高考物理三精考点考点5 机械振动与机械波光学名卷考点汇选修3-4

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(完整版)高中物理选修3-4知识点清单(非常详细)

(完整版)高中物理必修3-4知识点清单(非常详细)第一章机械振动第二章机械波一、简谐运动1．概念：质点的位移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)是一条正弦曲线的振动．2．平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置． 3．回复力(1)定义：使物体返回到平衡位置的力． (2)方向：时刻指向平衡位置．(3)来源：振动物体所受的沿振动方向的合力． 4．简谐运动的表达式(1)动力学表达式：F ＝－kx ，其中“－”表示回复力与位移的方向相反．(2)运动学表达式：x ＝A sin (ωt ＋φ)，其中A 代表振幅，ω＝2πf 表示简谐运动的快慢，(ωt ＋φ)代表简谐运动的相位，φ叫做初相．5 定义意义振幅振动质点离开平衡位置的最大距离描述振动的强弱和能量周期振动物体完成一次全振动所需时间描述振动的快慢，两者互为倒数：T ＝1f频率振动物体单位时间内完成全振动的次数相位 ωt ＋φ描述质点在各个时刻所处的不同状态二、单摆1．定义：在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，如果细线的伸缩和质量都不计，球的直径比线的长度短得多，这样的装置叫做单摆．2．视为简谐运动的条件：θ＜5°.3．回复力：F ＝G 2＝G sin θ＝mg lx . 4．周期公式：T ＝2πl g. 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．三、受迫振动及共振 1．受迫振动：系统在驱动力作用下的振动．做受迫振动的物体，它的周期(或频率)等于驱动力周期(或频率)，而与物体的固有周期(或频率)无关．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，当二者相等时，振幅达到最大，这就是共振现象．共振曲线如图所示．考点一简谐运动的五个特征 1．动力学特征 F ＝－kx ，“－”表示回复力的方向与位移方向相反，k 是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数．2．运动学特征简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比而方向相反，为变加速运动，远离平衡位置时x 、F 、a 、E p 均增大，v 、E k 均减小，靠近平衡位置时则相反．3．运动的周期性特征相隔T 或nT 的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同． 4．对称性特征(1)相隔T 2或2n ＋12T (n 为正整数)的两个时刻，振子位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度大小相等，方向相反．(2)如图所示，振子经过关于平衡位置O 对称的两点P 、P ′(OP ＝OP ′)时，速度的大小、动能、势能相等，相对于平衡位置的位移大小相等．(3)振子由P 到O 所用时间等于由O 到P ′所用时间，即t PO ＝t OP ′.(4)振子往复过程中通过同一段路程(如OP 段)所用时间相等，即t OP ＝t PO . 5．能量特征振动的能量包括动能E k 和势能E p ，简谐运动过程中，系统动能与势能相互转化，系统的机械能守恒．6.(1)由于简谐运动具有周期性、往复性、对称性，因此涉及简谐运动时，往往出现多解．分析此类问题时，特别应注意，物体在某一位置时，位移是确定的，而速度不确定，时间也存在周期性关系．(2)相隔(2n ＋1)T2的两个时刻振子的位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度等大反向．考点二简谐运动的图象的应用某质点的振动图象如图所示，通过图象可以确定以下各量： 1．确定振动物体在任意时刻的位移． 2．确定振动的振幅．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．4．确定质点在各时刻的振动方向．5．比较各时刻质点加速度的大小和方向．6.(1)简谐运动的图象不是振动质点的轨迹，它表示的是振动物体的位移随时间变化的规律；(2)因回复力总是指向平衡位置，故回复力和加速度在图象上总是指向t 轴；(3)速度方向可以通过下一个时刻位移的变化来判定，下一个时刻位移如果增加，振动质点的速度方向就远离t 轴，下一个时刻的位移如果减小，振动质点的速度方向就指向t 轴．考点三受迫振动和共振自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力受驱动力作用受驱动力作用振动周期或频率由系统本身性质决定，即固有周期T 0或固有频率f 0由驱动力的周期或频率决定，即T ＝T 驱或f ＝f 驱 T 驱＝T 0或f 驱＝f 0振动能量振动物体的机械能不变由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆(θ≤5°) 机械工作时底座发生的振动共振筛、声音的共鸣等(1)共振曲线：如图所示，横坐标为驱动力频率f ，纵坐标为振幅A .它直观地反映了驱动力频率对某振动系统受迫振动振幅的影响，由图可知，f 与f 0越接近，振幅A 越大；当f ＝f 0时，振幅A 最大．(2)受迫振动中系统能量的转化：受迫振动系统机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换．3.(1)无论发生共振与否，受迫振动的频率都等于驱动力的频率，但只有发生共振现象时振幅才能达到最大.(2)受迫振动系统中的能量转化不再只有系统内部动能和势能的转化，还有驱动力对系统做正功补偿系统因克服阻力而损失的机械能．三、实验：用单摆测定重力加速度1．实验原理由单摆的周期公式T ＝2πl g ，可得出g ＝4π2T2l ，测出单摆的摆长l 和振动周期T ，就可求出当地的重力加速度g .2．实验器材单摆、游标卡尺、毫米刻度尺、停表． 3．实验步骤(1)做单摆：取约1 m 长的细丝线穿过带中心孔的小钢球，并打一个比小孔大一些的结，然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上，让摆球自然下垂，如图所示．(2)测摆长：用毫米刻度尺量出摆线长L (精确到毫米)，用游标卡尺测出小球直径D ，则单摆的摆长l ＝L ＋D2.(3)测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5°)，然后释放小球，记下单摆摆动30～50次的总时间，算出平均每摆动一次的时间，即为单摆的振动周期．(4)改变摆长，重做几次实验． 4．数据处理(1)公式法：g ＝4π2lT2.(2)图象法：画l －T 2图象．g ＝4π2k ，k ＝l T 2＝ΔlΔT2.5．注意事项(1)悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证悬点固定． (2)单摆必须在同一平面内振动，且摆角小于10°.(3)选择在摆球摆到平衡位置处时开始计时，并数准全振动的次数．(4)小球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长L ，用游标卡尺测量小球的直径，然后算出摆球的半径r ，则摆长l ＝L ＋r .(5)选用一米左右的细线．四、机械波 1．形成条件(1)有发生机械振动的波源． (2)有传播介质，如空气、水等． 2．传播特点(1)传播振动形式、传递能量、传递信息． (2)质点不随波迁移． 3．分类机械波⎩⎪⎨⎪⎧横波：振动方向与传播方向垂直.纵波：振动方向与传播方向在同一直线上.五、描述机械波的物理量1．波长λ：在波动中振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离．用“λ”表示． 2．频率f ：在波动中，介质中各质点的振动频率都是相同的，都等于波源的振动频率． 3．波速v 、波长λ和频率f 、周期T 的关系公式：v ＝λT＝λf机械波的速度大小由介质决定，与机械波的频率无关．六、机械波的图象1．图象：在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的平衡位置，用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线．2．物理意义：某一时刻介质中各质点相对平衡位置的位移．四、波的衍射和干涉1．波的衍射定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象．2．发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者小于波长时，才会发生明显的衍射现象．3．波的叠加原理：几列波相遇时能保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和．4．波的干涉(1)定义：频率相同的两列波叠加时，某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱，这种现象叫波的干涉．(2)条件：两列波的频率相同．5．干涉和衍射是波特有的现象，波同时还可以发生反射、折射．五、多普勒效应由于波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率与波源频率不相等的现象．考点一波动图象与波速公式的应用1．波的图象反映了在某时刻介质中的质点离开平衡位置的位移情况，图象的横轴表示各质点的平衡位置，纵轴表示该时刻各质点的位移，如图．图象的应用：(1)直接读取振幅A 和波长λ，以及该时刻各质点的位移．(2)确定某时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小． (3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向．2．波速与波长、周期、频率的关系为：v ＝λT＝λf . 3.波的传播方向与质点的振动方向的互判方法图象律表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移考点三波的干涉、衍射、多普勒效应 1．波的干涉中振动加强点和减弱点的判断某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差Δr . (1)当两波源振动步调一致时若Δr ＝n λ(n ＝0,1,2，…)，则振动加强；若Δr ＝(2n ＋1)λ2(n ＝0,1,2，…)，则振动减弱．(2)当两波源振动步调相反时若Δr ＝(2n ＋1)λ2(n ＝0,1,2，…)，则振动加强；若Δr ＝n λ(n ＝0,1,2，…)，则振动减弱． 2．波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象，产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长．3．多普勒效应的成因分析 (1)接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数．当波以速度v 通过观察者时，时间t 内通过的完全波的个数为N ＝vtλ，因而单位时间内通过观察者的完全波的个数，即接收频率．(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小．第三章电磁波一、电磁波的产生1．麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场． 2．电磁场变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场． 3．电磁波电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波． (1)电磁波是横波，在空间传播不需要介质．(2)真空中电磁波的速度为3.0×108m/s.(3)电磁波能产生干涉、衍射、反射和折射等现象．二、电磁波的发射与接收 1．电磁波的发射(1)发射条件：足够高的频率和开放电路． (2)调制分类：调幅和调频． 2．电磁波的接收(1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程．(2)解调：使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程．第四章光的折射全反射一、光的折射与折射率 1．折射定律(1)内容：如图所示，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．(2)表达式：sin θ1sin θ2＝n .(3)在光的折射现象中，光路是可逆的． 2．折射率(1)折射率是一个反映介质的光学特性的物理量．(2)定义式：n ＝sin θ1sin θ2.(3)计算公式：n ＝c v，因为v <c ，所以任何介质的折射率都大于1.(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角．二、全反射1．条件：(1)光从光密介质射入光疏介质． (2)入射角≥临界角．2．临界角：折射角等于90°时的入射角，用C 表示，sin C ＝1n.三、光的色散、棱镜 1．光的色散 (1)色散现象白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱，如图．(2)成因由于n 红＜n 紫，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的折射角不同，就是说紫光偏折得更明显些，当它们射到另一个界面时，紫光的偏折角最大，红光偏折角最小．三、全反射现象1．在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的．2．当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．当折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光了．3．全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射．4.分析全反射问题的基本思路(1)画出恰好发生全反射的临界光线，作好光路图． (2)应用几何知识分析边、角关系，找出临界角． (3)判断发生全反射的范围．考点三光路的计算与判断1．光线射到介质的界面上时，要注意对产生的现象进行分析：(1)若光线从光疏介质射入光密介质，不会发生全反射，而同时发生反射和折射现象，不同色光偏折不同．(2)若光线从光密介质射向光疏介质，是否发生全反射，要根据计算判断，要注意不同色光临界角不同．2．作图时要找出具有代表性的光线，如符合边界条件或全反射临界条件的光线． 3．解答时注意利用光路可逆性、对称性和几何知识． 4．各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率ν 低―→高同一介质中的折射率小―→大同一介质中速度大―→小波长大―→小临界角大―→小通过棱镜的偏折角小―→大四、实验：测定玻璃的折射率 1．实验原理用插针法找出与入射光线AO 对应的出射光线O ′B ，确定出O ′点，画出折射光线OO ′，然后测量出角θ1和θ2，代入公式n ＝sin θ1sin θ2计算玻璃的折射率．2．实验过程(1)铺白纸、画线． ①如图所示，将白纸用图钉按在平木板上，先在白纸上画出一条直线aa ′作为界面，过aa ′上的一点O 画出界面的法线MN ，并画一条线段AO 作为入射光线．②把玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa ′对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb ′.(2)插针与测量．①在线段AO 上竖直地插上两枚大头针P 1、P 2，透过玻璃砖观察大头针P 1、P 2的像，调整视线的方向，直到P 1的像被P 2挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P 3、P 4，使P 3挡住P 1、P 2的像，P 4挡住P 1、P 2的像及P 3，记下P 3、P 4的位置．②移去玻璃砖，连接P 3、P 4并延长交bb ′于O ′，连接OO ′即为折射光线，入射角θ1＝∠AOM ，折射角θ2＝∠O ′ON .③用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中． ④改变入射角θ1，重复实验步骤，列表记录相关测量数据． 3．数据处理(1)计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的sin θ1sin θ2，并取平均值．(2)作sin θ1－sin θ2图象：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2图象，由n ＝sin θ1sin θ2可知图象应为直线，如图所示，其斜率为折射率．(3)“单位圆”法确定sin θ1、sin θ2，计算折射率n ：以入射点O 为圆心，以一定的长度R 为半径画圆，交入射光线OA 于E 点，交折射光线OO ′于E ′点，过E 作NN ′的垂线EH ，过E ′作NN ′的垂线E ′H ′.如图所示，sin θ1＝EH OE ，sin θ2＝E ′H ′OE ′，OE ＝OE ′＝R ，则n ＝sin θ1sin θ2＝EHE ′H ′.只要用刻度尺量出EH 、E ′H ′的长度就可以求出n .4．注意事项(1)玻璃砖应选用厚度、宽度较大的． (2)大头针要插得竖直，且间隔要大些．(3)入射角不宜过大或过小，一般在15°～75°之间．(4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线． (5)实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变.第五章光的干涉衍射偏振一、光的干涉1．定义：在两列光波的叠加区域，某些区域的光被加强，出现亮纹，某些区域的光被减弱，出现暗纹，且加强和减弱互相间隔的现象叫做光的干涉现象．2．条件：两列光的频率相等，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉现象． 3．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是频率相等的相干光波，屏上某点到双缝的路程差是波长的整数倍处出现亮条纹；路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹．相邻的明条纹(或暗条纹)之间距离Δx 与波长λ、双缝间距d 及屏到双缝距离l 的关系为Δx ＝l dλ.4．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后表面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度相同．二、光的衍射 1．光的衍射现象光在遇到障碍物时，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． 2．光发生明显衍射现象的条件当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟光波波长相差不多时，光才能发生明显的衍射现象．3．衍射图样(1)单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同．白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光．(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环．(3)泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一．三、光的偏振1．偏振光：在跟光传播方向垂直的平面内，光在某一方向振动较强而在另一些方向振动较弱的光即为偏振光．光的偏振现象证明光是横波(填“横波”或“纵波”)．2．自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿各个方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光．3．偏振光的产生自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫做起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光，叫做检偏器．考点一光的干涉 1．双缝干涉(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同． (2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx ＝l dλ.(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹． 2．薄膜干涉(1)如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA ′和后表面BB ′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加，两列光波同相叠加，出现明纹；反相叠加，出现暗纹．(3)条纹特点：①单色光：明暗相间的水平条纹； ②白光：彩色水平条纹． 3.明暗条纹的判断方法屏上某点到双缝距离之差为Δr ，若Δr ＝k λ(k ＝0,1,2，…)，则为明条纹；若Δr ＝(2k ＋1)λ2(k ＝0,1,2，…)，则为暗条纹．考点二光的衍射现象的理解 1两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的．考点三光的偏振现象的理解 1．偏振光的产生方式(1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器．(2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．2．偏振光的理论意义及应用(1)理论意义：光的偏振现象说明了光波是横波. (2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．考点四实验：用双缝干涉测量光的波长 1．实验原理单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)纹间距Δx 与双缝间距d 、双缝到屏的距离l 、单色光的波长λ之间满足λ＝d Δx /l .2．实验步骤 (1)观察干涉条纹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，二者间距约5 cm ～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． (2)测定单色光的波长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a 1，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a 2，将该条纹记为第n 条亮纹．③用刻度尺测量双缝到光屏的距离l (d 是已知的)． ④改变双缝间的距离d ，双缝到屏的距离l ，重复测量． 3．数据处理(1)条纹间距Δx ＝|a 2－a 1n －1|.(2)波长λ＝d lΔx .(3)计算多组数据，求λ的平均值． 4．注意事项(1)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、双缝平行且间距适当．(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近．(3)调节的基本依据是：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节．。

高考精品系列之物理：专题13+机械振动和机械波(选修3-4)(解析版)

【2017年高考考点定位】近年来对机械振动的考查着重放在简谐运动的运动学特征和动力学特征和振动图象上；同时也通过简谐运动的规律考查力学的主干知识.对机械波的考查着重放在波的形成过程、传播规律、波长和波动图象及波的多解上；对波的叠加、干涉和衍射、多普勒效应也有涉及.实际上许多考题是振动与波的综合，考查振动图象与波动图象的联系和区别；同时也加强了对振动和波的联系实际的问题的考查。

【考点p k 】名师考点透析考点一、简谐运动【名师点睛】1. 概念：质点的位移和时间关系遵守正弦函数规律，即它的振动图像也就是位移时间图像是一条正弦曲线。

相关物理量：使质点回到平衡位置的力即为回复力，回复力的方向总是指向平衡位置，大小与偏离平衡位置的位移成正比即F kx =-，质点偏离平衡位置的最大位移即振幅A ，质点振动过程偏离平衡位置的位移满足sin(t )x A ωφ=+，φ代表质点振动的初相位，t ωφ+代表振动的相位。

2. 振动图像如下：从振动图像中可以找到质点振动的振幅A ，振动的周期T ，偏离平衡位置的位移sin(t )x A ωφ=+中的2Tπω=，从振动图像中可以看到质点在任一时刻所在的位置，当质点位置在时间轴以上，表示位移x 为正方向，那么回复力F kx =-即为负方向，加速度F a m=也是负方向，而且随位移增大，回复力增大加速度增大，但是速度逐渐减小，图像斜率表示速度大小和方向，平衡位置速度最大，偏离平衡位置位移最大时速度最小等于0，质点的运动方向根据图像斜率判断，斜率位置及运动方向为正方向，斜率为负极运动方向为负方向。

3. 单摆：单摆摆角小于10即可看做简谐运动，单摆周期2T =，即单摆摆动的周期与振幅无关，与摆球质量无关，摆长l 是指从摆球球心到悬点的距离，g 为当地重力加速度。

秒摆周期为2s 。

4. 受迫振动和共振：质点在周期性外力驱动下的振动为受迫振动，受迫振动的频率等于驱动力频率，与固有频率无关。

高中物理选修3-4全部知识点归纳

高中物理选修3-4全部知识点归纳一、简谐运动、简谐运动的表达式和图象1、机械振动：物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧来回做往复运动，叫做机械振动。

机械振动产生的条件是：①回复力不为零；②阻力很小。

使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力，回复力属于效果力，在具体问题中要注意分析什么力提供了回复力。

2、简谐振动：在机械振动中最简单的一种理想化的振动。

对简谐振动可以从两个方面进行定义或理解：①物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫做简谐振动。

②物体的振动参量，随时间按正弦或余弦规律变化的振动，叫做简谐振动，3、描述振动的物理量研究振动除了要用到位移、速度、加速度、动能、势能等物理量以外，为适应振动特点还要引入一些新的物理量。

⑴位移X：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段叫做位移。

位移是矢量，其最大值等于振幅。

第-1-页共9页单摆⑵振幅A ：做机械振动的物体离开平衡位置的最大距离叫做振幅，振幅是标量，表示振动的强弱。

振幅越大表示振动的机械能越大，做简揩振动物体的振幅大小不影响简揩振动的周期和频率。

⑶周期T ：振动物体完成一次余振动所经历的时间叫做周期。

所谓全振动是指物体从某一位置开始计时，物体第一次以相同的速度方向回到初始位置，叫做完成了一次全振动。

⑷频率f 振动物体单位时间内完成全振动的次数。

⑸角频率。

角频率也叫角速度，即圆周运动物体单位时间转过的弧度数。

引入这个参量来描述振动的原因是人们在研究质点做匀速圆周运动的射影的运动规律时，发现质点射影做的是简谐振动。

因此处理复杂的简谐振动问题时，可以将其转化为匀速圆周运动的射影进行处理，这种方法高考大纲不要求掌握。

⑹相位9:表示振动步调的物理量。

4、研究简谐振动规律的几个思路：⑴用动力学方法研究，受力特征：回复力F=-kx ；加速度，简谐振动是一种变加速运动。

在平衡位置时速度最大，加速度为零；在最大位移处，速度为零，加速度最大。

高中物理选修3-4、3-5知识点总结

高中物理选修3-4知识点总结1．波的特征量及其关系（1）波长：波动过程中，对平衡位置的位移总相等的两相邻质点的距离叫波长；（2）频率：波的频率由波源的振动频率决定，在任何介质中，频率保持不变；（3）机械振动在介质中的传播的距离和所用时间的比值叫波速，波速由介质本身的性质所决定（若光还和光的频率有关），在不同介质中波速是不同的。

（v =λ/T ）2．介质中质点运动的特征：（1）每个质点都在自己平衡位置附近作振动，并不随波迁移；（2）后振动的质点振动情况总是落后于相邻的先振动的质点的振动3．波动图象（1）规定用横坐标x表示在波的传播方向上各个质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各个质．．．点．偏离平衡位置的位移，连结各质点位移量末端得到的曲线叫做该时刻波的图象(2)用“同侧法”判断波动图像中质点的速度方向，用作切线判断振动图像中质点的速度方向（3）在一个周期内质点沿y轴振动通过路程4A，1/4个周期不一定是A；波沿x轴匀速传播λ，1/4个周期一定是λ/44、波长、波速和频率（周期）的关系：v =△x/△t=λf=λ/ T。

5、波绕过障碍物的现象叫做波的衍射，能够发生明显的衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波．．长小．．，或者跟波长相差不多。

d≤λ(超声波（它是机械波非电磁波）定位原理：频率大，波长小不易衍射，直线传播性好)6、产生干涉的必要条件是：两列波源的频率必须相同，干涉区域内某点是振动最强点还是振动最弱点的充要条件：（1）最强：该点到两个波源的路程之差是波长的整数倍，即δ=nλ；（2）最弱：该点到两个波源的路程之差是半波长的奇数倍δ= ；，即。

根据以上分析，在稳定的干涉区域内，振动加强点始终加强．．．．。

(振动加强的点还是做简谐运动，某．．．．；振动减弱点始终减弱时刻位移可能为零)7、声波是纵波，能在空气、液体、固体中传播．声波在固体中波速大于液体大于气体．现象叫多普勒效应。

当波源与观察者相互靠近．．．．。

2022年高考物理三轮冲刺必背知识点归纳总结与汇编：专题必背14 机械振动机械波(选修3-4)

专题必背14 机械振动机械波（选修3-4）【必背知识点】一、机械振动1．简谐运动的对称性(1)振动质点经过关于平衡位置对称的两点时，位移x、回复力F、速度v、加速度a、动能E k、势能E p的大小都相等，其中回复力F、加速度a与位移x方向相反，速度与位移x的方向可能相同，也可能相反．(2)振动质点通过关于平衡位置对称的两段等长线段的时间相等．2．简谐运动的周期性(1)周期性：简谐运动的位移x、速度v、加速度a、回复力F、动能E k和势能E p都随时间作周期性变化，x、v、a、F的变化周期为T，E k和E p的变化周期为T 2.(2)质点在任意时刻开始计时的一个周期内通过的路程s＝4A(A 为振幅)，半个周期内通过的路程s＝2A.但从不同时刻开始计时的四分之一周期内，路程不一定等于振幅A.二、机械波1．波长、波速与频率(周期)的关系v＝λf＝λT波的频率(周期)等于振源的频率(周期)，与介质无关，波从一种介质进入另一种介质，频率(周期)是不变的；波在介质中的传播速度v 由介质的性质决定；波长等于波在一个周期内向外传播的距离，其大小取决于波的频率及介质的性质(波速v )．波速也可用公式v ＝Δx Δt 计算，其中Δx 为Δt 时间内波沿传播方向传播的距离．2．振动图象与波的图象的比较振动图象反映了一个质点的位移x (位置坐标)随时间t 变化的关系，波动图象反映了一系列质点在某一时刻相对其平衡位置的位移随质点的平衡位置变化的关系；由振动图象可确定周期T 、振幅A 、各时刻的位移及速度方向，由波动图象可确定波长λ、振幅A 、波峰和波谷的位置、各个质点的位置及速度方向(结合传播方向)．注意：(1)简谐运动与其在介质中的传播形成的简谐波的振幅、频率均相同．(2)简谐振动和简谐波的图象均为正弦(或余弦)曲线．(3)振动和波动的图象中质点振动方向判断方法不同．3．波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域互相隔开，这种现象叫波的干涉．路程差Δx ＝2n ＋12λ(n ＝0,1,2…)的点为振动减弱点；路程差Δx ＝nλ(n ＝0,1,2…)的点为振动加强点．4．波的衍射：波绕过障碍物继续传播的现象．发生明显衍射的条件是，波长大于障碍物、小孔的尺寸或差不多．三、振动图象与波动图象问题1．由振动图象判定质点在某时刻的振动方向振动图象中质点在某时刻的振动方向可根据下一个时刻(远小于T 4)质点的位移(位置坐标)确定，也可根据图象中该时刻对应的曲线斜率的正负确定．2．波动图象中质点的振动方向与波的传播方向(1)“上下坡法”：将波形想象成一段坡路，沿着波传播的方向看，位于“上坡”处的各质点振动方向向下，位于“下坡”处的各质点振动方向向上．(2)微平移法：波的传播过程其实是波形沿传播方向的平移，作出微小时间Δt 后的波形，可确定各质点经Δt 后到达的位置，由此可确定各质点的振动方向．3．振动图象与波动图象结合解答振动图象和波动图象结合的问题，应注意两种图象意义的理解，波动图象是某时刻一系列质点的振动情况的反映，振动图象是某一质点在不同时刻的振动情况的反映；其次要从一种图象中找到某一质点的振动信息，由此结合题设条件及相应的振动或波动规律推导另一种图象的相关情况。

高中物理选修3-4知识点机械振动与机械波解析复习过程

机械振动与机械波简谐振动一、学习目标1.了解什么是机械振动、简谐运动2.正确理解简谐运动图象的物理含义，知道简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线。

二、知识点说明1.弹簧振子(简谐振子)：(1)平衡位置：小球偏离原来静止的位置；(2)弹簧振子：小球在平衡位置附近的往复运动，是一种机械运动，这样的系统叫做弹簧振子。

(3)特点：一个不考虑摩擦阻力，不考虑弹簧的质量，不考虑振子的大小和形状的理想化的物理模型。

2.弹簧振子的位移—时间图像弹簧振子的s—t图像是一条正弦曲线，如图所示。

3.简谐运动及其图像。

(1)简谐运动：如果质点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，这样的振动叫做简谐运动。

(2)应用：心电图仪、地震仪中绘制地震曲线装置等。

三、典型例题例1：简谐运动属于下列哪种运动()A．匀速运动 B．匀变速运动C．非匀变速运动 D．机械振动解析：以弹簧振子为例，振子是在平衡位置附近做往复运动，并且平衡位置处合力为零，加速度为零，速度最大．从平衡位置向最大位移处运动的过程中，由F＝－kx可知，振子的受力是变化的，因此加速度也是变化的。

故A、B错，C正确。

简谐运动是最简单的、最基本的机械振动，D正确。

答案：CD简谐运动的描述一、学习目标1．知道简谐运动的振幅、周期和频率的含义。

2．知道振动物体的固有周期和固有频率，并正确理解与振幅无关。

二、知识点说明1.描述简谐振动的物理量，如图所示：(1)振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离，。

(2)全振动：振子向右通过O点时开始计时，运动到A，然后向左回到O，又继续向左达到，之后又回到O，这样一个完整的振动过程称为一次全振动。

(3)周期：做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间，符号T表示，单位是秒(s)。

(4)频率：单位时间内完成全振动的次数，符号用f表示，且有，单位是赫兹(Hz)，。

(5)周期和频率都是表示物体振动快慢的物理量，周期越小，频率越大，振动越快。

高中物理选修3-4：机械波知识点归纳

高中物理选修3-4：机械波知识点归纳一、机械波的形成和传播1.机械波（1）定义：机械振动在介质中的传播，形成机械波（2）产生条件：振源和介质名师提醒：（1）介质是能够传播机械振动的物质，其状态可以是固、液、气中的任意一种（2）波的传播方向为振动传播的方向2.机械波的形成：介质中相邻质点之间有相互作用力，当振源质点振动时，它就会带动相邻的质点振动，这样会使各个质点都重复振源质点的运动从而振动起来，这样振源的机械振动就在介质中由近及远地传播开来；但是在振动过程中，各个质点的振动步调并不一致，后面质点的振动总是要比前面质点的振动情况滞后一段时间。

这样，在同一时刻，介质中的各个质点离开平衡位置的位移是不同的，从而形成凸凹相间（疏密相间）的波形。

3.机械波的传播特点(1)机械波传播的是振动形式和能量．质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波定向迁移．(2)介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同，而且各质点开始振动的方向与振源开始振动的方向相同，即各质点的振动方式与振源的振动方式完全一致．即各质点的起振方向相同．(3)离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动.（4）一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为4A，位移为零．名师提醒：波传播的是振动形式和能量而质点不随波迁移二、横波与纵波：区分两者应从振动方向与波的传播方向的关系进行(1)横波：质点振动方向与波的传播方向相互垂直的波叫横波．横波有凸部(波峰)和凹部(波谷)．抖动绳子一端而在绳子上所形成的波就是横波，水表面的波可以近似看做横波．(2)纵波：质点振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波．纵波有密部和疏部．声波是最常见的纵波，地震所产生的波既有横波又有纵波．名师提醒：绳波是横波、声波是纵波、地震波既有横波也有纵波三、简谐波：不管是横波还是纵波，如果传播的振动是简谐运动，这种波就是简谐波四、波长1.定义：沿波的传播方向，任意两个相邻的同相振动的质点之间的距离（包含一个“完整的波”），叫做波长，常用表示名师提醒：“同相振动”的含义是“任何时刻相位都是相同的”或者说“任何时刻振动情况总是相同的”2.关于波长的几种说法（1）两个相邻的、在振动过程中相对平衡位置的位移总是相等的质点之间的距离等于波长（2）在横波中，两个相邻的波峰（或波谷）之间的距离等于波长；在纵波中，两个相邻的密部（疏部）中心之间的距离等于波长（3）波长反映了波在空间上的周期性五.振幅1、定义：在波动中，各质点离开平衡位置的最大距离，即其振动的振幅，也称为波的振幅，一般用A表示2、物理意义：波的振幅大小是波所传播的能量的直接量度六.频率1、定义：波在传播过程中，介质中质点的频率都相同，这个频率被称为波的频率，用f表示2、频率与周期的关系：七、波速1、定义：波在介质中传播的速度；它等于波在介质中传播的距离与所用时间的比值2、公式：3、波长、波速、周期（频率）之间的关系：八、横波的图像波的图象反映了在某时刻介质中的各质点离开平衡位置的位移情况，图象的横轴表示各质点的平衡位置，纵轴表示该时刻各质点的位移，如图所示．图象的应用：(1)直接读取振幅A和波长λ，以及该时刻各质点的位移．(2)确定某时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小．(3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向．九、振动图像与波动图像的比较十、波的叠加原理1、波的独立传播原理：几列波相遇后能够保持各自的运动状态继续传播，这一原理叫做波的独立传播原理2、波的叠加原理：在几列传播的重叠区域内，质点要同时参与几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和，这就是波的叠加原理十一、波的干涉现象1、波的干涉：频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域互相间隔、位移保持不变，这种稳定的叠加现象（图样）叫做波的干涉2、两列波干涉的条件：频率相同十二、波的衍射现象1、波的衍射：波能够绕到障碍物后面传播的现象，叫做波的衍射2、产生明显衍射现象的条件：障碍物（或孔）的尺寸与波长相差不多或者比波长小十三、多普勒效应1．多普勒效应：当波源与观察者之间有相对运动时，观察者会感到波的频率发生了变化，这种现象叫多普勒效应．2．接收到的频率的变化情况：当波源与观察者相向运动时，观察者接收到的频率变大；当波源与观察者背向运动时，观察者接收到的频率变小．十四、多普勒效应的应用1、超声波测速：发射装置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，根据反射波频率变化的多少可以知道车辆的速度2、医用“彩超”：向人体发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血液反射后被仪器接收。

高中物理选修3-4复习整册机械波和机械振动讲义教案有答案

基础课1机械振动知识点一、简谐运动单摆、单摆的周期公式1．简谐运动(1)定义：物体在跟位移大小成正比并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动。

(2)平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置。

(3)回复力①定义：使物体返回到平衡位置的力。

②方向：总是指向平衡位置。

③来源：属于效果力，可以是某一个力，也可以是几个力的合力或某个力的分力。

(4)简谐运动的特征＝－kx。

①动力学特征：F回②运动学特征：x、v、a均按正弦或余弦规律发生周期性变化(注意v、a的变化趋势相反)。

③能量特征：系统的机械能守恒，振幅A不变。

2．简谐运动的两种模型知识点二、简谐运动的公式和图象1．简谐运动的表达式(1)动力学表达式：F＝－kx，其中“－”表示回复力与位移的方向相反。

(2)运动学表达式：x＝A sin(ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝2πf表示简谐运动的快慢。

2．简谐运动的图象(1)从平衡位置开始计时，函数表达式为x＝A sin ωt，图象如图1甲所示。

图1(2)从最大位移处开始计时，函数表达式为x＝A cos ωt，图象如图1乙所示。

知识点三、受迫振动和共振1．受迫振动系统在驱动力作用下的振动。

做受迫振动的物体，它做受迫振动的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率)，而与物体的固有周期(或频率)无关。

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，当二者相等时，振幅达到最大，这就是共振现象。

共振曲线如图2所示。

图2[思考判断](1)简谐运动平衡位置就是质点所受合力为零的位置。

()(2)做简谐运动的质点先后通过同一点，回复力、速度、加速度、位移都是相同的。

()(3)做简谐运动的质点，速度增大时，加速度可能增大。

()(4)简谐运动的周期与振幅成正比。

()(5)单摆在任何情况下的运动都是简谐运动。

()(6)物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关。

()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√简谐运动1．简谐运动中路程(s)与振幅(A)的关系(1)质点在一个周期内通过的路程是振幅的4倍。

高中物理选修3---4题型归纳(振动和波部分)

3---4复习讲义（振动和波部分）说明：Ⅰ级要求表示：对所列知识要知道其内容及含义，并能在有关问题中识别和直接使用，与课程标准中“了解”和“认识”相当。

而Ⅱ级要求表示：对所列知识要理解其确切含义及与其他知识的联系，能够进行叙述和解释，并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用，与课程标准中“理解”和“应用”相当。

即Ⅱ级要求的内容为重点的骨干知识。

振动题型归类题型11.回复力概念及回复力与其它各种力的辨析解题要点：● 回复力是做振动的物体所受各力产生的一种效果力，它可以是物体所受各力的合力，也可以是所受某些力的分力。

它与向心力一样，并不是振动物体单独受到的某一个力，在F=-kx; （简谐运动的周期公式2T π=） ● 对弹簧振子，合力即为回复力；对单摆，应把物体受的的各力沿切线方向和法线（指与切线垂直的线，又称为径向））方向分解，则在切线方向上所求出的合力即为回复力（对只受重力和拉力时的单摆，回复力即为重力的切向分力）● 对单摆模型，注意合力、回复力、向心力、切向力的区别和联系：合力既不等于回复力，也不等于向心力；切向力即为回复力，使物体速度大小变化但不改变运动方向（某瞬时）；法向力即为向心力，只改变物体运动方向而不改变运动速度大小。

●要注意：物体的加速度（与合力对应）、回复力的加速度（与回复力对应）、向心加速度（与向心力对应）概念的区别。

例1. 指出下面各例中振动物体回复力的来源竖直方向弹簧振子A与B整体；A；B 光滑圆弧槽上来回斜面上的单线摆滚动的小球例2.关于单摆的运动，下列说法中正确的是：A．单摆摆动过程中，摆线的拉力和摆球重力的合力为回复力B．摆球通过平衡位置时，所受合力为零C．摆球通过平衡位置时，所受回复力为零D．摆球摆动过程中，经过最大位移处时所受合力为零2.3.简谐运动过程的特点●不一定为零），距平衡位置最远处时速度为零且加速度最大，势能最大。

另外注意：动量、速度、加速度是矢量，经过同一位置时它们只是大小一定相等，但方向不一定相同，故不能说经过同一位置时这些矢量一定相等！（也不能说不在同一位置时它们就一定不相等――如经过对称的两位置时）而动能、势能、速率是标量，只要位移大小相等（经过同一位置或对称的两位置）时这些标量值就一定相等。

选修3-4机械振动-机械波-光学知识点

高中物理选修3-4机械振动-机械波-光学知识点机械振动一、基本概念1.机械振动：物体（或物体一部分）在某一中心位置附近所做的往复运动2.回复力F ：使物体返回平衡位置的力，回复力是根据效果（产生振动加速度，改变速度的大小，使物体回到平衡位置）命名的，回复力总指向平衡位置，回复力是某几个力沿振动方向的合力或是某一个力沿振动方向的分力。

（如①水平弹簧振子的回复力即为弹簧的弹力；②竖直悬挂的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力；③单摆的回复力是摆球所受重力在圆周切线方向的分力，不能说成是重力和拉力的合力）3.平衡位置：回复力为零的位置（物体原来静止的位置）。

物体振动经过平衡位置时不一定处于平衡状态即合外力不一定为零（例如单摆中平衡位置需要向心力）。

4.位移x ：相对平衡位置的位移。

它总是以平衡位置为始点，方向由平衡位置指向物体所在的位置，物体经平衡位置时位移方向改变。

5.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。

（1）动力学表达式为：F = -kxF=-kx 是判断一个振动是不是简谐运动的充分必要条件。

凡是简谐运动沿振动方向的合力必须满足该条件；反之，只要沿振动方向的合力满足该条件，那么该振动一定是简谐运动。

（2）运动学表达式：x ＝A sin(ωt ＋φ) （3）简谐运动是变加速运动．物体经平衡位置时速度最大，物体在最大位移处时速度为零，且物体的速度在最大位移处改变方向。

（4）简谐运动的加速度：根据牛顿第二定律，做简谐运动的物体指向平衡位置的(或沿振动方向的)加速度mkxa -=.由此可知，加速度的大小跟位移大小成正比，其方向与位移方向总是相反。

故平衡位置F 、x 、a 均为零，最大位移处F 、x 、a 均为最大。

（5）简谐运动的振动物体经过同一位置时，其位移大小、方向是一定的，而速度方向却有指向或背离平衡位置两种可能。

（6）简谐运动的对称性①瞬时量的对称性：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．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。

人教版高中物理选修3-4知识点整理及重点题型梳理] 机械波的产生和传播

人教版高中物理选修3-4知识点梳理重点题型（常考知识点）巩固练习机械波的产生和传播【学习目标】1．知道直线上波的形成过程．2．理解什么是机械波，确认波是传播振动形式和传递能量的一种方式．3．知道什么是横波、波峰和波谷．4．知道什么是纵波、密部和疏部．【要点梳理】要点一、机械波1．机械波的形成（1）介质：能够传播机械振动的物质叫介质，它可以是固、液、气三态中任意一种．可以把介质看成由许多质点构成，质点与相邻质点互相联系．（2）平衡位置：在没有外来振动之前，各个质点排列在同一直线上，各个质点所在位置称为各自的平衡位置．（3）波源：由于外来的扰动，在水、绳及空气的某一质点会引起振动，首先振动的这个质点即为波源．（4）由于介质之间存在着相互作用力，作为波源的质点就带动周围质点振动，波源周围质点跟着波源做受迫振动获得能量后，再带动邻近质点振动，于是振动就在介质中由近及远地传播．（5）尽管各个质点都在重复波源的振动，但是各个质点振动的步调是不一致的，沿着波的传播方向离波源远的质点开始振动的时间要落后于离波源近的质点．这就是说，在同一时刻，介质中各个质点离开平衡位置的位移是不相同的，这样就形成了凸凹相间（或疏密相间）的波形．2．均匀介质中的横波形成过程波源（被手握住的绳端）上、下做简谐振动，如图．水平均质绳上的振动传播过程，如图．要点二、机械波形成的条件及分类1．机械波形成的条件（1）有持续振动的波源．（也叫振源）（2）传播振动的介质．波源做简谐运动时，在均匀介质中传播形成简谐波．2．波的分类（1）横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷．（2）纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波．质点分布密的部分叫密部，分布疏的部分叫疏部．要点诠释：气体、液体、固体都能传播纵波，但气体不能传播横波因为气体不能发生剪切形变，无法传播横波．要点三、振动与波2．振动与波动的区别（1）从运动对象看：①振动是一个质点或物体以平衡位置为中心的往复运动．②波动是在波源的带动下，介质中大量质点依次发生振动而形成的集体运动．（2）从运动原因看：①振动是由于质点受回复力作用的结果．②波动是由于介质中相邻质点的带动的结果．（3）从能量变化看：①振动系统的动能和势能相互转化，对简谐运动来说，转化过程中总机械能保持不变．②波传播过程中，介质里每一振动质点的动能和势能同时达到最大，同时达到最小，质点的机械能在最大与最小值之间变化，而每个质点在不断地吸收和放出能量，因而波的传播过程也是能量的传播过程．3．“带动看齐”法分析质点的振动方向在波的传播中，靠近波源的质点带动后面的质点运动，离波源远的质点追随离波源近的质点．用“带动看齐”的思路可分析各个质点的振动方向．方法：在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P＇，若P＇在P上方，则P向上运动，若P＇在P下方，则P向下运动，如图所示．4．波传播了运动形式，传递了能量，传递了信息（1）各质点都做受迫振动，其振动的频率（或周期）都与波源的频率（或周期）相同，各质点的起振方向都与波源相同，但不同步，离波源越远的质点振动越滞后．（2）机械波传播的是波源的运动形式和波源提供的能量，介质中各质点并不随波迁移，而是在自己的平衡位置附近振动．在横波中，波动方向与振动方向垂直．均匀介质中，波动是匀速运动，振动是变速运动．（3）介质中各质点靠弹力相互作用，前一质点带动后一质点振动，后一质点跟着前一质点，故可根据前一质点的位置而确定后一质点的运动方向．此外，若不计能量损失，在均匀介质中各质点振动的振幅应相同．（4）机械波在传播时也传递了信息．【典型例题】类型一、机械波的理解例1．在机械波中有（）．A ．各质点都在各自的平衡位置附近振动B ．相邻质点间必有相互作用力C ．前一质点的振动带动相邻的后一质点振动，后一质点的振动必定落后于前一质点D ．各质点也随波的传播而迁移【思路点拨】波传播的特点是离波源近的质点带动离波源远的质点振动，离波源远的质点重复离波源近的质点的运动，因此各相邻质点间必须有力的作用，但各质点只能在平衡位置附近做简谐运动．【答案】A 、B 、C【解析】振源的振动使其周围质点依次振动，之所以能依次振动下去，就是依靠了相邻质点间的相互作用力；沿波的传播方向，后一质点的振动必滞后于前一质点的振动；质点只在平衡位置附近振动，并不随波迁移．【总结升华】波传播的特点是离波源近的质点带动离波源远的质点振动，离波源远的质点重复离波源近的质点的运动，因此各相邻质点间必须有力的作用，但各质点只能在平衡位置附近做简谐运动．举一反三: 【机械波的产生和传播例1】【变式1】关于机械波的概念，下列说法中正确的是（） A ．质点振动的方向总是垂直于波传播的方向B ．简谐波沿长绳传播，绳上相距半个波长的两质点振动位移的大小相等C ．任一振动质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个波长D ．相隔一个周期的两时刻，简谐波的图象相同【答案】D【解析】对于横波，质点振动的方向总是垂直于波传播的方向。

高中物理选修3-4知识点机械振动与机械波解析

高中物理选修3-4知识点机械振动与机械波解析一、机械振动1. 振动的定义振动是指物体在固定点附近周期性地往返运动。

2. 振动的基本概念•振幅：振动过程中物体偏离平衡位置的最大位移。

•周期：振动重复一次往返运动所需的时间。

•频率：振动每秒重复往返运动的次数。

•谐振：振动系统受到周期性外力作用下产生的强振动现象。

3. 单摆的振动单摆是一种简单的机械振动系统，由质点和一条轻质不可伸缩的细线组成。

单摆的振动方式是周期性的简谐振动，其周期与摆长有关。

4. 弹簧振子的振动弹簧振子是一种弹性体与质点共同构成的机械振动系统。

弹簧振子的振动方式是周期性的简谐振动，其周期与系统的弹性系数和质量有关。

5. 串联振动与并联振动串联振动是由两个或多个机械振子相互连接而成的振动系统，其中一个振子的振动会影响到其他振子的振动。

并联振动是由两个或多个机械振子分别接受共同外力作用而产生振动现象。

二、机械波1. 波的定义波是指由物质在空间中传递的能量。

2. 波的分类•横波：波动方向与波传播方向垂直的波；例：光波。

•纵波：波动方向与波传播方向平行的波；例：声波。

•表面波：沿两种介质之间的分界面传播的波；例：水波。

3. 波的基本特征•振幅：在波动中物质偏移其平衡位置的最大距离。

•波长：波动中连续两个相位相同的点之间的距离。

•周期：波动发生一个完整的循环所需的时间。

•频率：波动单位时间内所发生的循环次数。

4. 声波的特点与传播声波是一种纵波，具有频率、波长、速度、衰减等特征。

声波在空气、水、固体等不同介质中传播，传播速度与密度、弹性模量、温度等有关。

5. 光波的特点与传播光波是一种横波，具有频率、波长、速度、衍射、干涉等特征。

光波在空气、水、玻璃等不同介质中传播，传播速度与介质的折射率、密度等有关。

三、机械波与电磁波1. 机械波与电磁波的区别机械波是由物斜质点在介质中传递的能量，需要介质来支持它们的传播。

电磁波则是由交变的电场和磁场构成的能量传播，可以在无介质或介质中自由传播。

高中物理选修3-4机械振动_机械波_光学知识点(好全)

机械振动一、基本概念1.机械振动：物体（或物体一部分）在某一中心位置附近所做的往复运动2.回复力F：使物体返回平衡位置的力，回复力是根据效果（产生振动加速度，改变速度的大小，使物体回到平衡位置）命名的，回复力总指向平衡位置，回复力是某几个性质力沿振动方向的合力或是某一个性质力沿振动方向的分力。

物体振动经过平衡位置时不一定处于平衡状态即合外力不一定为零（例如单摆中平衡位置需要向心力）。

4.位移x：相对平衡位置的位移。

它总是以平衡位置为始点，方向由平衡位置指向物体所在的位置，物体经平衡位置时位移方向改变。

5.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。

（1）动力学表达式为：F= -kxF=-kx是判断一个振动是不是简谐运动的充分必要条件。

凡是简谐运动沿振动方向的合力必须满足该条件；反之，只要沿振动方向的合力满足该条件，那么该振动一定是简谐运动。

（2）运动学表达式：x＝A sin(ωt＋φ)（3）简谐运动是变加速运动．物体经平衡位置时速度最大，物体在最大位移处时速度为零，且物体的速度在最大位移处改变方向。

故平衡位置F 、x 、a 均为零，最大位移处F 、x 、a 均为最大。

（5）简谐运动的振动物体经过同一位置时，其位移大小、方向是一定的，而速度方向不一定。

高考物理三精考点考点5机械振动与机械波光学名卷考点汇选修3-4(2021年整理)

考点5 机械振动与机械波光学【原题再现】18。

如图所示，一个折射率为的三棱镜的截面为等腰直角，为直角。

此截面所在平面内的一束光线沿与AB边成角(）的方向入射到AB边的中点P处，若要在真空中频率为f的光线进入三棱镜后能射到AC边上且能在AC面上发生全反射，则①光线进入三棱镜后波长多少？(真空中光速为C）②应满足什么条件？【答案】① ，②.（2)要使光线能在AC面上发生全反射，应有，由几何关系，联立得：综上可得：选修3—4★★★○○○○1．机械波的特点及各物理量之间的关系（1）介质依存性:机械波离不开介质．(2)能量信息性：机械波传播的是振动的形式、能量和信息．（3)传播不移性：在传播方向上，各质点只在各自平衡位置附近振动,并不随波迁移．（4）时空重复性：机械波传播时,介质中的质点不断地重复着振源的振动形式．（5）周期、频率同源性:介质中各质点的振动周期均等于振源的振动周期且在传播中保持不变．（6)起振同向性:各质点开始振动的方向与振源开始振动方向相同．（7)波长、波速和频率的关系:v ＝λf ，f 由波源决定,v 由介质决定．2．对波的图象的理解波的图象反映的是波在传播过程中某一时刻各个质点相对于各自的平衡位置的位移情况，从图象中可以看出：（1)波长λ；（2)振幅A ；(3）该时刻各质点偏离平衡位置的位移情况；(4)如果波的传播方向已知,可判断各质点该时刻的振动方向以及下一时刻的波形；(5）如果波的传播速度大小已知，可利用图象所得的相关信息进一步求得各质点振动的周期和频率:，。

2。

全反射现象的理解与应用（1）在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的．v T λ=λv T f ==1（2）当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象,但在全反射现象中,只发生反射，不发生折射．当折射角等于90°时,实际上就已经没有折射光了．（3）全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时,在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强,折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射．1、波的传播方向与质点振动方向的互判方法2(1）造成波动问题多解的主要因素有①周期性：时间周期性:时间间隔Δt与周期T的关系不明确；空间周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不明确．②双向性：传播方向双向性：波的传播方向不确定;振动方向双向性：质点振动方向不确定．③波形的隐含性形成多解在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个特殊点，而其余信息均处于隐含状态．这样，波形就有多种情况，形成波动问题的多解性．(2）解决波的多解问题的思路一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系Δt或Δx，若此关系为时间，则t＝nT＋Δt(n＝0，1,2…）；若此关系为距离，则x＝nλ＋Δx（n＝0,1,2…)．3．解答全反射类问题的技巧（1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质,二是入射角大于或等于临界角．利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键,且在作光路图时尽量与实际相符,这样更有利于问题的分析．（2）解答光的折射、全反射问题时抓好两个关键点①准确作出光路图②利用几何关系确定光路中的边、角关系,找准入射角和折射角．如图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图象．则由图可知_______（填正确答案标号。

选修3—4机械振动波及光学

选修 3—4 机械振动、波及光学本专题的高频考点主要集中在简谐运动的规律、波的传播规律、光的折射、折射率的计算等方面，难度中等偏下，题型主要有选择、填空、计算等；另外，本专题中的单摆、振动和波动图象、光的干涉、衍射、偏振、光的全反射等知识点也是常考的考点，复习时要重视对基本概念和规律的理解，以及知识间的相互联系。

1．必须精通的几种方法:(1)简谐运动的判断方法。

(2)质点振动方向与波的传播方向的互判。

(3)波的多解问题的分析方法。

(4)波的干涉中，振动加强点和减弱点的判断。

(5)应用图象分析质点的振动规律和波的传播规律。

2．必须明确的易错易混点:(1)振动的位移x 均是以平衡位置为起点，研究位置为终点的有向线段，要与哪一段时间内的位移相区别。

(2)波速与振速不同。

波源的振动形式、振动能量由近及远的传播速度即波速。

v ＝x t ＝λT，在同一种均匀介质中波动的传播是匀速的，波动中的各质点都在平衡位置附近做周期性振动，是变加速运动。

(3)波传播的是质点的振动形式和振动能量，质点并不随波迁移。

(4)波源停止振动时，波不会立即停下来。

(5)波的干涉中，振动加强点的位移在不断变化。

(6)光疏介质和光密介质是相对的。

3．简谐运动的对称性:(1)振动质点在关于平衡位置对称的两点，x 、F 、a 、v 、E k 、E p 的大小均相等，其中回复力F 、加速度a 与位移x 的方向相反，而v 与位移x 的方向可能相同，也可能相反。

(2)振动质点来回通过相同的两点间的时间相等，即t BC ＝t CB ，质点经过关于平衡位置对称的等长的两线段时间相等，即t BC ＝t B ’C ’，如图所示。

4．简谐运动的周期性:(1)做简谐运动的物体，描述它的物理量x 、F 、a 、v 、E k 、E p 等都随时间做周期性变化。

x 、F 、a 、v 的变化周期为T ，由于能量是标量，动能E k 、势能E p 的变化周期为T 2。

(2)振动物体在一周期内通过的路程为4A (A 为振幅)，半周期内通过的路程为2A ，但T 4内通过的路程可能大于A ，也可能等于A ，还可能小于A ，这与计时起点位置有关。

物理选修3-4知识点(全)

选修3—4考点汇编一、机械振动（*振动图象是历年考查的重点：同一质点在不同时刻的位移）1、只要回复力满足F kx =-或位移满足sin()x A t ωϕ=+的运动即为简谐运动。

说明：①做简谐运动的物体，加速度、速度方向可能一致，也可能相反。

②做简谐运动的物体，在平衡位置速度达到最大值，而加速度为零。

③做简谐运动的物体，在最大位移处加速度达到最大值，而速度为零。

2、质点做简谐运动时，在T/4内通过的路程可能大于或等于或小于A （振幅），在3T/4内通过的路程可能大于或等于或小于3A 。

3、质点做简谐运动时，在1T 内通过的路程一定是4A ，在T/2内通过的路程一定是2A 。

4、简谐运动方程sin()x A t ωϕ=+中t ωϕ+叫简谐运动的相位，用来表示做简谐运动的质点此时正处于一个运动周期中的哪个状态。

5、单摆的回复力是重力沿振动方向（垂直于摆线方向）的分力，而不是摆球所受的合外力（除两个极端位置外）。

6、单摆的回复力sin /F mg mgx L θ=≈-，其中x 指摆球偏离平衡位置的位移，x 前面的是常数mg/L ，故可以认为小角度下摆球的摆动是简谐运动。

7、摆的等时性是意大利科学家伽利略发现的，而单摆的周期公式是由荷兰科学家惠更斯发现的，把调准的摆钟，由北京移至赤道，这个钟变慢了，要使它变准应该增加摆长。

（附单摆的周期公式：2L T gπ=） 8、阻尼振动是指振幅逐渐减小的振动，无阻尼振动是指振幅不变的振动。

9、物体做受迫振动时，频率由驱动力频率决定与固有频率无关。

10、如果驱动力频率等于振动系统的固有频率，受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振，共振现象的应用有转速计和共振筛等，军队过桥要便步走，火车过桥要慢行，厂房建筑物的固有频率要远离机器运转的频率范围之内都是为了减小共振。

11、轮船航行时，如果左右摆动有倾覆危险，可采用改变航向和速度，使波浪冲击力的频率远离轮船摇摆的固有频率。

这是共振防止的一种方法。

高中物理机械振动机械波知识点总结课件新人教版选修3-4

。
实验器材选择和搭建过程指导
实验器材：振动源（如音叉、振动片等）、示波器、传感器、支架、弹簧
等。
搭建过程指导
1. 将振动源固定在支架上，并调整其振动频率和幅度；
2. 将传感器与示波器连接，并将传感器放置在振动源附近，以测量其振动信号；
3. 调整示波器的参数，使其能够清晰地显示振动信号；
4. 根据实验需求，可选择不同的传感器和测量方式，如加速度传感器、位移传感器等。
VS
能量转换
在某些情况下，波动的能量会发生转换。例如，在机械振动中，振动的能量可以转换为热能或电能等其他形式的能量。这种能量转换遵循能量守恒定律。
04
典型案例分析：弹簧振子和单摆模型
弹簧振子模型建立及运动规律探究
01
02
03
弹簧振子模型
由一根不计质量的弹簧连接一个有质量的小球构成，忽略摩擦力和空气阻力，是一个理想化模型。
03
波动特性及其描述方法
周期性、重复性特点分析
周期性
机械振动和机械波都是周期性的运动形式，即它们的状态会随着时间的推移而重复出现。这种周期性使得波动现象具有可预测性和规律性。
重复性
波动在传播过程中，其形状和特性会在空间上重复出现。这种重复性使得波动现象能够被有效地描述和分析。
振幅、相位等参数意义解读
非线性振动定义
指振动系统恢复力与位移之间不满足线性关系的振动现象。
非线性振动特点
振幅依赖性、频率变化、波形畸变、跳跃现象等。
与线性振动的区别
线性振动遵循叠加原理，而非线性振动则不满足叠加原理，表现出更为复杂的动力学行为。
孤立波产生条件和传播特性概述
孤立波定义