物理选修3－4

知识点易错点总结（来自课本＋各种习题＋课堂笔记）

物理 选修

• 光的折射与全反射
  • 光的折射
    • 光的色散
      • 含义:复色光分解为单色光的现象
      • 太阳光经过三棱镜的两次折射可以发散成彩色光带
      • 例:雨后彩虹，水珠在阳光下照射彩色
    • 例
      • 水中看树，树偏高
      • 人看星星，星星偏高
      • 海市蜃楼
      • 炎热的夏天公路格外明亮
  • 光的全反射
    • 条件:①光密→光疏②入射角＞临界角
    • 应用
      • 光导纤维
      • 医用内窥镜
      • 潜望镜
      • 自行车尾灯光从右面照射过来在车尾左表面全反射
      • 有大气层时:①阳光覆盖地球面积更大②人们观察到日出时刻提前
  • 光路可逆性
    • 平行玻璃砖:能射进一定能射出
    • 玻璃圆砖:不论哪种色光一定能射入，而且射出
    • 激光武器:空间站在地平线上方，用一束激光射向空间站， 应该把激光武器沿射线对准空间站瞄准
  • 测量玻璃折射率实验
• 机械振动
  • 简谐运动
    • 物体所受回复力大小和位移大小成正比并且总是指向平衡位置
    • 机械振动:物体在平衡位置附近做往复运动
    • 回复力:总是指向平衡位置的力
      • 一个力/振动物体收到几个力的合力
      • 产生振动的条件
      • F=-kx
    • 平衡位置:物体所受回复力为0的位置
  • 振动的描述
    • 振幅
      • 表示振动幅度大小或振动强弱
    • 周期和频率
      • 振动物体本身性质决定
      • T=2π√m/k
    • 振动相位差
      • =2nπ振动步调一致
      • =nπ振动步调相反
  • 单摆
    • 条件:①固定的悬点②不可伸长的轻细绳③质量大密度小的球 ④摆角＜5°⑤忽略细线质量
    • 证明:
    • 基本量
      • 回复力:摆球沿运动轨迹切向的分力
      • 摆长=线长＋半径
    • 实验:单摆测量g
      • 计时起点:小球运动到最低点
      • 误差
        • 用等大铜球代替铁球:周期不变 用等质量铜球代替铁球:周期变小 (铜密度大于铁，半径变大，摆长变大)
        • g
          • 大:山脚，北极
          • 小:山顶，赤道
        • 摆线
          • 图像
            • 线长当成摆长
            • 线长＋直径当成摆长
          • 过紧:l测偏大，g偏大
          • 上端松动，l实偏大，g偏小
      • 过程
        • ①取下遮光筒左侧元件，调节光源高度， 使光能直接沿遮光筒轴线把屏照亮
        • ②按合理顺序在光具座上放置各光学元件， 并使各元件中心位于遮光筒轴线
        • ③用米尺测量双缝到屏距离
        • 用测量头测量条纹间距离
  • 生活 振动
    • 阻尼振动:振幅不断减小
    • 受迫振动
      • 含义:在周期性外力下产生的振动
      • 物体振动稳定后周期＝驱动力驱动力周期 与固有周期无关
      • 共振:驱动力周期＝固有频率周期
      • 共振应用与防止
        • 应用:修桥梁打桩，音叉共鸣箱，鱼洗，核磁共振仪
        • 预防:桥梁倒塌
• 电磁波
  • 电磁波产生
    • 麦克斯韦预言
      • 变化的磁场周围产生电场
      • 变化的电场周围产生磁场
    • 电磁波:变化的电场和磁场空间交替变化传播出去 (电场周期性非均匀变化)
    • 赫兹第一次实验证实
  • 电磁波发射传播和接收
    • 发射
      • ①振荡频率够高②电场磁场尽可能分布到大空间(开放)
      • 调制:低频信号加载到 高频等幅振荡电路
        • 调幅:振幅随信号变
        • 调频:频率随信号变
    • 传播
      • 天波:沿地球表面空间传播(长，中，中短波)
      • 地波:靠大气电离层传播(短波)
      • 空间波:像光束沿直线传播(超短波，微波)
    • 接收
      • 电谐振:接收电路的固有频率跟接收到的电磁波频率相同时
      • 利用电谐振可以在众多电磁信号中筛选接收信号
      • 调谐(选台):将需要电磁波从诸多电磁波中选出来
      • 检波(解调):将需要电磁波与低频电磁波分开
  • 电磁波 应用防护
    • 电磁波谱
      • 都有反射折射干涉衍射
      • 真空中传播速度等于光速
      • 类
        • 无线电波
          • 微波 (电子转移)
            • 微波通信
            • 雷达
        • 红外线
          • 感光能力强，热效应明显，遥控器
          • 易穿过云雾，因为它波长较长，容易衍射
          • 一切物体都在不停向外辐射红外线
        • 可见光
        • 紫外线
          • 荧光效应(日光灯)，验钞，杀菌消毒(强烈辐射作用) 培养突变体
          • 高温物体会辐射紫外线
        • x射线
          • 原子内层电子受到激发
          • x光照片
        • γ射线
          • 原子核受到激发衰变
          • 能量很高穿透力强，杀死癌细胞，探伤
• 光的干涉衍射偏振
  • 干涉
    • 含义:光重叠区域出现加强或减弱现象
    • 条件:光源有相同频率和振动方向 (相位差恒定，相干光源)
    • 双缝干涉图像:中央明纹，两边等间距分布明暗相见的条纹
    • 普通白炽灯为光源看不清干涉:钨丝中许多钨原子发出光波的频率振动方向多种多样，时间也有先后，叠加只有一片均匀的亮光
    • 应用
      • 薄膜干涉 (波程差=2d)
        • 肥皂(条纹水平，上疏下密)
        • 油膜(热菜汤表面油膜，马路上积水表面油膜)
        • 增透膜:反射回来的光因干涉而相抵消， 增加透射光能量，面上无干涉条纹 (涂有增透膜相机淡紫色，因薄膜干涉使光谱中间 部分绿光抵消，而光谱边缘紫光红光没有显著减弱)
      • 牛顿环
        • 中间暗，没有干涉现象
      • 空气膜
        • 检验平整度
        • θ增大条纹越来越密，向劈尖移动
    • 杨氏双缝实验
      • 实验图
      • 装置
        • 单缝:获得线光源
        • 双缝:获得相干光源
        • 滤光片:获得单色光
      • 图案形状只与双缝形状相关无关光源
  • 衍射
    • 含义:光绕过障碍物偏离直线传播现象
    • 都能发生，明显条件:障碍物或孔的尺寸接近光波长
    • 单缝衍射图像:中央为最宽最亮的明纹
    • 没有障碍物时:光沿直线传播；障碍物尺寸比光波长大得多时， 衍射现象不明显，近似光沿直线传播
    • 应用
      • 分辨率
        • 望远镜:透镜越大反射镜越大
        • 显微镜:选波长短不容易发生衍射
        • 光栅
      • 泊松亮斑(圆片衍射)
      • 小孔衍射
      • 雨后天空中彩虹
      • 影子周围模糊不清
    • 用单色光源垂直照射 带有圆孔的不透明光屏
      • d=1cm:与圆孔形状相同亮斑(光沿直线传播) 例:日食月食形成原理相同
      • d=1mm(小孔成像，光沿直线传播)
      • d=0.5um:小孔尺寸与波长差不多(衍射)
  • 偏振
    • 含义:横波沿着某一个特定方向振动
    • 获得偏振光:
    • 应用
      • 立体电影3D眼镜，两镜片透振方向互相垂直
        • 与茶色眼镜无关
      • 拍摄表面光滑的物体，如橱窗里的物品
      • 日落时分，拍摄水中物体，装上滤光片
      • 地震预报
      • 激光
        • 原子受激辐射产生的光(人造光，偏振光)
        • 激光中所有光子相互关联，频率相位偏振方向传播方向一致
        • 单色性好
        • 方向性强(平行度):激光测距雷达，激光读DVD
        • 能量高:激光束切割焊接材料 强激光产生高压使可控核聚变成为可能
        • 相干性好:全息照相
• 机械波
  • 波的形成与描述
    • 波的形成与传播
      • 含义:机械振动在介质中传播
      • 机械波只是机械振动这种运动形式的传播， 介质本身不会沿着波传播方向移动
      • 波振动的同时也将波源的能量传递出去 方向即为机械波传播方向 (波动时波源要不断向外吸收能量)
    • 波的分类
      • 横波:质点振动方向与波传播方向垂直
      • 纵波:质点的振动方向与波传播方向在同一直线上 如声波(声波相遇时互不干扰)
    • 波的描述
      • 波速
        • 由介质本身性质决定
      • 频率
        • 游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的， 说明机械波从一种介质进入另一种介质，频率不改变
        • 传播方向上各质点与波源频率相同因为各质点振动可 看作其相邻前一质点驱动力作用下的受迫振动
        • 周期取决于振源，数值上与介质中质点的自由振动周期相等
      • 传播过程中，振幅不断减小，频率波速波长都不变
      • 一旦形成，波源不振动了，只要有介质，就会继续存在继续传播
    • 图像
      • 振动图像:介质中某个质点在各个时刻偏离平衡位置的位移
      • 波动图像:介质中所有质点在某个时刻偏离平衡位置的位移
  • 波的反射和折射
  • 波的干涉和衍射
  • 多普勒效应
    • 波源和观察者间相对运动而使观察者接受到的频率发生变化的现象
    • 应用:多普勒测速仪，监测站，测定血管流动，心脏跳动
• 相对论与天体物理
  • 广义相对论:在任何参考系(包括惯性系)中物理规律是相同的
  • 狭义相对论:在不同惯性参考系中，与光速与光源，观察者 之间的相对运动无关，一切物理规律都相同
  • 地面上的人观测到高速飞行的火箭长度要比火箭上的人观测到的要短
  • 黑洞不能被看到任何光射出，因为相对论物体速度不可能超过光速
• 据光子说，光子能量与频率成正比， 说明光的波动性与粒子性是统一的产物
• ①可看作两列波或 多列波叠加的结果 ②机械波是形式 电磁波真存在物质
• 原子核外 电子跃迁
• 地球高空设置3个同步卫星 可以基本覆盖地球表面