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①振动图象的含义:
振动图象表示了振动物体的位移随时间变化的规律
②图象的用途:
从图象中可以知道:
(1)可直接读取振幅A,周期T及各时刻的位置(
(2)判定回复力,加速度方向,(总指向时间轴)(3)判定简谐振动速度的方向(4)判定在某段时间内位移,回复力、加速度、速度、动能、势能变化情况。
③注意:
(1).简谐运动的图象不是振动质点的轨迹.
(2).简谐运动的周期性,体现在振动图象上是曲线的重复性.简谐运动是一种复杂的非匀变速运动.但运动的特点具有简单的周期性、重复性、对称性.所以用图象研究要比用方程要直观、简便.
4、单摆作简谐振动的条件:
若单摆的最大摆角不得超过100时,单摆可视为作简谐振动。
周期公式:
,L:
悬点到小球重心的距离,g为单摆所在位置处的重力加速度(单摆处在惯性系统中)。
秒摆的周期为2秒。
5、单摆周期公式提供了一种测量重力加速度的方法。
该实验应注意:
(1)单摆是一理想模型,应是一根轻绳系一质点组成。
因此本实验中线要轻而长(且不易伸长),球应重而小,应选用密度大的金属球。
(2)实验时,悬线上的悬点不能动。
摆线偏离竖直方向的夹角不超过100,摆球必需在同一竖直平面内摆动,不能形成圆锥摆。
(3)实验的误差来源主要是周期,测量时,除用累积法外,还应从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)为了减小误差,处理实验数据,还可以用图像法,即根据几组T、L的值,画出T2-L的图像,求得直线的斜率k,即得
。
6、受迫振动:
振动系统在周期性的驱动力下的运动。
受迫振动的频率等于驱动力的频率,与固有频率无关。
当驱动力的频率和物体的固有频率相等时.受迫振动的振幅最大,即发生共振。
7、机械波分为横波和纵波,机械波的传播需要介质,横波中介质振动的方向与传播方向垂直,纵波中介质的振动方向与传播方向平行。
波传播的是振源的振动方式和能量,介质并不随波迁移,只在自己的平衡位置做往复运动。
8、描述机械波的物理量:
①频率f:
波的频率与波源的频率相同,波的频率是由波源决定的,波在不同介质中传播时,频率不变。
②波长
:
两个相邻的,振动状态总相同的质点间的距离叫波长;
波在一个周期时间内传播的距离等于波长。
③波速v:
波在介质中传播的速度。
也是质点振动状态传播的速度。
④波长、频率、波速的关系:
(1)波的频率与波源频率相同,与介质无关。
(2)相同性质的机械波的波速是由介质决定的,与频率无关。
9、波的图象(以简谐波为例)
(1)形状:
波的图象的形状是如图所示的正弦曲线。
波的图像中,横坐标表示质点的平衡位置,纵坐标表示质点的振动位移。
(2)意义:
波的图象反映的是波的传播过程中某一时刻各个质点相对于各自的平衡位置的位移情况:
(3)作用:
利用波的图象通常可以解决如下问题:
①从图象中可以看出波长
;
②从图象中可以看出各质点振动的振幅A;
③从图象中可以看出该时刻各质点偏离平衡位置的位移情况;
④从图象中可以间接地比较各质点在该时刻的振动速度、动能、势能、回复力、加速度等量的大小;
⑤如波的传播方向已知,则还可以由图象判断各质点该时刻的振动方向以及下一时刻的波形;
⑥如波的传播速度大小已知,更可利用图象所得的相关信息进一步求得各质点振动的周期和频率;
(4)注意:
波的图象要与振动图象区别开.简谐运动的图象,反映的是质点相对平衡位置的位移随时间变化的规律,图线随着时间的继续要延伸,但原有图形不变。
波动图象,反映的是同一时刻介质中各个质点相对各自平衡位置的位移,波形在不同时刻呈现不同,但波形具有周期性和重复性。
波的周期性分空间周期性(在同一波线上,相距为波长整数倍的各个质点的振动情况完全相同)和时间周期性(波在传播过程中,经过整数倍周期时,其波形图线相同).
10、波的特性
(1)波的干涉:
条件:
两列机械波的频率必须相同、相差恒定、振动方向几乎在一条直线上。
干涉区域内某点是振动最强点还是振动最弱点的判定(直接用于两列振动步调始终相同的相干波):
①最强:
该点到两个波源的路程之差是波长的整数倍,即δ=nλ
②最弱:
该点到两个波源的路程之差是半波长的奇数倍,即
现象:
在稳定的干涉区域内,振动加强点始终加强;
振动减弱点始终减弱。
(2)波的衍射
①波绕过障碍物的现象叫做波的衍射。
②能够发生明显的衍射现象的条件是:
障碍物或孔的尺寸比波长小,或者跟波长相差不多。
(3)多普勒效应
当波源或者接受者相对于介质运动时,接受者会发现波的频率发生了变化,这种现象叫多普勒效应。
①当波源以速率v匀速靠近静止的观察者A时,观察者“感觉”到的频率变大了。
但不是“越来越大”。
②当波源静止,观察者以速率v匀速靠近波源时,观察者“感觉”到的频率也变大了。
③当波源与观察者相向运动时,观察者“感觉”到的频率变大。
④当波源与观察者背向运动时,观察者“感觉”到的频率变小。
11、麦克斯韦电磁场理论:
变化的磁场能够在周围空间产生电场;
变化的电场能够在周围空间产生磁场。
麦克斯韦预言了电磁波的存在,提出光是电磁波,且在真空中电磁波的传播速度跟光速相等。
赫兹通过实验证实了这一说法。
12、电磁波:
交替产生的电场和磁场向周围空间的传播形成电磁波。
电磁波是横波,在电磁波中,每处的电场强度和磁感应强度的方向总是相互垂直,且与电磁波的传播方向垂直,电磁波在真空中的传播速度c=3×
108m/s,波速公式:
V=λf
13、电磁波谱
(1)将各种电磁波按波长由小到大的顺序排列起来,就组成了电磁波谱:
γ射线,X射线,紫外线,可见光,红外线,无线电波
(2)γ射线是由原子核受激发后产生的,X射线是由原子内层电子受激发产生的,紫外线,可见光,红外线是由原子外层电子受激发产生的,无线电波是由振荡电路产生的。
(3)红外线可以“穿透”云层,是因为它的波长长,所以它的衍射现象比较明显;
红外线热效应强,可用来烘干和取暖;
一切物体都在不停地辐射红外线;
紫外线的荧光效应显著如验钞机、日光灯,紫外线还可以进行医疗消毒;
X射线即伦琴射线,能进行人体透视;
γ射线可以穿透金属,是因为它的频率高,穿透能力较强;
太阳辐射的能量大部分集中在可见光及附近的区域。
(4)无线电波:
无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波。
无线电波的波长从几毫米到几十千米。
通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段——长波、中波、中短波、短波、微波。
①要向外发射无线电波,振荡电路必须具有以下特点:
第一要有足够高的频率,第二要采用开放电路。
②使无线电波随各种信号而改变叫调制,常用的方法有调幅和调频。
③当接收电路的频率跟所接收的无线电波的频率相等时,激起的振荡电流幅度最大,这叫电谐振现象。
产生这种现象的过程叫调谐。
④收到的电磁波经过解调等处理,将得到的图像和声音等信号。
雷达是利用无线电波中微波传播的直线性好,反射性能强的特点来测定物体位置的无线电设备。
(5)各种电磁波在真空中传播时,都具有相同的传播速度。
电磁波从一种介质进入另一种介质时,一定不发生变化的是它的频率;
对于红外线、紫外线、X射线和γ射线,最容易发生明显衍射现象的是红外线;
可见光中的红光、黄光、绿光和紫光在同一均匀介质中传播时,速度最大的是红光,最小的是紫光。
14、折射定律:
n1sinθ1=n2sinθ2
①会根据折射定律测量玻璃砖的折射率
②折射率n是一个反映介质的光学性质的物理量,无单位,任何介质的折射率不能小于1,记住水的折射率为1.33(4/3),
③介质的折射率与光速的关系v=c/n
15、全反射:
①发生全反射的条件:
光从光密介质射向光疏介质,并且入射角大于或等于临界角。
②全反射的应用:
沙漠蜃景与海市蜃楼,光纤通信,全反射三棱镜
光导纤维的结构如图所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播。
内芯的折射率比外套大,光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
临界角sin∠C=1/n(光从介质n射向空气或真空)
16、光的干涉:
①干涉条件:
相干光源—频率相同、相差恒定、振动方向相同的光波
为了得到相干光波,通常是把同一光源发出的一束光分成两束。
杨氏双缝干涉实验中,在光源和双缝间设置一个单狭缝,就是让点光源发出的一束光,先经第一个缝产生衍射,使得由双缝得到的两束光成为相干光波。
②干涉图样:
单色光—中央亮条纹、明暗相间、间距相等的条纹。
相邻的亮条纹(或暗条纹)的间距:
白光的双缝干涉图样:
明暗相间的彩色条纹
③图样分析:
以下结论当两个相干光源的初相位为同步调时成立
光屏上出现亮条纹(或暗条纹)的条件:
亮条纹:
(n=0、1、2、3…)
暗条纹:
(n=0、1、2、3…)
④应用:
薄膜干涉:
日光下彩色的肥皂沫,照相机、望远镜的镜头表面镀的增透膜,干涉法检查平整度,牛顿环都是其具体表现。
17、光的衍射:
光绕过障碍物的现象。
衍射现象进一步表明光是波。
从理论上讲衍射是无条件的,但需发生明显的衍射现象,其条件是阻碍物(或孔)的尺寸与光波可比(接近光波长或小于光波长)。
①单缝衍射:
光通过单缝照射到屏上时,屏上将出现“有明有暗,明暗相间”的衍射条纹,与双缝干涉的干涉条纹不同的是:
干涉条纹均匀分布,而衍射条纹的中央明纹较宽,较亮。
②泊松亮斑:
光照射到不透光的小圆板上时,在圆板阴影中心处出现的衍射亮斑。
③光的衍射和光的直进的辩证关系:
光是一种波,遇到障碍物时不可避免地要发生衍射现象,但在一般情况下,障碍物的尺寸比光的波长大的多,衍射现象很不明显。
当衍射现象可以忽略时,可以认为光是沿直线传播的。
如:
影的形成(此时影的边缘是模糊的,即衍射现象。
)
④光的干涉和衍射的联系与主要区别:
联系:
本质上都是波的叠加形成的结果.干涉只是两束光的叠加,而衍射是无数光线的叠加.
区别:
(1)干涉图样中亮暗条纹数较多,而衍射图样中亮暗条纹数较少;
(2)干涉图样中亮条纹的光强几乎相等,而衍射图样中光强随着级数的增大迅速衰减;
(3)双缝干涉图样中亮暗条纹的宽度都是相等的,而单缝衍射图样中中央亮纹较宽,两侧亮纹较窄。
18、光的偏振
①光的偏振现象充分表明光波是横波。
因为偏振现象是横波所特有的现象。
②自然光——沿各个方向均匀分布振动的光
偏振光——沿着特定方向振动的光
③偏振片:
一种特殊的光学器件,由特定的材料制成。
它上面有一个特殊的方向(透振方向),只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片。
拍摄水下或玻璃橱窗中的物体时,在相机镜头前装一偏振镜可减弱反射光的影响;
液晶显示用到了偏振光;
立体电影用到了偏振片。
19、激光
①激光是一种自然界中没有的光,是一种人工产生的相干光
②激光的特性
(1)高相干性----光纤通信,全息照相(现在已经有了用白光观察全息照片的技术)
(2)高定向性、平行度好---激光唱片,激光测距雷达,激光测速雷达(还用到多普勒效应)
(3)高亮度 高功率----数控激光切割雕刻机;
激光焊接机;
激光治疗(辐照、烧灼、汽化、光刀切割以及光针针灸等),激光武器,激光控制核聚变
20、①19世纪末期在物理学明朗的天空中还有两朵乌云,其中一朵与黑体辐射有关,另一朵与光的速度有关。
②牛顿力学只适用于宏观、低速(与光速相比)运动的物体。
对微观、高速
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