2014届高三物理选修3

2014届高三物理选修3—4知识点梳理潘兴华考向预测:本专题涉及机械振动、机械波和光,重点是简谐运动和简谐波的图象、光的折射、全反射.近三年来高考考试说明对本单元内容和要求每年均有所调整.在2009年的安徽考试说明中物理选修3-4未列入高考范围,2010年在2009年考试说明的基础上增加了“机械振动”、“机械波”、“电磁波”和实验“探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度”;2011年又将2010年考试说明选修3-4的内容中“电磁波”换为“光”.2012年考试说明变化很大:1.将“单摆、单摆的周期公式”要求由“Ⅰ”变化为“Ⅱ”;2.将考点“横波的图象”变为“横波的图象(正弦波)”;3.在考点介质的折射率(即绝对折射率)后增加“n= c/v(c、v分别是光在真空中的传播速度和光在某种介质中的传播速度)”;4.删去“用双缝干涉测量光的波长的实验原理:;5.增加考点“光的颜色、色散”,要求为“Ⅰ”.考试说明的这些变化预示着要加强单摆的周期公式的理解和应用,加强对介质的折射率的理解,要求学生理解光的颜色和色散,能用色散现象的结果进行类比迁移.随着每次考试说明的变化,高考试题都会对变化有所体现.2010年考试说明变化后,高考试题对选修3-4部分的考查内容是横波的图象;2011年考试说明变化后,高考试题对选修3-4部分的考查内容是折定律、折射率;2012年考查的是横波的图象(正弦波);对于实验近几年均没有考查.对本章的复习,应很好地把握考试大纲中的难度.虽然《考试说明》中对振动图象,波的图象,波长、波速与周期的关系和光的折射率要求较高,但考题难度相对来说较低,命题方式仍然是对单个知识点进行专项考查.从近几年安徽省高考命题情况看,本章考查的重点有波的图象以及波速、波长和频率的关系(如2010年高考安徽理综卷第15题、2012年高考安徽理综卷第15题)、光的折射率、色散(如2011年高考安徽理综卷第15题).预计在2014年的高考中对本专题的考查仍以上述热点为主,题型仍是选择题和计算题，其中对光的折射定律、折射率、色散考查的概率很大,特别是对新增考点、变化考点命题的可能性会达到80%,不排除针对单摆周期命题的可能性.知识梳理：一、机械振动1.简谐运动物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动,叫简谐运动.表达式为:F=-kx.2.典型的简谐运动模型(1)弹簧振子周期与振幅无关,只由振子质量和弹簧的⑥劲度系数决定.可以证明,竖直放置的弹簧振子的振动也是简谐运动.在水平方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧的弹力;在竖直方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力.(2)单摆单摆是一个理想物理模型,只有在摆角小于5°时的振动才可以视为简谐运动.单摆的周期公式中的l为摆长,是悬点到摆球重心的距离,g是当地的重力加速度,单摆的周期与摆球质量无关,与摆动的振幅无关(在一些习题中存在计算等效摆长和等效加速度的问题).利用单摆可以测量重力加速度.3.简谐运动的图象以横轴表示时间t,以纵轴表示位移x,建立坐标系,画出的简谐运动的位移-时间图象都是正弦或余弦曲线.振动图象表示了振动物体的位移随时间变化的规律.从简谐运动的图象中可以知道任一个时刻质点的位移x、振幅A、周期T,以及各时刻速度和加速度的方向.4.受迫振动与共振物体在驱动力(既周期性外力)作用下的振动叫受迫振动.(1)物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关.(2)物体做受迫振动的振幅由驱动力频率和物体的固有频率共同决定:两者越接近,受迫振动的振幅越大,两者相差越大受迫振动的振幅越小.(3)当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时,受迫振动的振幅最大,这种现象叫共振二、机械波1.机械波的产生条件:波源(机械振动)、传播振动的介质(相邻质点间存在相互作用力).2.机械波的分类:横波和纵波.3.机械波的传播(1)在同一种均匀介质中机械波的传播是匀速的.波速、波长和频率之间满足公式:v=λf.(2)介质质点的运动是在各自的平衡位置附近的简谐运动,是变加速运动,介质质点并不随波迁移.机械波传播的是振动形式、能量和信息.机械波的频率由波源决定,而传播速度由介质决定.4.波的独立传播原理和叠加原理独立传播原理:几列波相遇时,能够保持各自的运动状态继续传播,不互相影响.叠加原理:介质质点的位移、速度、加速度都等于几列波单独转播时引起的位移、速度、加速度的矢量和.5.波的图象波的图象表示介质中的各个质点在同一时刻的位移.从波的图象上可以读出振幅和波长.三、光的折射1.折射定律折射光线与入射光线、法线处于同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线两侧,入射角的正弦与折射角的正弦成正比.2.折射率光从真空或空气中射入介质中发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫做这种介质的折射率.折射率是反映介质折射光的本领大小的一个物理量.折射率的定义表达式:n= (其中θ1为真空或空气中的角度)折射率的其他各种计算表达形式:n= c/v= = (其中c、λ为光在真空或空气中的光速、波长;v、λ'为介质中的光速、波长;C为光发生全反射时的临界角).3.光的全反射发生全反射的条件:光从光密介质入射到光疏介质;入射角大于等于 临界角.临界角:折射角等于90°时对应的入射角叫做临界角.用C表示,sinC=1/n4.光的色散白光通过三棱镜后,出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光束.由七色光组成的光带叫做光谱.这种现象叫做光的色散.各种色光性质比较:可见光中红光的折射率n最小,频率最小,在同种介质中(除真空外)传播速度v最大,波长λ最大,从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C最大,以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小(注意区分偏折角和折射角).四、光的干涉、衍射和偏振1.光的干涉若光源S1、S2振动情况完全相同,则符合δ=r2-r1=nλ(n=0、1、2、3…)时,出现 亮条纹;符合δ=r2-r1=(2n+1) (n=0,1,2,3…)时,出现 暗条纹.相邻亮条纹(或相邻暗条纹)的中央间距:Δx= L/dλ.薄膜干涉:由薄膜的前、后表面反射的两列光波叠加而成,劈形薄膜干涉可产生平行的明暗相间的条纹.2.光的衍射现象光遇到障碍物时,偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射.从理论上讲衍射是无条件的,但需发生明显的衍射现象的条件是:当孔或障碍物的尺寸比光波的波长小,或者跟光波的波长相差不多时,光才发生明显的衍射现象.高中物理学史：一、力学1、1638年，意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即：质量大的小球下落快是错误的）；2、17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；得出结论：力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。3、1687年，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律（即牛顿三大运动定律）。4、20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。5、1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中，运用观察－假设－数学推理的方法，详细研究了抛体运动。6、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说。7、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律；8、牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量；9、1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。10、我国宋朝发明的火箭是现代火箭的鼻祖，与现代火箭原理相同；俄国科学家齐奥尔科夫斯基被称为近代火箭之父，他首先提出了多级火箭和惯性导航的概念。11、1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星；1961年4月，世界第一艘载人宇宙飞船“东方1号”带着尤里加加林第一次踏入太空。二、电磁学12、1785年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律，并测出了静电力常量k的值。13、16世纪末，英国人吉伯第一个研究了摩擦是物体带电的现象。18世纪中叶，美国人富兰克林提出了正、负电荷的概念。1752年，富兰克林在费城通过风筝实验验证闪电是放电的一种形式，把天电与地电统一起来，并发明避雷针。14、1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔奖。15、1837年，英国物理学家法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场。16、1826年德国物理学家欧姆（1787-1854）通过实验得出欧姆定律。17、1911年，荷兰科学家昂纳斯发现大多数金属在温度降到某一值时，都会出现电阻突然降为零的现象——超导现象。18、19世纪，焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，即焦耳定律。19、1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流磁效应。20、法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸，反向电流的平行导线则相斥，并总结出安培定则（右手螺旋定则）判断电流与磁场的相互关系和左手定则判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向。21、荷兰物理学家洛伦兹提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力（洛伦兹力）的观点。22、汤姆生的学生阿斯顿设计的质谱仪可用来测量带电粒子的质量和分析同位素。23、1932年，美国物理学家劳伦兹发明了回旋加速器能在实验室中产生大量的高能粒子。（最大动能仅取决于磁场和D形盒直径，带电粒子圆周运动周期与高频电源的周期相同）24、1831年英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应定律。25、1834年，俄国物理学家楞次发表确定感应电流方向的定律——楞次定律。26、1835年，美国科学家亨利发现自感现象（因电流变化而在电路本身引起感应电动势的现象），日光灯的工作原理即为其应用之一。三、波动学27、17世纪，荷兰物理学家惠更斯确定了单摆周期公式。周期是2s的单摆叫秒摆。28、1690年，荷兰物理学家惠更斯提出了机械波的波动现象规律——惠更斯原理。29、奥地利物理学家多普勒（1803-1853）首先发现由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象——多普勒效应。四、光学30、1621年，荷兰数学家斯涅耳找到了入射角与折射角之间的规律——折射定律。31、1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。32、1818年，法国科学家菲涅尔和泊松计算并实验观察到光的圆板衍射——泊松亮斑。33、1864年，英国物理学家麦克斯韦发表《电磁场的动力学理论》的论文，提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础。34、1887年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测定了电磁波的传播速度等于光速。35、1894年，意大利马可尼和俄国波波夫分别发明了无线电报，揭开无线电通信的新篇章。36、1800年，英国物理学家赫歇耳发现红外线；1801年，德国物理学家里特发现紫外线；1895年，德国物理学家伦琴发现X射线（伦琴射线），并为他夫人的手拍下世界上第一张X射线的人体照片。37、激光——被誉为20世纪的“世纪之光”。五、波粒二象性38、1900年，德国物理学家普朗克为解释物体热辐射规律提出能量子假说：物质发射或吸收能量时，能量不是连续的（电磁波的发射和吸收不是连续的），而是一份一份的，每一份就是一个最小的能量单位，即能量子E=hν，把物理学带进了量子世界；受其启发1905