。
(2)測定單色光的波長
①安裝測量頭,調節至可清晰觀察到干涉條紋。
②使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央,記下手輪上的讀數a1,將該條紋記為第1條亮紋;轉動手輪,使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央,記下此時手輪上的讀數a2,將該條紋記為第n條亮紋。
③用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l(d是已知的)。
④重復測量。
答案：①　加強?、凇p弱?、邸〖訌姟、堋☆l率相等?、荨“咨、蕖〔噬、摺∏昂髢擅妗、唷∠嗤、帷∠嗖畈欢唷、狻∵€小　　明暗相間　　越弱　　越小　 　明暗相間　　越弱　　越小　 　減小　 　逐漸變暗　　變窄　　同心圓環　　不透明　　亮斑　　一切方向　　特定　　偏振片　　折射　　橫　　電磁波　　介質　　相同　　小　　開放　　振蕩頻率　　振幅　　頻率　　相等　　最強　　電諧振　　調諧　　調諧　　調制　　解調　　檢波　　頻率　　波長　　可見光　 　　大于　　mc2　

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