清单12 机械振动与机械波　光　电磁波与相对论-【知识手册】 高中物理快速梳理知识清单（全国通用）

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

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

　　(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。