专题03 机械振动和机械波 光学（期末知识清单）高二物理上学期粤教版

专题03 机械振动和机械波 光学 考点要求 课标要求 机械振动和机械波 1 通过实验，认识简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐 运动。 2 通过实验，探究单摆的周期与摆长的定量关系。知道单摆周 期与摆长、重力加速度的关系。会用单摆测量重力加速度的大小。 3 通过实验，认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件及其 应用。 4 通过观察，认识波的特征。能区别横波和纵波。能用图像描 述横波。理解波速、波长和频率的关系。 5 知道波的反射和折射现象。通过实验，了解波的干涉与衍射 现象。 6 通过实验，认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。 能列举多普勒效应的应用实例 光学 1 通过实验，理解光的折射定律。会测量材料的折射率。 2 知道光的全反射现象及其产生的条件。初步了解光纤的工作 原理、光纤技术在生产生活中的应用。 3 观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件， 知道其在生产生活中的应用。知道光是横波，会用双缝干涉实验测量光的波长。 4 通过实验，了解激光的特性。能举例说明激光技术在生产生 活中的应用。 机械振动和机械波、光学是必考内容。主要包括以振动图像、波动图像、全反射、折射率等基础知识。因此在备考中，应熟记相关知识，熟悉基础知识的应用。本专题中相关考点考查的频率都比较高。 本专题考查题型有：选择题、实验题等。 波长的三种求法 (1)定义法：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长。 注意：“振动相位总是相同”和“两个相邻质点”两个关键词。“振动相位总是相同”的两质点，在波的图像上振动位移总是相同，振动速度总是相同。 (2)图像法。 ①在波的图像上，无论从什么位置开始，一个完整的正(余)弦曲线对应的水平距离为一个波长。 ②在波的图像上，振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长。 (3)公式法。 根据公式λ＝vT来确定。 多普勒效应的判断方法 (1)确定研究对象(波源与观察者)。 (2)确定波源与观察者是否有相对运动，若有相对运动，能发生多普勒效应；否则不发生。 (3)判断：当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变。 解决光的折射问题的基本思路 (1)根据题意正确画出光路图。 (2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、反射角、折射角的确定。 (3)利用反射定律、折射定律求解有关问题。 (4)注意光路可逆性的利用。 解决全反射问题的基本思路 (1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质。 (2)若由光密介质进入空气，则根据sin C＝确定临界角，看是否发生全反射。 (3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”。 (4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理，进行动态分析或定量计算。 区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法 (1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的；而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹逐渐变窄。 (2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小；而单缝衍射条纹的中央亮纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗。 已知“某时刻的波形图”和“波的传播方向”判断某个“质点的振动方向”的方法 方法 方法解读 图像展示 “上下 坡”法 沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动 “同侧”法 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线的同侧 “微平移”法 将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向 注意：对于“某时刻的波形图”“波的传播方向”“质点的振动方向”三个要素之间可以相互判断：只要知道其中任意两个要素，就能判断第三个要素。 弹簧振子 1．弹簧振子是理想化的物理模型，类似于我们学习的质点、点电荷模型。 2．实际物体看成弹簧振子的四个条件 (1)弹簧的质量比小球的质量小得多，可以认为质量集中于振子(小球)。 (2)构成弹簧振子的小球体积足够小，可以认为小球是一个质点。 (3)忽略弹簧及小球与水平杆之间的摩擦力。 (4)弹簧被拉伸(压缩)的长度在弹性限度内。 3．对平衡位置的理解 (1)系统不振动时，振子静止时所处的位置。 ①水平弹簧振子的平衡位置在弹簧的原长位置； ②竖直弹簧振子的平衡位置在弹力与重力平衡的位置。 (2)振动过程中振子经过平衡位置时速度最大。 4．弹簧振子的位移 位移是指相对平衡位置的位移，大小等于振子所在位置到平衡位置的距离，方向由平衡位置指向振子所在位置。 5．位移－时间图像(x-t图像)的建立 为了研究弹簧振子的运动规律，我们以振子的平衡位置为坐标原点，用横坐标表示振子振动的时间，纵坐标表示振子相对平衡位置的位移，建立坐标系，如图所示，这就是弹簧振子的位移－时间图像。若规定向右的方向为正方向，则小球在平衡位置右侧时位移为正，在平衡位置左侧时为负。 6．弹簧振子的位移－时间图像录制方法 (1)频闪照相法：频闪仪每隔0.05 s闪光一次，闪光的瞬时振子被照亮。拍摄时底片从下向上匀速运动，因此在底片上留下小球和弹簧的一系列的像。因底片运动的距离与时间成正比，所以可用底片运动的距离代表时间轴。振子的频闪照片反映了不同时刻小球离开平衡位置的位移，也就是位移随时间变化的规律，如图所示。 (2)描迹法：如图所示，在弹簧振子的小球上安装一支绘图笔，让一条纸带在与小球振动方向垂直的方向上匀速运动，绘画笔在纸带上画出的就是小球的振动图像。 7．位移－时间图像(x-t图像)的物理意义 位移－时间图像表示振动物体相对平衡位置的位移随振动时间的变化规律。 注意：振动位移是矢量，位移的起始位置都是平衡位置，方向为由平衡位置指向振子所在的位置，大小为平衡位置到该位置的距离。 简谐运动 1．定义 如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。 2．特点 简谐运动是最基本的振动，弹簧振子的运动就是简谐运动。 3．简谐运动的性质 简谐运动的位移随时间按正弦规律变化，所以它不是匀变速运动，是在变力作用下的非匀变速运动。 4．简谐运动的速度、加速度的理解 速度 (1)方向：远离平衡位置运动的过程中速度方向背离平衡位置；靠近平衡位置运动的过程中速度方向指向平衡位置。 (2)大小：①振子在平衡位置的速度最大，在最大位移处的速度为零。 ②远离平衡位置的过程中，振子的速度减小；靠近平衡位置的过程中，振子的速度增大。 加速度 (1)方向：总是指向平衡位置，总是与位移方向相反。 (2)大小：①远离平衡位置运动过程中，振子的加速度增大；靠近平衡位置运动过程中，振子的加速度减小。 ②位于平衡位置时振子的加速度为零；位于最大位移处时振子的加速度最大。 4．简谐运动图像的应用 (1)任意时刻质点位移的大小和方向。如图甲所示，质点在t1、t2时刻的位移分别为x1和－x2。 (2)任意时刻质点的振动方向：看下一时刻质点的位置，如图乙中a点，下一时刻离平衡位置更远，故a点此刻向上振动。图乙中b点，下一时刻离平衡位置更近，故b此刻向上振动。 (3)某段时间内位移、速度、加速度的变化情况判断：先判断质点在这段时间内的振动方向，从而确定各物理量的变化。如图甲所示，在t1时刻到t0时刻这段时间内，质点的位移变小，故质点从正位移处向平衡位置运动，速度增大，位移和加速度都变小；t2时刻到下一时刻，质点从负位移处远离平衡位置运动，则速度为负值且减小，位移、加速度增大。 简谐运动的振幅、周期和频率 1．振幅 (1)定义：振动物体离开平衡位置的最大距离，叫作振动的振幅。用A表示，国际单位为米(m)。 (2)物理意义：振幅是描述振动幅度大小的物理量；振动物体的运动范围是振幅的两倍。 2．全振动 类似于O→M→O→M′→O的一个完整的振动过程称为一次全振动。 　不管以哪个位置作为研究的起点，振动物体完成一次全振动的时间总是相同的。 3．周期(T)和频率(f) (1)周期T：做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间，叫作振动的周期。单位：秒。 (2)频率f：物体完成全振动的次数与所用时间之比叫作振动的频率。单位：赫兹，简称赫，符号是Hz。 (3)周期T与频率f的关系式：f＝。 　简谐运动的频率不是用来描述振动物体某时刻运动快慢的物理量，而是用来描述一次全振动快慢的物理量。 (4)ω：一个与周期成反比、与频率成正比的量，叫作简谐运动的“圆频率”，表示简谐运动的快慢，ω＝＝2πf。 4．全振动的四个特征 (1)物理量特征：位移x、加速度a、速度v三者第一次同时与初始状态相同。 (2)时间特征：历时一个周期。 (3)路程特征：振幅的4倍。 (4)相位特征：增加2π。 5．简谐运动中振幅与位移、路程、周期的关系 振幅与位移 (1)振幅等于位移的最大值； (2)同一简谐运动中振幅是确定的，而位移随时间做周期性的变化 振幅与路程 振动中的路程是随时间不断增大的，不同时间内路程与振幅的对应关系： (1)t＝T时，s＝4A，(t＝nT时，s＝n·4A)； (2)t＝T时，s＝2A； (3)t＝T时，可能有s＝A、s>A、s<A。 注意：只有当初始时刻在平衡位置或最大位移处时，内通过的路程才为s＝A 振幅与周期 在简谐运动中，一个确定的振动系统的周期(或频率)是固定的，与振幅无关 相位和简谐运动的表达式 1．相位 (1)物理意义：用来描述做简谐运动的物体在各个时刻所处的不同状态。 (2)特点：相位是一个随时间变化的量，它的值为角度，其单位是弧度(rad)或度(°)。 (3)物体经历一次全振动，相位变化2π。 2．相位差的取值范围、同相和反相、超前和滞后 (1)相位差的取值范围：－π≤Δφ≤π。 (2)同相和反相：Δφ＝0，表明两振动步调完全相同，称为同相；Δφ＝π，表明两振动步调完全相反，称为反相。 (3)超前和滞后：Δφ＞0，表示振动2比振动1超前；Δφ<0，表示振动2比振动1滞后。 3．简谐运动两种描述方法的比较 (1)简谐运动图像(x-t图像)是直观表示质点振动情况的一种手段，直观地表示了质点的位移x随时间t变化的规律。如图所示，根据振动图像可获知如下信息： (2)x＝A sin (ωt＋φ)是用函数表达式的形式反映质点的振动情况的。 (3)两者对同一个简谐运动的描述是一致的，两种表述方法可以相互转换。 简谐运动的回复力 1．回复力的理解 (1)作用效果：使振动物体回到平衡位置。 (2)来源：回复力可能由某一个力提供，也可能由几个力的合力提供，还可能由某一个力的分力提供。归纳起来，回复力一定等于振动物体在振动方向上所受的合力。 (3)回复力是效果力：受力分析时只能分析物体所受的性质力，不能再“额外添加”回复力。 2．简谐运动的回复力的特点 (1)表达式：F＝－kx。 ①大小：与振子的位移大小成正比； ②方向：“－”表示与位移的方向相反，即回复力的方向总是指向平衡位置。 (2)表达式F＝－kx中的k指的是由振动系统本身决定的比例系数，而不一定是弹簧的劲度系数。 　因x＝A sin (ωt＋φ)，故回复力F＝－kx＝－kA sin (ωt＋φ)，可见回复力随时间按正弦规律变化。 3．简谐运动的加速度的特点 根据牛顿第二定律得a＝x。 (1)大小：与位移大小成正比。 (2)方向：与位移方向相反。 简谐运动的能量 1．对简谐运动的能量的理解 决定因素 简谐运动的能量由振幅决定：对一个给定的振动系统，振幅越大，振动越强，系统的机械能越大；振幅越小，振动越弱，系统的机械能越小 能量的获得 最初的能量来自外部，通过外力做功获得 能量的转化 系统只发生动能和势能的相互转化，机械能守恒 理想化条件 (1)力的角度：简谐运动不考虑阻力 (2)能量转化角度：简谐运动不考虑因克服阻力做功带来的能量损耗 注意：1．在振动的一个周期内，动能和势能完成两次周期性变化。 2．振子运动经过平衡位置两侧的对称点时，具有相等的动能和相等的势能。 2．简谐运动中各物理量的变化规律 如图所示，振子以O点为平衡位置在A、B之间做简谐运动，各物理量的变化规律为： 物理量 运动过程 A→O O→B B→O O→A 位移 大小 减小 增大 减小 增大 方向 向左 向右 向右 向左 回复力、加速度 大小 减小 增大 减小 增大 方向 向右 向左 向左 向右 速度 大小 增大 减小 增大 减小 方向 向右 向右 向左 向左 动能 增大 减小 增大 减小 势能 减小 增大 减小 增大 (1)通过上表可以看出：位移、回复力、加速度三者的大小同步变化，与速度大小的变化相反。 (2)通过上表可以看出两个转折点： ①平衡位置O点是位移方向、加速度方向和回复力方向变化的转折点； ②最大位移处是速度方向变化的转折点。 单摆及单摆的回复力 1．单摆的组成 由细线和小球组成。如图所示。 2．理想化模型 (1)细线的长度不可改变。 (2)细线的质量与小球相比可以忽略。 (3)小球的直径与线的长度相比可以忽略。 　在这个模型里，细线无弹性、不可伸缩、没有质量，小球是质点。 3．单摆的回复力 (1)回复力的来源：摆球的重力沿圆弧切线方向的分力。 (2)回复力的特点：在摆角很小时，摆球所受的回复力与它偏离平衡位置的位移成正比，方向总指向平衡位置，即F＝－x。从回复力特点可以判断单摆做简谐运动。 4．单摆的受力分析 (1)单摆受力：受细线拉力和重力作用。 (2)向心力来源：细线拉力和重力沿径向分力的合力。 (3)回复力来源：重力沿圆弧切线方向的分力F＝mg sin θ，提供了使摆球振动的回复力。 5．单摆做简谐运动的推证 如图所示，单摆的回复力F＝G1＝mg sin θ，在偏角很小时，sin θ≈，所以单摆的回复力为F＝－x(式中x表示摆球偏离平衡位置的位移，l表示单摆的摆长，负号表示回复力F与位移x的方向相反)，由此知回复力符合F＝－kx，故单摆做简谐运动。 6．单摆做简谐运动的规律 (1)单摆做简谐运动的位移－时间(x-t)图像是一条正弦(或余弦)曲线。 (2)单摆振动过程中各量的变化特点。 位置或过程 位移、回复力、加速度 速度、动能 重力势能 最高点 最大 零 最大 最低点 零 最大 最小 远离平衡位置运动 越来越大 越来越小 越来越大 靠近平衡位置运动 越来越小 越来越大 越来越小 单摆的周期 1．对单摆周期公式T＝2π的理解 (1)T与摆长l和当地的重力加速度g有关。 (2)T与振幅和摆球质量无关，故T又叫作单摆的固有周期。 (3)适用条件：摆角很小(一般小于5°)。 2．对摆长l和重力加速度g的理解 (1)摆长l：指从悬点到摆球重心的长度。 ①对于实际的单摆，摆长l＝l′＋，l′为摆线长，D为摆球直径。 ②等效摆长： a．图(a)中小球在O点右侧运动时摆长为L，在O点左侧运动时摆长为L。 b．图(b)中，甲、乙在垂直纸面方向上摆动起来效果是相同的，故甲摆等效摆长为l sin α。其周期T＝2π。 c．图(c)中，乙在垂直纸面方向摆动时，其等效摆长等于甲摆的摆长；乙在纸面内小角度摆动时，等效摆长等于丙摆的摆长。 (2)重力加速度g的理解。 ①公式中的g由单摆所在地的空间位置决定。 由＝g知，在地球表面不同位置、不同高度g是不同的，在不同星球上g也不相同，因此应求出单摆所在处的等效值g′代入公式，即g不一定等于9.8 m/s2。 ②等效重力加速度。 a．若单摆系统处在多力存在的平衡态，则一般情况下，g值等于摆球相对静止在自己的平衡位置时，摆线所受的张力与摆球质量的比值。如图甲所示的斜面摆，球静止在O点时，FT＝mg sin θ，等效加速度g′＝＝g sin θ；又如图乙所示的电场中，带电荷量为q(q>0)的小球静止于图示位置时，摆线拉力FT＝，等效加速度g′＝＝。 b．若单摆系统处在非平衡状态(如加速、减速、完全失重状态)，如单摆处在向上加速发射的航天器内，设航天器加速度为a，此时摆球处于超重状态，沿圆弧切线方向的回复力变大，摆球质量不变，则重力加速度的等效值g′＝g＋a。 用单摆测量重力加速度 一、实验器材 长约1 m的细线、球心开有小孔的金属小球、带有铁夹的铁架台、长约1 m的毫米刻度尺、秒表、游标卡尺． 二、实验原理与设计 单摆做简谐运动时，由周期公式T＝2π，可得g＝．因此，测出单摆摆长和振动周期，便可计算出当地的重力加速度． 用秒表测量30～50次全振动的时间，计算平均做一次全振动的时间，得到的便是振动周期． 三、实验步骤 1．让细线穿过小球上的小孔，在细线的一端打一个稍大一些的结，制成一个单摆． 2．将铁夹固定在铁架台上端，铁架台放在实验桌边，把单摆上端固定在铁夹上，使摆球自由下垂，并在单摆平衡位置处做上标记，如图所示． 3．用刻度尺测摆线长度L0(精确到1 mm)，用游标卡尺测小球的直径d．测量多次，取平均值，计算摆长L＝L0＋． 4．将小球从平衡位置拉至一个偏角小于5°的位置并由静止释放，使其在竖直面内振动．待振动稳定后，从小球经过平衡位置时开始用秒表计时，测量N次全振动的时间t(注意N以30～50次最佳)，则周期T＝．如此重复多次，取平均值． 5．改变摆长，重复实验多次，将数据填入表格． 6．将每次实验得到的L、T代入g＝计算重力加速度，取平均值，即为测得的当地重力加速度． 四、数据处理 1．平均值法：每改变一次摆长，将相应的L和T代入公式g＝中求出g值，最后求出g的平均值．设计如表所示实验表格． 实验次数 摆长L/m 周期T/s 重力加速度g/(m·s-2) g的平均值 1 g＝ 2 3 2．图像法：由T＝2π得T2＝L，作出T2­L图像，即以T2为纵轴，以L为横轴，其斜率k＝．由图像的斜率即可求出重力加速度g． 五、注意事项 1．选择材料时应选择细而不易伸长的线，比如用单根尼龙丝、丝线等，长度一般不应短于1 m，小球应选用密度较大的金属球，直径最好不超过2 cm． 2．单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆动时摆线下滑、摆长改变． 3．注意摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过5·°． 4．摆球摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆． 5．计算单摆的振动次数时，应以摆球通过最低点时开始计时，以后摆球应从同一方向通过最低点时计数，要多测几次全振动的时间，用取平均值的办法求周期． 六、误差分析 1．本实验的系统误差主要来源于单摆模型本身是否符合要求，即：悬点是否固定，是单摆还是复摆，球、线是否符合要求，振动是圆锥摆还是同一竖直平面内的振动，以及测量哪段长度作为摆长等． 2．本实验的偶然误差主要来自时间(单摆周期)的测量．因此，要注意测准时间(周期)，要从摆球通过平衡位置开始计时，最好采用倒数计时计数的方法，不能多记或漏记振动次数．为了减小偶然误差，应进行多次测量后取平均值．时间的测量中，秒表读数的有效数字的末位在“秒”的十分位即可． 振动中的能量损失 1．固有振动和固有频率 如果振动系统在没有外力干预的情况下做简谐运动，周期或频率仅由系统自身的性质决定，这种振动叫作固有振动，其振动频率称为固有频率。 　系统的固有频率由系统自身的性质决定，与振幅无关。 2．阻尼振动 (1)阻尼振动。 振幅随时间逐渐减小的振动。阻尼振动的图像如图所示，振幅越来越小，最后停止振动。 (2)振动系统能量衰减的两种方式。 ①振动系统受到摩擦阻力作用，机械能逐渐转化为内能。 ②振动系统引起邻近介质中各质点的振动，能量向外辐射出去。 受迫振动 1．受迫振动 (1)条件：受到阻力和驱动力。 (2)能量：机械能转化为内能，其他形式的能转化为机械能。 2．受迫振动的特点 系统做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关。 3．受迫振动的振幅 受迫振动的振幅与驱动力的频率和固有频率有关。驱动力的频率与固有频率相差越大，受迫振动的振幅越小；驱动力的频率与固有频率相差越小，受迫振动的振幅越大；当驱动力的频率与固有频率相等时，受迫振动的振幅最大。 共振现象及其应用 1．对共振条件的理解 共振的条件：f驱＝f固(或T驱＝T固)。 (1)从受力角度看：当振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时，驱动力对它起加速作用，使它的振幅增大，当驱动力的频率等于物体的固有频率时，它的每一次作用都使物体的振幅增加，从而振幅达到最大。 (2)从功能关系看：当驱动力的频率等于物体的固有频率时，驱动力始终对物体做正功，使振动能量不断增加，振幅不断增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量，振幅才不再增加。 2．对共振曲线的理解 (1)共振曲线的意义：反映了物体做受迫振动的振幅与驱动力频率的关系，如图所示。 (2)f0的意义：表示做受迫振动物体的固有频率。 (3)规律：①当f＝f0时，发生共振，振幅最大； ②当f<f0时，f增大，振幅增大； ③当f>f0时，f增大，振幅减小； (4)结论：驱动力的频率f越接近振动系统的固有频率f0，受迫振动的振幅越大，反之振幅越小。 波的形成 1．波的产生 (1)动力学观点：介质质点间存在相互作用力，介质中前面的质点带动后面的质点振动，后面的质点做受迫振动，这样将波源的振动形式向外传播。 (2)能量观点：介质中前后质点间存在相互作用的弹性力，因而相互做功，从而将波源能量向外传播。 2．波的传播特点 (1)振动由振源逐步向远处传播； (2)后一质点被带动将重复前一质点的振动，但时间落后； (3)各质点的起振方向均相同； (4)各质点只在平衡位置附近做机械振动，而不随波迁移。 3．振动和波动的区别与联系 项目 振动 波动 区别 研究对象 单个质点在平衡位置附近的往复运动，研究的是单个质点的“个体行为” 振动在介质中的传播，研究的是大量质点振动的“群体行为” 力的来源 可以由作用在物体上的各种性质的力提供 联系介质中各质点的弹力 运动性质 质点做变加速运动 在同一种均匀介质中是匀速向前传播的 联系 (1)振动是波动的原因，波动是振动的结果；有波动必然有振动，但有振动不一定有波动 (2)波动的性质、频率和振幅都与振源相同 横波与纵波的比较 项目 横波 纵波 概念 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向相互垂直 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上 介质 只能在固体介质中传播 在固体、液体和气体介质中均能传播 特征 在波动中交替、间隔出现波峰和波谷 在波动中交替、间隔出现密部和疏部 　(1)在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，而不是方向相同。 (2)绳波是横波，声波是纵波，但水波既不是横波也不是纵波，它属于比较复杂的机械波。 1．机械波是一种“集体运动”，波的形成离不开介质中大量质点的集体振动，个别质点的振动不能形成波。 2．机械波在介质中传播时，介质中的各点不随波向前迁移，只在各自的平衡位置附近做往复运动。 3．波的传播可以脱离波源的振动而独立存在，也就是说，机械波一旦形成，运动形式和能量就会向外传播，即使波源的振动停止，波也不会停止传播。 4．在同一种均匀介质中，机械波的传播是匀速的。 波的图像 1．波的图像的意义 波的图像描述的是某一时刻，沿波的传播方向的各个质点偏离平衡位置的位移。 2．简谐波 如果波的图像是正弦曲线，这样的波叫作正弦波，也叫简谐波。可以证明，介质中有正弦波传播时，介质的质点在做简谐运动。 3．波的图像与振动图像的区别 (1)波的图像表示介质中的各个质点在某一时刻的位移。类似于生活中的“照相”。 (2)振动图像表示介质中的某一质点在各个时刻的位移。类似于生活中的“录像”。 4．对波的图像的理解 (1)波的图像是某一时刻介质中各个质点运动情况的“定格”。可以将波的图像比喻为某一时刻对所有质点拍摄下的“集体照”。 (2)简谐波的图像是正(余)弦曲线，是最简单的一种波，各个质点振动的最大位移都相等，介质中有正弦波传播时，介质中的质点做简谐运动。 (3)横波的图像形状与波在传播过程中介质中各质点某时刻的分布相似，波形中的波峰即图像中的位移正向的最大值，波谷即图像中的位移负向的最大值，波形中通过平衡位置的质点在图像中也恰好处于平衡位置。 (4)波的图像具有周期性。 在波的传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动，不同时刻质点的位移不同，则不同时刻波的图像不同。质点的振动位移做周期性变化，则波的图像也做周期性变化。经过一个周期，波的图像复原一次。 (5)波的传播方向具有双向性。 波沿x轴传播时，可以沿x轴正向传播，也可以沿x轴负向传播，具有双向性。 5．由波的图像可获取的信息 (1)可以直接读出在该时刻各个质点的位移。 (2)可以直接读出各质点的振幅A。 (3)可以直接读出波的波长λ。 (4)可以根据波形图、波的传播方向判断该时刻某个质点的振动方向。 波长、频率和波速 1．波长 (1)定义。 在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，通常用λ表示。 (2)特征。 在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻疏部或两个相邻密部之间的距离等于波长。 注意：“相邻”和“振动相位总是相同的”是波长定义的关键，二者缺一不可。 2．周期T、频率f (1)规律。 在波动中，各个质点的振动周期或频率是相同的，它们都等于波源的振动周期或频率。 (2)关系：互为倒数关系，即f＝或T＝。 (3)决定因素。 波的周期或频率由波源的周期或频率决定。 (4)时空的对应性。 经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长。 3．波速 (1)定义：波速是指波在介质中传播的速度。 (2)公式：v＝＝λf。 (3)决定因素。 机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，在不同的介质中，波速不同。 　某种机械波从一种介质进入另一种介质，频率不变，波速改变。 波的反射和折射 1．波的反射 (1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会返回原介质继续传播的现象。 (2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同。 (3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。如图所示。 2．波的折射 (1)波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。 (2)波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变。 　波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中的传播速度不同。对于入射角为零的特殊现象，折射角也为零，即波沿原方向传播，但介质发生了变化，其波长和波速也相应发生变化。 3.波的反射、折射现象中各量的变化 波向前传播在两种介质的界面上会同时发生反射现象和折射现象，一些相关物理量变化如表： 比较项目 波的反射 波的折射 传播方向 改变i＝i′ 改变r≠i 频率f 不变 不变 波速v 不变 改变 波长λ 不变 改变 4．说明： (1)频率f由波源决定，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都等于入射波的频率。 (2)波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化。 (3)根据v＝λf，波长λ与v及f有关，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中，波速相同、频率相同，故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播，v不同，f相同，故λ不同。 波的衍射 1．波的衍射现象的本质 波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)，在孔(或障碍物)后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象。波的直线传播是衍射不明显时的近似情形。 2．产生明显衍射的条件 障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多，或者比波长小。 提醒1．缝、孔的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系仅是能否发生明显衍射现象的条件，并不是决定衍射现象能否发生的条件。 2．波的衍射是波在传播过程中所具有的特征之一，衍射现象是否明显，通常的衡量标准就是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸与波长的比值大小，比值越小，衍射现象相对越明显。 波的干涉 1．定义：频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振幅总是加强，某些区域的振幅总是减弱，而且振幅加强的区域和振幅减弱的区域相互间隔，这种现象叫波的干涉，所形成的图样叫作干涉图样。 2．稳定干涉条件：两列波的频率必须相同；两个波源的相位差必须恒定。 3．一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象。 4．关于加强点(区)和减弱点(区) (1)加强点：两列波引起的振动加强，质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和，A＝A1＋A2。 (2)减弱点：两列波引起的振动相互削弱，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，A＝|A1－A2|，若两列波振幅相同，则质点振动的合振幅就等于零。 5．干涉图样及其特征 (1)干涉图样如图所示。 (2)特征。 ①加强区和减弱区的位置固定不变。 ②加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)。 ③加强区与减弱区互相间隔。 6．振动加强点和减弱点与两个波源的距离条件 频率相同、振动情况完全相同的两波源产生的波叠加时，设某点到两波源的距离差为Δr： (1)当Δr＝kλ(k＝0，1，2，3，…)时为加强点； (2)当Δr＝(2k＋1)(k＝0，1，2，3，…)时为减弱点。 注意：若两波源频率相同、振动步调相反时，则上述结论相反。 多普勒效应 1．定义　波源与观察者相互靠近或远离时，接收到的波的频率都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应。 2．多普勒效应的成因　发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动。 3．相对位置变化与频率的关系(规律) 相对位置 图示 结论 波源S和观察者A相对静止，如图所示 f波源＝f观察者，音调不变 波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C，如图所示 若靠近波源，由A→B，则f波源＜f观察者，音调变高；若远离波源，由A→C，则f波源>f观察者，音调变低 观察者A不动，波源S运动，由S→S2，如图所示 f波源＜f观察者，音调变高 4．测量汽车速度：交通警察向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率的多少就能知道车辆的速度。 5．测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的频率。然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可得星球的速度。 6．测血液流速：向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度。 折射定律 1．光的反射 (1)反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象。如图所示。 (2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。 2．光的折射 (1)折射现象：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象。 (2)折射定律。 折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，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＝n12(式中n12是比例常数)。 (3)与光的反射现象一样，在光的折射现象中，光路也是可逆的。 提醒：折射现象和反射现象往往同时产生，由于反射的存在，折射光的能量小于入射光的能量，且折射光的能量随入射角的增大而逐渐减小。 2．解决光的折射问题的基本思路 (1)根据题意画出正确的光路图。 (2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角分别是入射光线、折射光线与法线的夹角。 (3)利用折射定律n＝、折射率与光速的关系n＝列方程，结合数学三角函数的关系进行运算。 折射率 1．物理意义 反映介质的光学性质的物理量。 2．定义 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝。 3．折射率与光速的关系 某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速提醒之比，即n＝。 4．特点 任何介质的折射率n都大于1。 5．关于常数n　入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明该常数反映着该介质的光学特性。 6．光传播速度　介质的折射率n跟光在其中的传播速度v有关，即n＝，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1。因此，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角。 7．决定因素 (1)介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小只能由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化。 (2)同种介质中，光的波长越长，则折射率越小。(真空除外) 5．“相对折射率”与“绝对折射率”　光从介质1射入介质2时，入射角θ1与折射角θ2的正弦之比叫作介质2对介质1的相对折射率，通常用n12表示。若介质1是真空，则介质2相对真空的折射率叫作该介质的绝对折射率，通常用n表示。设介质1的绝对折射率为n1，介质2的绝对折射率为n2，则n12＝。 测定介质的折射率 一、实验原理 用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的出射光线，就能在玻璃砖中画出对应的折射光线，用量角器测出入射角i和折射角γ，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝． 二、实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、圆规、刻度尺、铅笔． 三、实验步骤 (1)如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上； (2)在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)，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，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′； (4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像．再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置； (5)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向； (6)连接OO′，入射角i＝∠AON，折射角γ＝∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中； (7)用上述方法分别求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中． 四、数据处理 方法一：平均值法． 求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率． 方法二：图像法． 求出表格中对应的入射角和折射角的正弦值，以sin γ值为横坐标、以sin i值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示．描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线． 求解图线斜率k，则k＝＝n，故玻璃砖折射率n＝k． 方法三：单位圆法． 在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OE(或OE的延长线)交于D点，过C、D两点分别向N′N作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图所示． 由于sin i＝，sin γ＝，而CO＝DO， 所以折射率n＝＝． 五、注意事项 (1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些． (2)入射角i应适当大一些，以减小测量角度时的误差，但入射角不宜太大． (3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线． (4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变． (5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上．若宽度太小，则测量误差较大． 六、实验误差 (1)入射光线和出射光线画得不够精确．因此，要求插大头针时两大头针间距应稍大． (2)入射角、折射角测量不精确．为减小测角时的相对误差，入射角要稍大些，但不宜太大，入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱． 全反射 1．光疏介质和光密介质的分析 (1)光疏介质和光密介质的比较。 介质种类 光的传播速度 折射率 光疏介质 大 小 光密介质 小 大 (2)相对性：光疏介质、光密介质是相对的。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质。 (3)光疏、光密与密度的关系：光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质。 2．全反射现象 (1)临界角。 ①折射角等于90°时的入射角。 ②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sin C＝。 ③介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。 (2)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用。 (3)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大。同时折射光线强度减弱，能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。 全反射棱镜和光导纤维 1．全反射棱镜 (1)形状：截面为等腰直角三角形的棱镜。 (2)全反射棱镜的特点：当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高。 2．光导纤维 (1)导光原理：利用了光的全反射。 (2)构造：由内芯和外套两层组成。内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。 (3)光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等。 (4)光纤通信的优点是传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等。 3．光通过全反射棱镜时的几种入射方式 入射方式 方式一 方式二 方式三 光路图 入射面 AB AC AB 全反射面 AC AB、BC AC 光线方向改变角度 90° 180° 0°(发生侧移) 2．光导纤维内芯的折射率 设光导纤维内芯的折射率为n，当入射光线的入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示。 则有sin C＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得sin θ1＝。由图可知：当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向空气中的光线的入射角θ减小。当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即有sin 90°＝，解得n＝。故当光导纤维折射率为时，就可以使以任意角度入射的光都能发生全反射。 光的双缝干涉 1．双缝干涉的实验装置 如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏。 (1)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。 (2)双缝的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。 2．屏上某处出现亮、暗条纹的条件 频率相同、振动步调相同的两列光叠加时： (1)产生亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍，即|PS1－PS2|＝kλ(k＝0，1，2，3，…)。其中k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹。k为亮条纹的级次。 (2)产生暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍，即|PS1－PS2|＝(2k－1)(k＝1，2，3，…)。k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开。 注意：频率相同、振动步调相反的两列光叠加时，产生亮、暗条纹的条件与上面的相反。 干涉条纹和光的波长之间的关系 1．双缝干涉图样的特点 (1)单色光的干涉图样： ①中央为亮条纹； ②其余条纹为明暗相间的条纹，且相邻条纹间距相等； ③波长越大，两相邻亮条纹(或暗条纹)间距越大。 (2)白光的干涉图样： ①中央条纹为白色；②其余为彩色条纹。 2．原理 频率相同的两列光叠加时，某些区域的光相互加强，出现亮条纹；某些区域的光相互减弱，出现暗条纹，且加强区与减弱区相互间隔，即亮、暗条纹相互间隔。 3．光的干涉条件 (1)两列光的频率相同； (2)两列光的振动方向相同； (3)两列光的相位差恒定或相位总相同。 4．亮条纹和暗条纹位置的确定(两列光同相) (1)若两列光波到屏上某点的路程差Δx为波长λ的整数倍(或半波长的偶数倍)，即Δx＝kλ(k＝0，1，2，…)，出现亮条纹。 (2)若路程差Δx为半波长的奇数倍，即Δx＝(2k－1)(k＝1，2，…)，出现暗条纹。 5．干涉条纹和光的波长之间的关系 相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距Δx＝λ。 　(1)对于同一干涉装置和同一单色光，条纹之间的距离相等。 (2)对于同一干涉装置和不同颜色的光，条纹之间的距离与光波的波长成正比，即用红光时条纹之间的距离最大，用紫光时条纹之间的距离最小。 薄膜干涉 1．薄膜干涉的原理 光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现暗条纹。 2．形成亮、暗条纹的条件 薄膜干涉是经薄膜前、后面反射的两束光叠加的结果。出现亮条纹的位置，两束光的路程差Δr＝nλ(n＝1，2，…)，出现暗条纹的位置，两束光的路程差Δr＝λ(n＝0，1，2，…)。 3．薄膜干涉的应用 (1)检查平面平整度。 光线经空气薄膜的上、下两面的反射，得到两束相干光，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉条纹是等间距的。如果被检测平面某处凹下，则对应条纹提前出现，如果某处凸起，则对应条纹延后出现。 (2)增透膜。 在增透膜的前、后表面反射的两列光波形成相干波，当路程差为半波长的奇数倍时，两光波相互削弱，反射光的能量几乎等于零。 光的衍射与衍射光栅 1．产生明显衍射的条件 障碍物的尺寸可以跟光的波长相近或比光的波长还要小时能产生明显的衍射。对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显。由于波长越长，衍射性越好，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多。 2．三种不同的衍射现象及特点 (1)单缝衍射。 ①现象：如图所示，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，在AA′、BB′区出现亮暗相间的条纹，即发生了衍射现象。 ②单缝衍射图样的四个特点： a．中央条纹亮而宽。 b．两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱。 c．波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大，单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大。 d．白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色。 (2)圆孔衍射。 ①现象：圆孔衍射如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如图乙(a)中所示的情形，光沿直线传播，无明显衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现如图乙(b)中所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环。 ②圆孔衍射图样的两个特点： a．单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环。越向外，亮环亮度越低。 b．白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。 (3)泊松亮斑－－障碍物的衍射现象。 ①现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，如图乙中(c)所示。 ②障碍物的衍射图样的特点： 圆形阴影中心有一亮斑，圆形阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。与小孔衍射图样有明显区别。 光的偏振 1．偏振 (1)不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同的现象，称为“偏振现象”。 (2)横波的振动方向称为“偏振方向”。 (3)偏振现象是横波的特有现象，纵波没有偏振现象。 2．光的偏振 (1)偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，沿这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，这个偏振方向叫作透振方向。 (2)自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同。 (3)偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，沿着某一特定方向振动的光叫作偏振光。 　提醒(1)通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，偏振片不改变光的频率和颜色。 (2)偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实的狭缝。 3．偏振现象的应用 摄影中应用偏振光：为了消除反射光的影响，在镜头前安装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，减弱了反射光进入镜头。 4．偏振片和透振方向 偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着某个特定方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。 5．自然光和偏振光的比较 种类 自然光 偏振光 成因 从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光 自然光通过偏振片后就变成了偏振光，反射光、折射光均为偏振光 振动 方向 在垂直于传播方向的平面内，沿着各个方向振动 在垂直于传播方向的平面内，并且只有一个振动方向 经偏振片后现象比较 如图所示，通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，转动偏振片，偏振光的亮度不变，但偏振方向随之变化 如图所示，偏振光经偏振片后，若偏振方向与透振方向平行，屏亮；若垂直，则屏暗；若介于两者之间，则屏上亮度介于两者之间并随偏振方向与透振方向夹角的增大而变暗 激光的特点与应用 1．激光　激光是原子受激辐射产生的光，发出的光的频率相同、相位差恒定、振动方向一致。 2．激光的特点 (1)高度的相干性：激光是人工产生的相干光，其单色性好、相干性好。激光的频率单一、颜色特别纯。用激光做衍射、干涉实验，效果很好。 (2)平行度好：从激光器发出的激光具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。传播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯的光束能扩展到几十米范围。 (3)亮度高：激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。 3.激光的特点及应用 特点 性质 应用 相干性 激光具有频率相同、相位差恒定、振动方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 光纤通信 平行度 激光的平行度非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度 进行精确的测距；读取光盘上记录的信息等 亮度高 它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量 用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀”；激发核反应等 用双缝干涉实验测定光的波长 一、实验原理 如图所示，与两缝之间的距离d相比，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略． 两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0＝L．相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx＝λ． 已知双缝间距d，再测出双缝到屏的距离L和条纹间距Δx，就可以求得光波的波长． 二、实验器材 双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、刻度尺． 三、实验步骤 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，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，使光源灯丝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，两者间距 5～10 cm，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． 四、数据处理 (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，则相邻两亮条纹间距Δx＝． (3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离L(d是已知的)． (4)重复测量、计算，求出波长的平均值． 五、误差分析 (1)光波的波长很小，Δx、L的测量对波长λ的影响很大． (2)在测量L时，一般用毫米刻度尺；而测Δx时，用千分尺且采用“累积法”． (3)多次测量求平均值． 六、注意事项 (1)双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件． (2)滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去． (3)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm． (4)调节的基本依据：照在像屏上的光很弱的主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致；干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行． (5)测量头在使用时应使分划板中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心． (6)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近． 学科网（北京）股份有限公1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $