高中物理选修3-4教案14、15章.docx
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1、高中物理选修3-4教案14、15章中学物理选修3-4学问点总结:电磁波,电磁波的传播 中学物理选修3-4学问点总结:电磁波,电磁波的传播 一、麦克斯韦电磁场理论1、电磁场理论的核心之一:改变的磁场产生电场在改变的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的(涡旋电场)理解:(1)匀称改变的磁场产生稳定电场(2)非匀称改变的磁场产生改变电场2、电磁场理论的核心之二:改变的电场产生磁场麦克斯韦假设:改变的电场就像导线中的电流一样,会在空间产生磁场,即改变的电场产生磁场理解:(1)匀称改变的电场产生稳定磁场(2)非匀称改变的电场产生改变磁场规律总结1、麦克斯韦电磁场理论的理解:恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不
2、产生电场匀称改变的电场在四周空间产生恒定的磁场匀称改变的磁场在四周空间产生恒定的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场2、电场和磁场的改变关系二、电磁波1、电磁场:假如在空间某区域中有周期性改变的电场,那么这个改变的电场就在它四周空间产生周期性改变的磁场;这个改变的磁场又在它四周空间产生新的周期性改变的电场,改变的电场和改变的磁场是相互联系着的,形成不行分割的统一体,这就是电磁场这个过程可以用下图表达。2、电磁波:电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波.3、电磁波的特点:(1)电磁波是横波,电场强度E和磁感应强度B按正弦规律改变,二者相互垂直,均与波的传播方向垂直(2)电
3、磁波可以在真空中传播,速度和光速相同.v=f(3)电磁波具有波的特性三、赫兹的电火花赫兹视察到了电磁波的反射,折射,干涉,偏振和衍射等现象.,他还测量出电磁波和光有相同的速度.这样赫兹证明了麦克斯韦关于光的电磁理论,赫兹在人类历史上首先捕获到了电磁波。 20xx中学物理第一轮专题复习全套学案:选修3-4 考点内容要求考纲解读简谐运动本章考查的热点有简谐运动的特点及图象、波的图象以及波长、波速、频率的关系,光的折射和全反射,题型以选择题和填空题为主,难度中等偏下,波动与振动的综合及光的折射与全反射的综合,有的考区也以计算题的形式考查复习时应留意理解振动过程中回复力、位移、速度、加速度等各物理量的
4、改变规律、振动与波动的关系及两个图象的物理意义,留意图象在空间和时间上的周期性,分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时,应留意与实际应用的联系,作出正确的光路图;光和相对论部分,以考查基本概念及对规律的简洁理解为主,不行忽视任何一个学问点.简谐运动的公式和图象单摆、单摆的周期公式受迫振动和共振机械波横波和纵波横波的图象波速、波长和频率(周期)的关系波的干涉和衍射现象多普勒效应光的折射定律折射率全反射、光导纤维光的干涉、衍射和偏振现象改变的磁场产生电场、改变的电场产生磁场、电磁波及其传播电磁波的产生、放射和接收电磁波谱狭义相对论的基本假设质速关系、质能关系相对论质能关系式试验:探究单摆的运动
5、、用单摆测定重力加速度试验:测定玻璃的折射率试验:用双缝干涉测光的波长第1课时机械振动导学目标1.理解简谐运动的概念、公式和图象,驾驭简谐运动的回复力的特点和描述简谐运动的物理量.2.驾驭单摆的振动规律和周期公式.3.理解受迫振动和共振的概念,驾驭产生共振的条件一、简谐运动基础导引1图1是某质点做简谐运动的振动图象依据图象中的信息,回答下列问题(1)质点离开平衡位置的最大距离有多大?(2)在1.5s和2.5s这两个时刻,质点的位置各在哪里?(3)在1.5s和2.5s这两个时刻,质点向哪个方向运动?2参考图1,在t0到t4s的范围内回答以下问题(1)质点相对平衡位置的位移的方向在哪些时间内跟它的
6、瞬时速度的方向相同?在哪些时间内跟瞬时速度的方向相反?(2)质点在第2s末的位移是多少?(3)质点在前2s内走过的路程是多少?3请依据图1写出这个简谐振动的位移随时间改变的关系式学问梳理1概念:假如质点的位移与时间的关系遵从_函数的规律,即它的振动图象(xt图象)是一条_曲线,这样的振动叫简谐运动2动力学表达式F_.运动学表达式xAsin(t)3描述简谐运动的物理量(1)位移x:由_指向_的有向线段表示振动位移,是矢量(2)振幅A:振动物体离开平衡位置的_,是标量,表示振动的强弱(3)周期T和频率f:做简谐运动的物体完成_所须要的时间叫周期,而频率则等于单位时间内完成_;它们是表示振动快慢的物
7、理量二者互为倒数关系4简谐运动的图象(1)物理意义:表示振动物体的位移随时间改变的规律(2)从平衡位置起先计时,函数表达式为xAsint,图象如图2所示从最大位移处起先计时,函数表达式为xAcost,图象如图3所示图2图35简谐运动的能量简谐运动过程中动能和势能相互转化,机械能守恒,振动能量与_有关,_越大,能量越大二、单摆基础导引图4是两个单摆的振动图象(1)甲、乙两个摆的摆长之比是多少?(2)以向右的方向作为摆球偏离平衡位置的位移的正方向,从t0起,乙第一次到达右方最大位移处时,甲振动到了什么位置?向什么方向运动?学问梳理如图5所示,平衡位置在最低点(1)定义:在细线的一端拴一个小球,另一
8、端固定在悬点上,假如线的_和_都不计,球的直径比_短得多,这样的装置叫做单摆(2)视为简谐运动的条件:_.(3)回复力:小球所受重力沿_方向的分力,即:FG2Gsinmglx,F的方向与位移x的方向相反(4)周期公式:T2lg.(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)质量都没有关系留意单摆振动时,线的张力与重力沿摆线方向的分力的合力供应单摆做圆周运动的向心力重力沿速度方向的分力供应回复力,最大回复力大小为mglA,在平衡位置时回复力为零,但合外力等于向心力,不等于零三、受迫振动和共振基础导引如图6所示,张紧的水平绳上吊着A、B、C三个小球B靠近A,但两
9、者的悬线长度不同;C远离球A,但两者的悬线长度相同(1)让球A在垂直于水平绳的方向摇摆,将会看到B、C球有什么表现?(2)在C球摇摆起来后,用手使A、B球静止,然后松手,又将看到A、B球有什么表现?学问梳理1受迫振动:系统在_作用下的振动做受迫振动的物体,它的周期(或频率)等于_的周期(或频率),而与物体的固有周期(或频率)_关2共振:做受迫振动的物体,它的固有频率与驱动力的频率越接近,其振幅就越大,当二者_时,振幅达到最大,这就是共振现象共振曲线如图7所示.考点一简谐运动图象及运动规律考点解读1图象的应用(1)确定振动物体在随意时刻的位移如图8中,对应t1、t2时刻的位移分别为x17cm,x
10、25cm.(2)确定振动的振幅如图振幅是10cm.(3)确定振动的周期和频率振动图象上一个完整的正弦(余弦)图形在时间轴上拉开的“长度”表示周期由图可知,OD、AE、BF的间隔都等于振动周期,T0.2s,频率f1T5Hz.(4)确定各质点的振动方向例如图中的t1时刻,质点正远离平衡位置向位移的正方向运动;在t3时刻,质点正向着平衡位置运动(5)比较各时刻质点加速度的大小和方向例如在图中t1时刻质点位移x1为正,则加速度a1为负;t2时刻质点位移x2为负,则加速度a2为正,又因为|x1|x2|,所以|a1|a2|.2运动规律:公式xAsin(t)(1)改变规律位移增大时回复力、加速度变大速度、动
11、能减小势能增大机械能守恒振幅、周期、频率保持不变(2)对称规律做简谐运动的物体,在关于平衡位置对称的两点,回复力、位移、加速度具有等大反向的关系另外速度的大小、动能也具有对称性,速度的方向可能相同或相反振动质点来回通过相同的两点间的时间相等,如tBCtCB;质点经过关于平衡位置对称的等长的两线段时所用的时间相等,如tBCtBC,如图9所示典例剖析例1如图10为一弹簧振子的振动图象,求:(1)该振子简谐运动的表达式(2)在第2s末到第3s末这段时间内弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性势能各是怎样改变的?(3)该振子在前100s的总位移是多少?路程是多少?跟踪训练1一弹簧振子做简谐运动,周期为T,
12、则()A若t时刻和(tt)时刻振子运动的位移大小相等、方向相同,则t肯定等于T的整数倍B若t时刻和(tt)时刻振子运动的速度大小相等、方向相反,则t肯定等于T/2的整数倍C若tT,则在t时刻和(tt)时刻振子运动的加速度肯定相等D若tT/2,则在t时刻和(tt)时刻弹簧的长度肯定相等考点二单摆的回复力与周期考点解读1受力特征:重力和细线的拉力(1)回复力:摆球重力沿切线方向上的分力,F回mgsinmglxkx,负号表示回复力F与位移x的方向相反(2)向心力:细线的拉力和重力沿细线方向的分力的合力充当向心力,F向Fmgcos.留意:(1)当摆球在最高点时,F向mv2R0,Fmgcos.(2)当摆
13、球在最低点时,F向mv2R,F向最大,Fmgmv2R.2周期公式:T2lg,f12gl(1)测重力加速度g.只要测出单摆的摆长l,周期T,就可以依据g42lT2,求出当地的重力加速度g.(2)l为等效摆长,表示从悬点到摆球重心的距离,要区分摆长和摆线长,悬点实质为摆球摇摆所在圆弧的圆心(3)g为当地重力加速度典例剖析例2已知单摆的振动图象如图11所示(1)读图可知振幅A_m,振动频率f_Hz;(2)求此单摆的摆长l;(3)若摆球质量为0.2kg,在摇摆过程中,摆球受的回复力的最大值Fm是多少?(取g10m/s2,210)跟踪训练2瘦长轻绳下端拴一小球构成单摆,在悬挂点正下方12摆特长有一个能拦
14、住摆线的钉子A,如图12所示现将单摆向左方拉开一个小角度然后无初速度释放对于单摆的运动,下列说法中正确的是()A摆球来回运动一次的周期比无钉子时的单摆周期小B摆球在左右两侧上升的最大高度一样C摆球在平衡位置左右两侧走过的最大弧长相等D摆球在平衡位置右侧的最大摆角是左侧的2倍考点三受迫振动和共振的应用考点解读1受迫振动的频率等于驱动力的频率,与固有频率无关2当驱动力频率等于物体固有频率时,发生共振现象,振幅最大典例剖析例3一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子,如图13甲所示,该装置可用于探讨弹簧振子的受迫振动匀速转动把手时,曲杆给弹簧振子以驱动力,使振子做受迫振动把手匀速转动的周期就是驱动力的周期,变更
15、把手匀速转动的速度就可以变更驱动力的周期若保持把手不动,给砝码一向下的初速度,砝码便做简谐运动,振动图线如图乙所示当把手以某一速度匀速运动,受迫振动达到稳定时,砝码的振动图象如图丙所示若用T0表示弹簧振子的固有周期,T表示驱动力的周期,Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅,则:图13(1)稳定后,物体振动的频率f_Hz.(2)欲使物体的振动能量最大,需满意什么条件?答:_.(3)利用上述所涉及的学问,请分析某同学所提问题的物理依据“某同学考虑,我国火车第六次大提速时,需尽可能的增加铁轨单节长度,或者是铁轨无接头”答:_.跟踪训练3图14所示是一个单摆做受迫振动时的共振曲线,表示振幅A与驱动力
16、的频率f的关系,下列说法正确的是()A摆长约为10cmB摆长约为1mC若增大摆长,共振曲线的“峰”将向右移动D若增大摆长,共振曲线的“峰”将向左移动 14.单摆模型的应用例4如图15所示,ACB为光滑弧形槽,弧形槽半径为R,R.甲球从弧形槽的球心处自由落下,乙球从A点由静止释放,问:(1)两球第1次到达C点的时间之比(2)若在圆弧的最低点C的正上方h处由静止释放小球甲,让其自由下落,同时乙球从圆弧左侧由静止释放,欲使甲、乙两球在圆弧最低点C处相遇,则甲球下落的高度h是多少?建模感悟从以上两例看出,单摆模型的构建及应用关键是要看所求实际问题是否具备单摆模型的典型力学特征,这就须要老师引导学生细致
17、分析探讨题目所蕴含的力学条件信息跟踪训练4一个半圆形光滑轨道如图16所示,半径是R,圆心是O,假如拿两个物体分别放在O点和B点(B点离A点很近),同时从静止释放,问这两个物体谁先到达A点? A组简谐运动的振动图象1一质点做简谐运动的振动图象如图17所示,质点的速度与加速度方向相同的时间段是()A00.3sB0.3s0.6sC0.6s0.9sD0.9s1.2s2某质点做简谐运动,其位移随时间改变的关系式为xAsin4tm,则质点()A第1s末与第3s末的位移相同B第1s末与第3s末的速度相同C3s末至5s末的位移方向都相同D3s末至5s末的速度方向都相同 B组单摆问题3如图18所示,一单摆悬于O
18、点,摆长为L,若在O点的竖直线上的O点钉一个钉子,使OOL2,将单摆拉至A处释放,小球将在A、B、C间来回振动,若振动中摆线与竖直方向夹角小于5,则此摆的周期是()A2LgB2L2gC2(LgL2g)D(LgL2g)4做简谐运动的单摆摆长不变,若摆球质量增加为原来的4倍,摆球经过平衡位置时速度减小为原来的1/2,则单摆振动的()A频率、振幅都不变B频率、振幅都变更C频率不变、振幅变更D频率变更、振幅不变5.(1)将一个电动传感器接到计算机上,就可以测量快速改变的力,用这种方法测得的某单摆摇摆时悬线上拉力的大小随时间改变的曲线如图19所示某同学由此图象供应的信息做出的下列推断中,正确的是_At0
19、.2s时摆球正经过最低点Bt1.1s时摆球正经过最低点C摆球摇摆过程中机械能减小D摆球摇摆的周期是T1.4s(2)图20为同一地点的两单摆甲、乙的振动图象,下列说法中正确的是_A甲、乙两单摆的摆长相等B甲摆的振幅比乙摆大C甲摆的机械能比乙摆大D在t0.5s时有最大正向加速度的是乙摆课时规范训练(限时:30分钟)一、选择题1简谐运动的平衡位置是指()A速度为零的位置B回复力为零的位置C加速度为零的位置D位移最大的位置2(20xx全国21)一简谐振子沿x轴振动,平衡位置在坐标原点t0时刻振子的位移x0.1m;t43s时刻x0.1m;t4s时刻x0.1m该振子的振幅和周期可能为()A0.1m,83s
20、B0.1m,8sC0.2m,83sD0.2m,8s3悬挂在竖直方向上的弹簧振子,周期为2s,从最低点的位置向上运动时起先计时,它的振动图象如图1所示,由图可知()图1At1.25s时振子的加速度为正,速度为正Bt1.7s时振子的加速度为负,速度为负Ct1.0s时振子的速度为零,加速度为负的最大值Dt1.5s时振子的速度为零,加速度为负的最大值4图2甲是一个弹簧振子的示意图,在B、C之间做简谐运动,O是它的平衡位置,规定以向右为正方向,图乙是它的速度v随时间t改变的图象下面的说法中正确的是()甲乙图2At2s时刻,它的位置在O点左侧4cm处Bt3s时刻,它的速度方向向左Ct4s时刻,它的加速度为
21、方向向右的最大值D它的一个周期时间为8s5如图3所示,小球在B、C之间做简谐运动,O为BC间的中点,B、C间的距离为10cm,则下列说法正确的是()A小球的最大位移是10cmB只有在B、C两点时,小球的振幅是5cm,在O点时,小球的振幅是0C无论小球在任何位置,它的振幅都是5cmD从随意时刻起,一个周期内小球经过的路程都是20cm6如图4所示,将小球甲、乙、丙(都可视为质点)分别从A、B、C三点由静止同时释放,最终都到达竖直面内圆弧的最低点D,其中甲是从圆心A动身做自由落体运动,乙沿弦轨道从一端B到达最低点D,丙沿圆弧轨道从C点运动到D,且C点很靠近D点,假如忽视一切摩擦阻力,那么下列推断正确
22、的是()A甲球最先到达D点,乙球最终到达D点B甲球最先到达D点,丙球最终到达D点C丙球最先到达D点,乙球最终到达D点D甲球最先到达D点,无法推断哪个球最终到达D点二、非选择题7.有一弹簧振子在水平方向上的B,C之间做简谐运动,已知B,C间的距离为20cm,振子在2s内完成了10次全振动若从某时刻振子经过平衡位置时起先计时(t0),经过14周期振子有正向最大加速度(1)求振子的振幅和周期;(2)在图5中作出该振子的位移时间图象;(3)写出振子的振动方程8一质点做简谐运动,其位移和时间关系如图6所示(1)求t0.25102s时的位移;(2)在t1.5102s到2102s的振动过程中,质点的位移、回
23、复力、速度、动能、势能如何改变?(3)在t0到8.5102s时间内,质点的路程、位移各多大?复习讲义基础再现一、基础导引(1)10cm(2)在1.5s时,质点的位置在7cm处在2.5s时,质点的位置在7cm处(3)这两个时刻,质点都向下运动2(1)第1s内和第3s内,位移方向跟速度的方向相同第2s内和第4s内,位移方向跟速度的方向相反(2)0(3)20cm3x10sin2tcm学问梳理1.正弦正弦2.kx3(1)平衡位置振动质点所在位置(2)最大距离(3)一次全振动全振动的次数5.振幅振幅二、基础导引(1)14(2)见解析解析(2)由图象可以看出,当乙第一次到达右方最大位移处时,t2s,振动了
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