高中物理选修34选修34教材全解.docx
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高中物理选修34选修34教材全解
选修3-4教材全解
第十一章机械振动
第1节简谐运动
P2旁批：
弹簧振子的名称。
名词和符号问题不必纠缠
弹簧振子是小球和弹簧所组成的系统的名称，但有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子。
P3从图11.1-2可以看出，小球运动时的位置与时间的关系很像正弦函数的关系。
是不是这样呢？
对比曲线运动教学中关于红蜡块的说法，情感态度价值观的教育。
P3思考与讨论
确定弹簧振子的位置与时间的关系
方法一
图11.1-2弹簧振子的频闪照片
数学课中我们已经学过正弦函数的振幅、周期（频率）等知识。
假定图11.1-2中的曲线的确是正弦曲线，用刻度尺测量它的振幅和周期，写出具有这样振幅、周期的正弦函数的表达式。
应该注意到，这个表达式中计时开始时位移应该是零，随后位移开始增加并为正值。
然后，在图11.1-2的曲线中选小球的若干个位置，用刻度尺在图中测量它们的横坐标和纵坐标，代入你所写出的正弦函数的表达式中进行检验，看一看这条曲线是否真的是一条正弦曲线。
方法二
在图11.1-2中测量小球在各个位置的横坐标和纵坐标。
把测量值输入计算机中，用数表软件做出这条曲线，然后按照计算机的提示用一个周期性函数拟合这条曲线，看一看弹簧振子的位移－时间的关系可以用什么函数表示。
重视科学方法：
一种处理实验数据的方法
P4说：
“如果质点的位置与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象（x-t图象）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。
”
这是运动学的定义，它告诉我们，什么样的运动是简谐运动。
P12“简谐运动的回复力和能量”一节中说：
“如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。
”
这里告诉我们，在什么力的作用下物体做简谐运动。
应该从运动学的角度定义一种运动，例如，不应说“物体在不受任何力的作用时所做的运动叫做匀速直线运动”，而应说“沿直线且速度不变的运动叫做……”
现行教材也是两方面都提到了，但新教材把“什么是……”和“什么情况下做……”说得更清楚了。
P4下面的注：
“正弦函数的一般形式是y=Asin（ωx+φ），它的图象叫做正弦曲线，例如y=sinx、y=sin（x+
）的图象，都是正弦曲线。
y=cosx的图象也是一条正弦曲线，因为它可以写成y=sin（x+
）。
”
P4科学漫步“简谐运动与单位圆”，可不必管它。
第2节简谐运动的描述
本节思路：
“振幅”、“周期和频率”、“相位”几个术语的物理意义
↓
利用数学知识引入表达式x=Asin（ωt＋φ）
↓
分析它们在表达式中各由哪个量来代表
P7相位：
“在物理学中，我们用不同的相位来描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态。
”这不是定义，没给严格的定义。
图11.2-3如果平时注意观察月亮的圆缺变化，你就能判断这张照片是在黄昏拍摄的还是在黎明拍摄的！
P8科学漫步：
月相
目的：
描述任何周期性运动都会涉及相位。
图11.2-3有待改进。
P8简谐运动的表达式
“x=Asin（ωt＋φ）”
与数学课本中公式的形式完全一样！
P9公式中（ωt＋φ）代表相位。
P9下面的标示很有用：
描述简谐运动的几个物理量
P10科学漫步：
乐音和音阶
不同唱名的频率
不同唱名的频率有不同的约定：
自然音阶和等程音阶
P11做一做：
用计算机观察声音的波形
可以利用计算机的录音功能
图11.2-4比较两个声音的频率
P11第2题：
图11.2-5求两个简谐运动的相位差
2.图11.2-5是两个简谐运动的振动图象，它们的相位差是多少？
两种说法。
第3节简谐运动的回复力和能量
关于振动的动力学。
P12：
F=–kx……………………
（1）
如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。
最好说：
“理论分析表明：
如果……所受的力……指向平衡位置，质点的位移与时间的关系就遵从正弦函数的规律，因此质点的运动是简谐运动。
”
P13做一做
弹簧下面悬挂的钢球，它所受的力与位移之间的关系也具有
（1）式的形式吗？
由于平衡时弹簧已经有了一个静伸长h，问题稍稍麻烦一点。
这时仍要选择钢球静止时的位置为坐标原点，而小球所受的回复力实际上是弹簧的力与重力的合力。
请你试着导出小球所受的合力与它的位移的关系。
做一做有好处：
熟悉了方法、熟悉了一种常见的现象。
第4节单摆
P15用到了两个近似：
摆角很小时
弧和弦相等；
sinθ=θ。
（
是弧度的定义，不是近似）
P16～17与现行教材相比，“实验：
用单摆测重力加速度”变成了“实验：
探究单摆周期与摆长的关系”。
先由教师做实验，定性地确定影响周期的因素；然后由学生做实验，定量地探究周期T与摆长l的关系。
要说明的两点：
（1）再次遇到通过作图判断两个量的关系的方法（不是线性关系的，化成线性关系）；
（2）科学方法――在惠更斯那个时代，周期公式不是理论推导出来的，也不是单纯的实验数据的归纳，但实验的启示十分重要。
第5节外力作用下的振动
什么时候用“外力”这个词？
涉及“系统”的时候才用。
对于质点，就是“力”，无所谓内外。
P20有阻尼但阻尼不大时，驱动力的频率略小于固有频率时发生共振。
第十二章机械波
P23章首页引用了达·芬奇的话，比我们自己的话有力得多：
水波离开了它产生的地方，而那里的水并不离开，就像风在田野里掀起的麦浪。
我们看到，麦浪滚滚地在田野里奔去，但是麦子却仍旧留在原来的地方。
P23的章首语最后一句：
“我们会问：
波究竟是什么？
不过，还不如问：
关于波，我们能够说些什么？
”
学习中不必纠缠于符号、术语及某些定义。
第1节波形成和传播
与过去的教材大致相同。
P27最上面的两段，强调了波可以传播能量，也可以传播信息，这是目前我们利用波的两个途径。
第2节波的图象
与过去的教材大致相同。
P28最下面的两句精彩的话：
……它们的意义是不同的。
波形曲线表示介质中的“各个质点”在“某一时刻”的位移，振动图象则表示介质中“某个质点”在“各个时刻”的位移。
第3节波长、频率和波速
与过去的教材大致相同。
第4节波的反射和折射
P34波面和波线：
新内容，有用。
图12.4-2波阵面与波线
波面（波阵面）：
振动状态总是相同的点的集合。
波线：
与波面垂直的那些线。
但教材中没有给出这样的定义，而是用举例的方法介绍：
假设水面有一个波源，水波向四周传开。
由于向各个方向的波速都一样，所以向四面八方传播的波峰组成了一个个圆，波谷也组成了一个个圆；实际上，任何振动状态相同的点都组成了一个个圆。
我们把这些圆叫做一个个的波阵面或波面，而与波面垂直的那些线代表了波的传播方向，叫做波线。
在这个例子中，波面还不是面，因为水波只在水面传播。
可以想像，对于空间一点发出的球面波，它的波阵面就是以波源为球心的一个个球面，而波线就是这些球面的半径。
如果波面是个平面，它就是平面波。
如果在纸上画出来，平面波的波面只是一条直线。
P34惠更斯原理
课程标准：
了解惠更斯原理，能用其分析波的反射和折射。
较低要求。
对原理本身要求不很低，但用它对反射和折射的分析不做高要求，不要求学生复述。
惠更斯原理：
介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波的包迹就是新的波面。
（通过上下文了解“包迹”的意义，这是一种能力）
图12.4-3和图12.4-4
P35波的反射、波的折射
定性还是定量？
有些定量，但不完全是，教学中不必要求学生复述。
图12.4-5、图12.4-6
，
第2种介质对第一种介质的折射率（即v1/v2）有三种写法：
n12，n21，1n2
我们用第一种。
看上下文判断意义。
重要的能力：
速度（速率），力（是否包括方向）……
P36演示：
观察水波的折射
图12.4-7观察水波的折射
水浅的地方波速低。
后面第2题要用。
不作为知识点要求。
第5节波的衍射，第6节波的干涉
不难，与原教材大致相同
P43做一做：
操场上声音的干涉现象
在操场上安装两个相同的扬声器，并且使它们由同一个信号源带动，发出相同频率的声音。
同学们分成两组，手持不同颜色的标志（如A组持白，B组持黑），分散在操场上两个扬声器之间，注意听扬声器发出的声音，并且小范围地移动。
A组同学移动到声音最大位置停住；B组同学移动到声音最小（或听不到声音）位置停住，都举起标志。
找到位置后都把标志举起，看看A组和B组同学所在位置的分布有什么规律。
第7节多普勒效应
课程标准：
通过实验感受多普勒效应。
解释多普勒效应产生的原因。
列举多普勒效应的应用实例。
要求不高。
图12.7-2多普勒效应的模拟实验
没有公式也能讲清楚就没有必要出公式，出公式也不一定是要求计算（例如S=klnΩ）。
某高考题――“多普勒效应”。
第十三章光
过去：
先学几何光学，然后物理光学；分得很清楚。
本书：
一开始就介绍两种学说。
除本章开场白外……
目的：
（1）本来就是有不同的迹象分别表示光是一种波，也是一种粒子；
（2）有利于建立辩证的思想方法；
（3）多年来两种学说并存。
P51在得出折射定律的关系式后有说一说：
我们在上一章研究波的折射时已经见过这个等式，那是从惠更斯原理得出的推论，而这里的
（1）式是由实验得出来的。
由此我们是否可以推测：
光可能是一种波，我们常说的“光线”是否应该是光波的波线？
不但把波动说与粒子说结合起来，而且有利于改变学习方式、鼓励了学生的探究精神。
第1节光的折射
只要求绝对折射率，相对折射率只是个过渡。
P52实验：
测定玻璃的折射率。
“实验”栏目是要学生做的，是学生实验！
第2节光的干涉
P55图13.2-2甲有待改进
图13.2-2用氦氖激光器做双缝干涉实验
本节只通过图13.2-3分析亮暗条纹出现的条件，条纹间距到下节实验中再出。
本节学生应该能做定性的分析（什么情况下间距大）。
P56做一做
可以用自制的器材来观察双缝干涉现象。
取经过曝光的黑色摄影胶片，放在玻璃板上。
把两只剃须刀片并拢，以刀刃的前端沿直尺在胶片上一次划出两道细缝，缝间距离要小于0.1mm。
这样就做成了双缝。
也可以取一小块玻璃片，在上面均匀涂一薄层墨汁，干燥后用刀片以同样方法划出两道透光的狭缝。
通过双缝观看相距半米左右的白炽灯的灯丝，可以看到在灯丝两侧细密地分布着彩色的干涉条纹。
双缝离灯越近，干涉条纹越清晰。
质疑与解释
P57相干光源
为什么两只独立的白炽灯不是相干光源；为什么讲到相干光源的时候除了频率相同外还要说“相位差保持不变”；这些都不要深究。
第3节实验：
用双缝干涉测量光的波长
图13.3-1导出相邻亮条距离的表达式
P58公式
的导出过程用到了三个近似条件，学生不熟悉：
P1S1=P1M
x=ltanθ
tanθ=sinθ
P58图13.3-2待修改
图13.3-2双缝干涉的实验装置
P59使用测量头应该具有使用螺旋测微器的经验，已在3-1中补充。
第4节光的色散
本书：
含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做色散。
现行教材：
一束白光经过棱镜后会发生色散，在光屏上形成一条彩色的光带。
两种说法都以。
本书是色散的定义，现行教材是对现象的描写。
P60不同颜色的光，波长不同。
本书从干涉引入色散，更容易接触颜色的本质。
思路如下：
定量的分析得出――
不同波长的波干涉时的条纹间距不同
↓
白光干涉时出现了彩色条纹
说明
不同颜色的光的波长不同
白光由不同颜色的单色光组成
↓
棱镜使不同的色光有不同的偏折
说明同样的玻璃对不同波长的光的折射率不同
条理性，理性思维，科学精神
第5节光的衍射
为什么衍射时也会出现条纹？
为什么双缝干涉时不是两个单缝的条纹的重叠？
P65光经过大头针的衍射
图13.5-3光经过大头针尖（左）和针帽（右）时的衍射。
P66衍射光栅：
一般性了解，知道条纹的出现是叠加的结果就可以了。
P67做一做，P68第1、2两题：
道理与双缝干涉中的“做一做”相同，视网膜起到了光屏的作用。
第6节光的偏振
图13.6-4反射引起自然光的偏振
几个名词：
部分偏振光（完全偏振光）
线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光
偏振轴
偏振轴的旋转
起偏与检偏
偏振方向――电矢量E的方向
布儒斯特定律：
如果自然光射到非金属表面，当反射光线与折射光线垂直时，反射光为完全偏振光，折射光为部分偏振光。
P70图13.6-4将修改
常见的光的偏振现象：
摄影，太阳镜，动感投影片，晶体的检测，玻璃反光（透光）时出现的色彩……
另一组照片
P71做一做：
偏振光的实验研究
实验前的准备：
寻找几件带有液晶显示器的废旧物件，例如数字式电子表、空调遥控器、数字调谐收音机、计算器、数字多用表、带液晶显示的玩具等，小心取下其中液晶显示器最前面的一块塑料片，这就是一个偏振片。
用这样的偏振片研究光的偏振，装置简单，效果好。
1.将一个偏振片放于眼睛的前方，观察通过窗户进入室内的自然光。
转动偏振片，你感觉到的亮暗有没有明显的变化？
2.通过偏振片观察玻璃表面、光滑桌面反射来的灯光或窗外的光，同时转动偏振片。
你感觉到的亮暗有没有明显的变化？
玻璃表面、光滑桌面反射的光是偏振光吗？
3.将偏振片叠放在数字式电子表的液晶显示屏上，观察显示屏亮度的变化。
为什么不同方向的放置会有不同的亮度？
第7节全反射
思路如下
P73思考与讨论
既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，可以预料，当入射角增大到一定程度，但还没有到达90º时，折射角就会增大到90º。
如果入射角再增大，会出现什么现象？
画几张草图可能有助于思考。
（质疑，猜想）
P73演示
如图13.7-1所示，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。
逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。
图13.7-1观察全反射现象
（观察，检验）
图13.7-2
P74思考与讨论
不同的介质，由于折射率不同，在空气中发生全反射的临界角是不一样的。
请大家计算折射率为n的某种介质在空气（真空）中发生全反射时的临界角C。
计算时可以先考虑图13.7-2的情形，光以接近90º的入射角从空气掠射进入介质，求出这时的折射角，根据光路可逆的道理，也就知道光从介质射入空气时发生全反射的临界角了。
（分析和论证）
结论：
（……在今后的事实中不断审查这个结论……）
科学方法的渗透，学习方法的引导
第8节激光
课程标准（3-4）：
了解激光的特性和应用。
用激光观察全息照相。
激光产生的机理要用到3-5的知识，所以：
本节只讲激光的特性和应用，至于激光是怎样产生的，在原子结构那里才会涉及。
特点：
（1）相干性，因此
●可以用于通信
●可以用于全息照相
（2）平行性好，因此
●可以测距
●可以会聚在很小的一点――光盘
●可以产生很大的能量密度――打孔、做手术（视网膜）、核聚变、
不能只罗列神奇的应用，要归结到物理性质。
超声、纳米技术的应用也是这样展开的。
P80的题目要围绕物理性质来回答：
1.激光是相干光源。
根据激光的这个特点，可以将激光应用在哪些方面？
2.一张光盘可以记录几亿个字节，其信息量相当于几千本十多万字的书，其中一个重要的原因就是光盘上记录信息的轨道可以做得很密，1mm的宽度可以容纳650条轨道。
这是应用了激光的什么特性？
3.激光可以在很小的空间和很短的时间内聚集很大的能量。
例如一台红宝石巨脉冲激光器，激光束的发散角只有10－3弧度，在垂直于激光束的平面上，平均每平方厘米面积的功率达到109W。
激光的这一特性有哪些应用价值？
请你举例说明。
P79全息照相：
只做最初步的了解，最好能让学生看一看。
不必扩展。
第十四章电磁波
第1节电磁波的发现
思路：
法拉第和其他前辈建立了若干关于电磁现象的实验定律
↓
麦克斯韦为这些规律做出了高度概括的数学表示
↓
麦克斯韦发现电磁规律并不完整，做出了一些假设
最重要的是：
变化的电场能够激发磁场
↓
得到了完整自恰的电磁理论
↓
预言电磁波的存在
↓
赫兹的实验证实了电磁波的存在
↓
电磁波的应用
无数事实证明麦克斯韦理论的正确性
↓
麦克斯韦的理论与经典时空观相矛盾，导致狭义相对论
科学本质的教育，科学方法的教育。
P83变化的电场产生的磁场的方向
正确的错误的
变化的电场产生的磁场的方向
电磁波的E和B同时达到最大值
图14.1-3
第2节电磁振荡
电磁振荡不是重点，但研究电磁振荡的过程有助于熟悉电感、电容的性质。
P87和P88的公式
和
不要计算。
第3节电磁波的发射和接收
P89～P90调制、调幅、调频、调谐、解调等名词：
大致了解。
没有“电磁波的传播”
第4节电磁波与信息化社会
图14.4-6气象台的圆顶室
作为了解。
有些题目考的不是这些知识，但以这些知识为背景，所以还要有所了解。
P94图14.4-6不宜称为“圆顶室”
P96科学漫步：
模拟信号和数字信号
教师的职业能力：
把科学概念、规律用通俗易懂的方式讲清楚。
要正确，但不一定严格。
有的教师……
第5节电磁波谱
作为了解。
有些题目考的不是这些知识，但以这些知识为背景，所以应该有所了解。
P101：
从图14.5-2可以看到，波长在5.5×10-7m的黄绿光附近，辐射的能量最强。
我们的眼睛正好对这个区域的电磁辐射最敏感。
眼睛把太阳在最强辐射区的辐射作为自己的接收对象，这样就能看到最多的东西，获得最丰富的信息。
读到这里，你是否又一次感受到了自然万物的绝妙与和谐？
这是巧合呢，还是人类进化的结果?
图14.5-2太阳辐射的能量大部分集中在可见光及附近的区域
第十五章相对论简介
第1节相对论的诞生
P105：
矛盾（理论与事实的矛盾、理论不自恰的矛盾）推动了科学的发展
――光速不变，不符合速度叠加的法则；或说电磁规律不符合经典相对性原理。
图15.1-1难道电磁规律对两个参考系不一样？
第2节时间和空间的相对性
P107“同时”的相对性
“光速不变原理”，“狭义相对性原理”
闪光同时到达车厢的前后两壁吗？
对于地面的观察者，沿着火车运动方向，前面的事件后发生。
科学的方法与科学的价值观
实验或观测事实（或直接经验）
↓
猜想与假设（两个基本原理）
↓
逻辑分析（数学推理）
↓
可检验的结论
P106思考与讨论
图15.2-2在运动的观察者看来，A先发生还是B先发生？
……列车K某车厢的中央发出了一个闪光，车厢中的人认为闪光同时到达了前后两壁……这列火车K静止在车站里，另一列火车L从旁边呼啸而过（图15.2-2）。
那么，在运动的火车L里，观察者认为，沿着运动方向位置靠前一些的事件A先发生，还是靠后一些的事件B先发生？
……
研究同时的相对性时，两事件哪个先、哪个后对学生并无特殊意义。
但这个结论在下一个小标题中要用。
P109长度的相对性
图15.2-3地面观察者认为自己同时测得了杆两端的坐标，火车上的观察者却认为他不是同时测量的，所以两个参考系的测量值有了差异。
学生不必复述推理的过程，但应该清楚、熟练地知道结论：
l=l0
P110时间间隔的相对性：
Δt=
P111时空相对性的实验验证
μ子，1941年
P113科学足迹：
狭义相对论出现的前夜
如果没有爱因斯坦，几年之后同样会有狭义相对论，但也许很多年之后也没有广义相对论。
第3节狭义相对论的其他结论
相对论速度变换公式：
能试着进行运算，不必记忆
u=
相对论质量：
最好记住
m=
质能方程：
必须记住
E=mc2
P116：
思考与讨论
静止时质量是1kg的物体，以10m/s的速度运动，它具有的动能是多少？
与这个动能相对应，它的质量增加了多少？
按照运动物体的质量与速度的关系式
（2），这个物体的质量增加了多少？
学过《物理选修3-5》第十九章后就会发现，这个关系使我们看到了蕴藏在原子核中的巨大能量。
P116第1第2两题
1.两个电子相向运动，每个电子对于实验室的速度都是
c，它们的相对速度是多少？
在实验室中观测，每个电子的质量是多少？
……
2.上题中，在实验室观测，两个电子的总动能是多少？
以一个电子为参考系，两个电子的总动能又是多少？
计算时由电子运动时的能量减去静止时的能量就得到电子的动能。
物理学的研究常常要利用高速粒子的相互撞击……为使相互碰撞的粒子达到一定的相对速度，同时加速两束粒子，使它们迎头相撞，这样所需的能量要比只加速一束粒子，用它去轰击静止靶所需的能量少，因而在技术上容易实现。
由于这个原因，有时候人们使用粒子对撞机，而不用普通加速器。
――情感态度价值观的教育
相对论以深奥难懂著称。
其实，以少数不深奥、不难懂的原理为基础，经过可信的逻辑推理，你会看到，那些神奇的结论竟是十分自然的！
知识可以在人生的任何阶段学习，观念只能在一定的年龄建立
第4节广义相对论简介
课程标准：
“初步了解广义相对论的主要观点以及主要观测证据”
等效原理
引力使光线弯曲
太阳使星光偏折
课题研究社会生活中的电磁波
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