高考物理一轮复习考点归纳专题14《机械振动与机械波 光 电磁波与相对论》

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高考物理一轮复习专题十四机械振动、机械波、光学、电磁波、相对论考点2机械波教案(选修3_4)

高考物理一轮复习专题十四机械振动、机械波、光学、电磁波、相对论考点2机械波教案(选修3_4)

考点二机械波基础点知识点1 机械波横波和纵波1.机械波的形成条件(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)机械波传播的只是振动的形式和能量,质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动,并不随波迁移。

(2)介质中各质点的振幅相同,振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同。

(3)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。

3.机械波的分类(1)横波:质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波,有波峰(凸部)和波谷(凹部)。

(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,有密部和疏部。

知识点2 横波的图象波速、波长和频率的关系1.横波的图象(1)坐标轴: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。

(2)意义:表示在波的传播方向上,某时刻各质点离开平衡位置的位移。

(3)图象2.波长、波速、频率及其关系(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。

(2)波速v波在介质中的传播速度,由介质本身的性质决定。

(3)频率f由波源决定,等于波源的振动频率。

(4)波长、波速和频率的关系①v =λf ; ②v =λT。

知识点3 波的干涉和衍射现象、多普勒效应 1.波的干涉和衍射(1)定义:当波源与观察者互相靠近或者互相远离时,观察者接收到的波的频率会发生变化。

(2)规律①波源与观察者如果相互靠近,观察者接收到的频率增大; ②波源与观察者如果相互远离,观察者接收到的频率减小;③波源和观察者如果相对静止,观察者接收到的频率等于波源的频率。

(3)实质:声源频率不变,观察者接收到的频率变化。

重难点一、机械波的形成与传播 1.波速与振速的区别波源振动几个周期,波形就向外平移几个波长,λT这个比值就表示了波形(或能量)向外平移的速度,即波速。

在同一均匀介质中波动的传播是匀速的,与波源的振动频率无关。

质点的振动速度,即为振速,波动中各质点都在平衡位置附近做周期性振动,是变速运动,质点并没有沿波的传播方向随波迁移。

高考物理一轮复习第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论第一节机械振动课件新人教版

高考物理一轮复习第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论第一节机械振动课件新人教版

3.简谐运动图象问题的两种分析方法 法一 图象-运动结合法 解此类题时,首先要理解 x-t 图象的意义,其次要把 x-t 图象与质点的实际振动过程联系起来.图象上的一个点表示 振动中的一个状态(位置、振动方向等),图象上的一段曲线 对应振动的一个过程,关键是判断好平衡位置、最大位移及 振动方向.
法二 直观结论法 简谐运动的图象表示振动质点的位移随时间变化的规律,即 位移-时间的函数关系图象,不是物体的运动轨迹.
周期 频率
振动物体完成一次 ___全_振__动_____所需时间 振动物体_单_位__时_间_______ 内完成全振动的次数
描述振动的_快__慢______, 两者互为倒数:T=1f
描述质点在各个时刻所
相位
ωt+φ
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°_____.
简谐运动的振动图象 【知识提炼】 1.对简谐运动图象的认识 (1)简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线,如图所示.
(2)图象反映的是位移随时间的变化规律,随时间的增加而延 伸,图象不代表质的斜率数值表示该时刻振子 的速度大小.正负表示速度的方向,正时沿 x 正方向,负时 沿 x 负方向.
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T2或(2n2+1)T(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 tPO =tOP′. (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 tOP=tPO.

(统考版)高考物理一轮复习 第十四章 机械振动、机械波、光、电磁波与相对论 第1讲 机械振动学生用书

(统考版)高考物理一轮复习 第十四章 机械振动、机械波、光、电磁波与相对论 第1讲 机械振动学生用书

第1讲机械振动一、简谐运动1.简谐运动(1)定义: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________,质点的运动就是简谐运动.(2)平衡位置:物体在振动过程中________为零的位置.(3)回复力①定义:使物体返回到________的力.②方向:总是指向________.③来源:属于________力,可以是某一个力,也可以是几个力的________或某个力的________.(4)简谐运动的特征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.描述简谐运动的物理量二、简谐运动的公式和图象1.表达式(1)动力学表达式:F=-kx,其中“-”号表示回复力与位移的方向________.(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________,(ωt+φ)代表简谐运动的相位,φ叫做________.2.图象(1)从平衡位置开始计时,函数表达式为x=________,图象如图甲所示.(2)从最大位移处开始计时,函数表达式为x=________,图象如图乙所示.三、单摆、周期公式简谐运动的两种模型的比较:模型弹簧振子单摆四、受迫振动和共振1.受迫振动(1)概念:系统在________的外力(驱动力)作用下的振动.(2)振动特征:受迫振动的频率等于________的频率,与系统的________无关.2.共振(1)概念:驱动力的频率等于系统的________时,受迫振动的振幅________的现象.(2)共振条件:驱动力的频率等于系统的________.(3)特征:共振时________最大.(4)共振曲线:如图所示.生活情境1.惠更斯利用摆的等时性发明了带摆的计时器,叫摆钟.摆钟运行时克服摩擦所需的能量由重锤势能提供,运动的速率由钟摆控制.旋转钟摆下端的螺母可以使钟摆上的圆盘沿摆杆上下移动,如图所示.(1)摆锤的运动是简谐运动.( )(2)摆锤的运动是匀变速运动.( )(3)摆锤运动的周期与小球的质量成反比.( )(4)摆锤振动是受迫振动.( )(5)摆锤振动的固有频率随摆的增长而变大.( )(6)摆锤通过最低点时回复力为零,动能最大.( )(7)摆锤通过最低点时合力为零,势能为零.( )教材拓展2.[人教版选修3-4P17T3改编](多选)如图是两个单摆的振动图象,以下说法正确的是( )A.甲、乙两个摆的振幅之比为2∶1B.甲、乙两个摆的频率之比为1∶2C.甲、乙两个摆的摆长之比为1∶2D.以向右的方向作为摆球偏离平衡位置的位移的正方向,从t=0起,乙第一次到达右方最大位移时,甲振动到了平衡位置,且向左运动3.[人教版选修3-4P21T4改编](多选)一单摆在地面上做受迫振动,其共振曲线(振幅A 与驱动力频率f的关系)如图所示,则下列说法正确的是( )A.此单摆的周期约为0.5 sB.此单摆的摆长约为1 mC.若摆长增加,共振曲线的峰将向左移动D.若把该单摆从福建移到北京,要使其固有频率不变,应增加摆长E.列车过桥需要减速,是为了防止列车发生共振考点一简谐运动的规律简谐运动的五个特征跟进训练1.[2022·陕西西安市联考](多选)下列关于简谐运动的说法正确的是( )A.速度和加速度第一次同时恢复为原来的大小和方向所经历的过程为一次全振动B.位移的方向总跟加速度的方向相反,跟速度的方向相同C.一个全振动指的是动能或势能第一次恢复为原来的大小所经历的过程D.位移减小时,加速度减小,速度增大E.物体运动方向指向平衡位置时,速度的方向与位移的方向相反;背离平衡位置时,速度方向与位移方向相同2.(多选)一弹簧振子的位移y随时间t变化的关系式为y=0.1 sin 2.5πt,位移y 的单位为m,时间t的单位为s,则( )A.弹簧振子的振幅为0.1 mB.弹簧振子的周期为0.8 sC.在t=0.2 s时,振子的运动速度最大D.在任意0.2 s时间内,振子的位移均为0.1 mE.在任意0.8 s时间内,振子的路程均为0.4 m3.(多选)弹簧振子做简谐运动,O为平衡位置,当它经过点O时开始计时,经过0.3 s,第一次到达点M,再经过0.2 s第二次到达点M,则弹簧振子的周期不可能为( )A.0.53 s B.1.4 sC.1.6 s D.2 sE.3 s考点二简谐运动图象的理解和应用根据简谐运动图象可获取的信息(1)振幅A、周期T(或频率f)和初相位φ(如图所示).(2)某时刻振动质点离开平衡位置的位移.(3)某时刻质点速度的大小和方向:曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度的大小和速度的方向,速度的方向也可根据下一时刻质点的位移的变化来确定.(4)某时刻质点的回复力和加速度的方向:回复力总是指向平衡位置,回复力和加速度的方向相同,在图象上总是指向t 轴.(5)某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势能的变化情况.跟进训练4.(多选)一个质点经过平衡位置O ,在A 、B 间做简谐运动,如图(a)所示,它的振动图象如图(b)所示,设向右为正方向,下列说法正确的是( )A .OB =5 cmB .第0.2 s 末质点的速度方向是A →OC .第0.4 s 末质点的加速度方向是A →OD .第0.7 s 末时质点位置在O 点与A 点之间E .在4 s 内完成5次全振动5.(多选)图1是顶部垂下一个大铁球的挖掘机,让它小角度的摆动,即可用来拆卸混凝土建筑,可视为单摆模型,它对应的振动图象如图2所示,则下列说法正确的是( )A .单摆振动的周期是6 sB .单摆振动的周期是8 sC .t =2 s 时,摆球的速度最大D .球摆开的角度增大,周期越大E .该单摆的摆长约为16 m6.如图所示,一个轻质弹簧下端挂一小球,小球静止.现将小球向下拉动距离A 后由静止释放,并开始计时,小球在竖直方向做简谐运动,周期为T .经T8时间,小球从最低点向上运动的距离________A2(选填“大于”“小于”或“等于”);在T4时刻,小球的动能________(选填“最大”或“最小”).考点三 用单摆测定重力加速度1.实验原理与操作2.数据处理与分析 (1)数据处理 ①公式法:g =4π2l T 2,算出重力加速度g 的值,再算出g 的平均值.②图象法:作出l -T 2图象求g 值.例. 居家防疫期间,小明在家里做“用单摆测定重力加速度”的实验.如图1他找到了一块外形不规则的小石块代替摆球,设计的实验步骤是:A .将小石块用不可伸长的细线系好,结点为N ,细线的上端固定于O 点;B .用刻度尺测量ON 间细线的长度l 作为摆长;C .将石块拉开一个大约α=5°的角度,然后由静止释放;D.从石块摆至某一位置处开始计时,测出30次全振动的总时间t,由T=t30得出周期;E.改变ON间细线的长度再做几次实验,记下相应的l和T;F.根据公式g=4π2T2l,分别计算出每组l和T对应的重力加速度g,然后取平均值即可作为重力加速度的测量结果.(1)小石块摆动的过程中,充当回复力的是________.A.重力B.拉力C.拉力沿水平方向的分力D.重力沿圆弧切线方向的分力(2)为使测量更加准确,步骤D中,小明应从________________(选填“最大位移”或“平衡位置”)处开始计时.(3)小明用ON的长l为摆长,利用公式g=4π2T2l求出的重力加速度的测量值比真实值________(选填“偏大”或“偏小”).(4)小红利用小明测出的多组摆长l和周期T的值,作出T2­l图线如图2所示,通过测量计算出图线的斜率为k;由斜率k求重力加速度的表达式是g=________.(5)在步骤F中,有同学认为可以先将多次测量的摆长l取平均值得到l.周期T取平均值得到T̅,再代入公式g=4π2T2l,得到重力加速度g的测量结果,你认为这种做法是否正确并说明理由.跟进训练7.利用单摆测当地重力加速度的实验中.(1)利用游标卡尺测得金属小球直径如图甲所示,小球直径d=________ cm.(2)2T/s 1.60 2.10 2.40 3.20 4.80由图象可得重力加速度g=________ m/s2(保留三位有效数字).(3)某同学在实验过程中,摆长没有加小球的半径,其他操作无误,那么他得到的实验图象可能是下列图象中的________.考点四受迫振动与共振的应用自由振动、受迫振动和共振的关系比较跟进训练8.(多选)下列说法正确的是( )A.摆钟走时快了必须调短摆长,才可能使其走时准确B.挑水时为了防止水从桶中荡出,可以加快或减慢走路的步频C.在连续均匀的海浪冲击下,停在海面的小船上下振动,是共振现象D.部队要便步通过桥梁,是为了防止桥梁发生共振而坍塌E.较弱声音可振碎玻璃杯,是因为玻璃杯发生了共振9.(多选)如图甲所示,在一条张紧的绳子上挂几个摆,a、c摆的摆长相同且小于b摆的摆长.当a摆振动的时候,通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力,使其余各摆也振动起来.图乙是c摆稳定以后的振动图象,重力加速度为g,不计空气阻力,则( )A.a、b、c单摆的固有周期关系为T a=T c<T bB.b、c摆振动达到稳定时,c摆振幅较大C.达到稳定时b摆的振幅最大D.由图乙可知,此时b摆的周期小于t0E.a摆的摆长为gt024π2第1讲机械振动必备知识·自主排查一、1.(1)平衡位置(2)回复力(3)①平衡位置②平衡位置③效果合力分力(4)①-kx2.平衡位置所在位置平衡位置最大距离强弱全振动单位时间快慢1f 二、1.(1)相反(2)快慢初相2.(1)A sin ωt(2)A cos ωt三、阻力很小弹力重力原长最低振幅T=2π√lg四、1.(1)周期性(2)驱动力固有频率2.(1)固有频率最大(2)固有频率(3)振幅生活情境1.(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×(6)√(7)×教材拓展2.答案:AD3.解析:单摆做受迫振动,振动频率与驱动力频率相等;当驱动力频率等于固有频率时,发生共振,由题图知固有频率为0.5 Hz,周期为2 s,故A错误;由公式T=2π√Lg,可得L≈1 m,故B正确;若摆长增加,则固有频率减小,所以共振曲线的峰将向左移动,C 正确;该单摆从福建移到北京、重力加速度变大,要使其固有频率不变,需增加摆长,D正确;列车过桥时需减速,是为了使驱动力频率远小于桥的固有频率,防止桥发生共振,而不是防止列车发生共振,E错误.答案:BCD关键能力·分层突破1.解析:速度和加速度第一次同时恢复为原来的大小和方向所经历的过程为一次全振动,故A正确;回复力与位移方向相反,故加速度和位移方向相反,但速度方向可以与位移方向相同,也可以相反,物体运动方向指向平衡位置时,速度的方向与位移的方向相反,背离平衡位置时,速度方向与位移方向相同,故B错误,E正确;一次全振动过程中,动能和势能均会有两次恢复为原来的大小,故C错误;当位移减小时,回复力减小,则加速度在减小,物体正在返回平衡位置,速度在增大,故D正确.答案:ADE2.解析:由y=0.1sin 2.5πt可知,弹簧振子的振幅为0.1 m.选项A正确,弹簧振子的周期为T=2πω=2π2.5πs=0.8 s,选项B正确;在t=0.2 s时,y=0.1 m,即振子到达最高点,此时振子的运动速度为零,选项C错误;只有从振子处于平衡位置或者最高点(或最低点)开始计时,经过T4=0.2 s ,振子的位移才为A =0.1 m ,选项D 错误;在一个周期内,振子的路程等于振幅的4倍,即0.4 m ,选项E 正确.答案:ABE3.解析:如图甲所示,设O 为平衡位置,OB (OC )代表振幅,振子从O →C 所需时间为T4.因为简谐运动具有对称性,所以振子从M →C 所用时间和从C →M 所用时间相等,故T4=0.3 s +0.2 s 2=0.4 s ,解得T =1.6 s ;如图乙所示,若振子一开始从平衡位置向点B 运动,设点M ′与点M 关于点O 对称,则振子从点M ′经过点B 到点M ′所用的时间与振子从点M 经过点C 到点M 所需时间相等,即0.2 s .振子从点O 到点M ′、从点M ′到点O 及从点O 到点M 所需时间相等,为0.3 s−0.2 s3=130 s ,故周期为T =0.5 s +130 s ≈0.53 s ,所以不正确选项为B 、D 、E.答案:BDE4.解析:由图(b)可知振幅为5 cm ,则OB =OA =5 cm ,A 项正确;由图(a)(b)可知0~0.2 s 内质点从B 向O 运动,第0.2 s 末质点的速度方向是B →O ,B 项错误;由图(a)(b)可知第0.4 s 末质点运动到A 点处,则此时质点的加速度方向是A →O ,C 项正确;由图(a)(b)可知第0.7 s 末时质点位置在O 点与B 点之间,D 项错误;由图(b)可知周期T =0.8 s ,则在4 s 内完成全振动的次数为4 s 0.8 s=5,E 项正确.答案:ACE5.解析:由图象知,单摆的周期为8 s ,A 错误,B 正确;t =2 s 时,摆球位于平衡位置,速度最大,C 正确;根据单摆周期公式T =2π√lg ,周期与摆角无关,D 错误;代入T =2π √lg 得摆长l ≈16 m ,E 正确.答案:BCE6.解析:小球从最低点向上运动至平衡位置的过程中,做速度越来越大的加速运动,总时间为T4,总位移为A ,则前T8的位移小于A2;在T4时刻,小球到达平衡位置,此时速度最大,动能最大.答案:小于 最大 例 解析:(1)石块做简谐运动时重力沿圆弧切线方向的分力提供回复力,故D 正确,A 、B 、C 错误.(2)石块经过平衡位置时速度最大,在石块经过平衡位置时开始计时可以减小周期测量的实验误差.(3)摆线悬点到石块重心的距离是单摆摆长,摆线长度l 小于单摆摆长L ,由g =4π2T 2l可知,用ON 的长l 为摆长,重力加速度的测量值比真实值偏小.(4)设N 到石块重心的距离为r ,单摆摆长L =l +r ,由单摆周期公式T =2π √Lg 可知:T 2=4π2gL +4π2r g,由图示T 2­ l 图象可知,图象的斜率k =4π2g,重力加速度g =4π2k.(5)这种做法是错误的;由单摆周期公式T =2π √Lg 可知,摆长L 与周期T 间不是一次函数关系,不能求出L 的平均值L̅和T 的平均值T ̅,再代入公式g =4π2T 2L ,求出重力加速度.答案:(1)D (2)平衡位置 (3)偏小 (4)4π2k(5)见解析7.解析:小球的直径d =22 mm +0.1 mm ×5=22.5 mm =2.25 cm.解析:L ­ T 2图象如图所示:由T =2π √L g 可得L =g4π2T 2,由图象可得k =1.200−0.4004.80−1.60=0.25=g4π2可解得g =4π2k ≈9.86 m/s 2.解析:在实验中,若摆长没有加小球的半径d2,其他操作无误,可得L =g4π2T 2-d2.故可知B 正确,A 、C 、D 均错误.答案:(1)2.25 (2)图见解析 9.86 (3)B8.解析:摆钟走时快了,说明摆钟的周期变小了,根据T =2π √Lg 可知增大摆长L 可以增大摆钟的周期,A 错误;挑水时为了防止水从桶中荡出,可以改变走路的步频,B 正确;在连续均匀的海浪冲击下,停在海面的小船上下振动,是受迫振动,C 错误;部队便步通过桥梁,不能产生较强的驱动力,就避免桥梁发生共振现象,故D 正确;当声音频率等于玻璃杯频率时,杯子发生共振而破碎,E 正确.答案:BDE9.解析:由单摆周期公式T =2 π √Lg ,知固有周期关系为T a =T c <T b ,故A 正确;因为T a =T c ,所以c 摆共振,达到稳定时,c 摆振幅较大,b 摆的振幅最小,故B 正确,C 错误;受迫振动的频率等于驱动力的频率,所以三个单摆的频率相同,周期相同,故b 摆的周期等于t 0,故D 错误;a 摆的周期为t 0,由T =2 π √Lg ,解得L =gt 02 4π2,故E 正确.答案:ABE。

(统考版)高考物理一轮复习 第十四章 机械振动、机械波、光、电磁波与相对论 第2讲 机械波学生用书

(统考版)高考物理一轮复习 第十四章 机械振动、机械波、光、电磁波与相对论 第2讲 机械波学生用书

第2讲 机械波必备知识·自主排查一、机械波、横波和纵波1.机械波的形成和传播(1)产生条件①有________.②有能传播振动的________,如空气、水、绳子等.(2)传播特点①传播振动形式、________和信息.②质点不________.③介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源________.2.机械波的分类分类质点振动方向和波的传播方向的关系形状举例横波________凹凸相间;有________、________绳波等纵波在同一条直线上疏密相间;有________、________弹簧波、声波等3.波速、波长和频率(周期)的关系(1)波长λ:在波动中振动情况总是________的两个________质点间的距离.(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________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=________.机械波的波速大小由________________决定,与机械波的频率无关.二、横波的图象1.坐标轴:横轴表示各质点的________,纵轴表示该时刻各质点的位移.如图.2.物理意义:表示在波的传播方向上,某时刻各质点离开________的位移.三、波的特有现象1.波的叠加观察两列波的叠加过程可知:几列波相遇时,每列波都能够保持各自的状态继续传播而不________,只是在重叠的区域里,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________________.2.波的干涉和衍射波的干涉波的衍射条件两列波的频率必须________明显条件:障碍物或孔的________比波长小或相差不多现象形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的________波能够________或孔继续向前传播四、多普勒效应1.定义:由于波源和观察者之间有________,使观察者感到波的频率________的现象.2.实质:声源频率________,观察者接收到的频率________.3.规律(1)波源与观察者如果相互靠近,观察者接收到的________;(2)波源与观察者如果相互远离,观察者接收到的________.(3)波源和观察者如果相对静止,观察者接收到的频率________波源的频率.,生活情境1.在艺术体操的带操表演中,运动员手持细棒抖动彩带的一端,彩带随之波浪翻卷.彩带上的波浪向前传播时,彩带上的(1)蝴蝶结随波远离运动员.( )(2)蝴蝶结的振动频率与运动员手(波源)的振动频率相同.( )(3)蝴蝶振动的能量是从运动员手(波源)获得的.( )(4)彩带传播的是振动形式和能量.( )教材拓展2.[人教版选修3-4P28T2改编]一列横波某时刻的波形如图所示,图乙表示介质中某质点的振动图象,若波沿x轴的正方向传播,图甲为t=0时刻的波形图,图乙为哪点的振动图象( )A.K点 B.L点C.M点 D.N点3.[人教版选修3-4P36T3改编](多选)当两列水波发生干涉时,如果两列波的波峰在P 点相遇,下列说法正确的是( )( )A .质点P 的振动始终是加强的B .质点P 的振幅最大C .质点P 的位移始终最大D .质点P 的位移有时为零关键能力·分层突破考点一 波的传播与图象1.机械波的传播特点(1)波传到任意一点,该点的起振方向都和波源的起振方向相同.(2)介质中每个质点都做受迫振动,因此,任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期相同.(3)波从一种介质进入另一种介质,由于介质不同,波长和波速可以改变,但频率和周期都不会改变.(4)波源经过一个周期T 完成一次全振动,波恰好向前传播一个波长的距离,所以v =λT=λf .(5)在波的传播方向上,当两质点平衡位置间的距离为nλ(n =1,2,3…)时,它们的振动步调总相同;当两质点平衡位置间的距离为(2n +1)λ2(n =0,1,2,3…)时,它们的振动步调总相反.2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法内容图象“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例1. 如图,一列简谐横波平行于x 轴传播,图中的实线和虚线分别为t =0和t =0.1s 时的波形图.已知平衡位置在x =6 m 处的质点,在0到0.1 s 时间内运动方向不变.这列简谐波的周期为________ s ,波速为________ m/s ,传播方向沿x 轴________(填“正方向”或“负方向”).跟进训练1. (多选)一列简谐横波在t 1=0.1 s 的波形图如图所示,已知该简谐横波沿x 轴负方向传播,A 、B 两点为该简谐波上平衡位置在x A =1.0 m 、x B =1.2 m 处的质点.经观测可知A 点通过大小为振幅的10倍的路程所用的时间为t =0.5 s ,则下列说法正确的是()A .该简谐横波的周期为0.2 sB .开始计时时,B 质点的运动方向向下C .0~1.5 s 内,A 、B 质点通过的路程均为24 cmD .t 2=0.58 s 时刻,B 质点回到平衡位置且运动方向向上E .t 3=0.73 s 时刻,A 质点在x 轴上方且运动方向向上2.在坐标原点的波源产生一列沿y 轴正方向传播的简谐横波,波源的振动频率为5Hz ,该波的波速为________m/s ;某时刻该简谐波刚好传播到y =6 m 处,如图所示,即可知波源刚开始的振动方向________(填“沿x 轴的正方向”“沿x 轴的负方向”“沿y 轴的正方向”或“沿y 轴的负方向”);该时刻除P 质点外与图中P 质点动能相同的质点有几个?________.考点二 振动图象与波的图象的综合应用1.振动图象和波的图象的比较振动图象波的图象图象物理意义表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图象信息(1)某一质点振动周期(2)某一质点振幅(3)某一质点在各时刻的位移(4)某一质点在各时刻速度、(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻加速加速度的方向度的方向(4)传播方向、振动方向的互判图象变化随时间推移,图象延续,但已有形状不变随时间推移,图象沿传播方向平移一个完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长例2. [2021·八省联考湖南卷](多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=6 s时的波形如图a所示.在x轴正方向,距离原点小于一个波长的A点,其振动图象如图b所示.本题所涉及质点均已起振.下列说法正确的是( )A.平衡位置在x=3 m与x=7 m的质点具有相同的运动状态B.A点的平衡位置与原点的距离在0.5 m到1 m之间C.t=9 s时,平衡位置在x=1.7 m处的质点加速度方向沿y轴正方向D.t=13.5 s时,平衡位置在x=1.4 m处的质点位移为负值E.t=18 s时,平衡位置在x=1.2 m处的质点速度方向沿y轴负方向跟进训练3.(多选)一简谐机械横波沿x轴负方向传播,已知波的波长为8 m,周期为2 s,t=1 s时刻波形如图1所示,a、b、d是波上的三个质点.图2是波上某一点的振动图象.则下列说法正确的是( )A.图2可以表示d质点的振动B.图2可以表示b质点的振动C.a、b两质点在t=1.5 s时速度大小相同D.该波传播速度为v=4 m/sE.t=0时b质点速度沿y轴正方向4.如图(a),一列简谐横波沿x轴传播,实线和虚线分别为t1=0时刻和t2时刻的波形图,P、Q分别是平衡位置为x1=1.0 m和x2=4.0 m的两质点.图(b)为质点Q的振动图象,求:(1)波的传播速度和t2的大小;(2)质点P的位移随时间变化的关系式.[思维方法]“一分、一看、二找”巧解波的图象与振动图象综合类问题考点三 机械波传播过程中的多解问题1.波动问题多解的主要因素(1)周期性①时间的周期性:时间间隔Δt与周期T的关系不明确,多解通式为t=nT+Δt.②空间的周期性:波传播的距离Δx与波长λ的关系不明确,多解通式为x=nλ+Δx.(2)双向性①传播方向双向性:波的传播方向不确定.②振动方向双向性:质点振动方向不确定.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,…)例3.如图甲所示,某宇航员在太空中进行实验,左边为弹簧振动系统,弹簧振子连接一根很长的软绳,取沿绳方向为x轴,沿弹簧轴线方向为y轴(x轴与y轴垂直),振子从平衡位置(坐标原点O点)沿y轴方向振动,某时刻绳子的波形如图乙中实线所示(t0=0),经过t1=0.2 s后的波形如图乙中虚线所示,P为x=4 m处的质点,则( )A.绳子上产生的波的传播速度可能为35 m/sB.质点P的振动频率可能为1.25 HzC .从t =0开始,质点P 经过0.8 s 沿x 轴正方向运动4 mD .t =0.4 s 时,质点P 的位置在y =4 cm 处跟进训练5.(多选)一列简谐横波沿x 轴正方向传播,图(a)是t =0时刻的波形图,图(b)和图(c)分别是x 轴上某两处质点的振动图象.由此可知,这两质点平衡位置之间的距离可能是()A .23m B .1 m C .2 m D .83m E .203m 6.如图所示,左图中两小孩各握住轻绳一端,当只有一个小孩上下抖动绳子时,在绳上产生简谐横波,右图实线和虚线分别表示绳子中间某段在t =0和t =0.75 s 时刻的波形图,已知小孩抖动绳子的周期T 满足0.75 s<T <2 s.(1)判断哪侧(左侧/右侧)小孩在抖动绳子,并写出判断依据;(2)求此列波在绳子中传播的速度.考点四 波的衍射、干涉和多普勒效应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=nλ(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=nλ(n=0,1,2,…),则振动减弱.2.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.(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.跟进训练7. (多选)一频率为600 Hz的声源以20 rad/s的角速度沿一半径为0.8 m的圆周(圆心为O点)做匀速圆周运动,一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止,如图所示,则观察者接收到( )A.声源在A点时发出声音的频率大于600 HzB.声源在B点时发出声音的频率等于600 HzC.声源在C点时发出声音的频率等于600 HzD.声源在C点时发出声音的频率小于600 HzE.声源在D点时发出声音的频率小于600 Hz8.S1和S2是两个振动情况完全相同的波源,振幅均为A,波长均为λ,波速均为v,实线和虚线分别表示波峰和波谷,那么在A、B、C、D四点中,________是振动加强点.加强点在任意时刻的位移________(填“一定”或“不一定”)等于2A.从图示时刻开始,D点第一次运动到波谷需要的时间为________.9.如图甲所示,在xOy平面内有两个沿z方向做简谐运动的点波源S1(-2 m,0)和S2(4 m,0).两波源的振动图线分别如图乙和图丙所示,两列波的波速均为0.5 m/s.两列波从波源传播到点A(-2 m,8 m)的振幅为________ m,两列波引起的点B(1 m,4 m)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”).第2讲 机械波必备知识·自主排查一、1.(1)①波源 ②介质(2)①能量 ②随波迁移 ③相同2.垂直 波峰 波谷 密部 疏部3.(1)相同 相邻 (2)波源(3)λf 介质本身的性质二、1.平衡位置2.平衡位置三、1.互相干扰 位移的矢量和2.相同 尺寸 干涉图样 绕过障碍物四、1.相对运动 发生变化2.不变 发生变化3.(1)频率增大 (2)频率减小 (3)等于生活情境1.(1)× (2)√ (3)√ (4)√教材拓展2.答案:B3.答案:ABD关键能力·分层突破例1 解析:由题意x=6 m处的质点在0到0.1 s时间内的运动方向不变,知该质点在该时间内振动的时间小于半个周期,结合波形图可知该时间应为14个周期,显然该时间内x=6 m处的质点沿y轴负方向运动,则由波的传播方向以及质点振动方向的关系可判断,该简谐横波沿x轴负方向传播;又由14T=0.1 s得T=0.4 s,由波速与波长、周期的关系得v=λT=40.4m/s=10 m/s.答案:0.4 10 负方向1.解析:振动的质点在一个周期内通过的路程为4A,由题意可知2.5T=0.5 s,解得T=0.2 s,故A选项正确;该简谐横波沿x轴的负方向传播,开始计时时,B质点位于x轴上方且向上运动,故B选项错误;0~1.5 s内,A、B点通过的路程均为s=1.50.2×4A=(7+12)×4A=24 cm,故C选项正确;由周期性可知t2=0.58 s时刻的图象与t=0.18 s时刻的图象相同,由图示时刻再经过0.08 s时,B质点回到平衡位置且运动方向向上,故D选项正确;由周期性可知,t3=0.73 s时刻的图象与t=0.13 s时刻的图象相同,由图示时刻再经过0.03 s ,A 质点在x 轴下方且运动方向向下,故E 选项错误.答案:ACD2.解析:由图可知,波长λ=4 m ,v =λT=λf =4×5 m/s =20 m/s ;由“上下坡法”可知,波源刚开始的振动方向沿x 轴负方向;由简谐运动的对称性可知,在到平衡位置距离相等的位置,速率相等,动能相等,由图可知,该时刻除P 质点外与图中P 质点动能相同的质点有5个.答案:20 沿x 轴的负方向 5个例2 解析:根据图a 和图b 可知该机械波的波长λ=2 m ,周期为T =4 s ,故可得波速为v =λT=0.5 m/s ,平衡位置在x =3 m 与x =7 m 的质点相差两个波长,其振动情况完全相同,故A 正确;根据A 质点的振动图象可知,t =7.5 s 时A 质点在正的最大位移处,因周期T =4 s ,则t =6.5 s 时A 质点在平衡位置,t =5.5 s 时A 质点在负的最大位移处,故t =6 s 时A 正在负的位移处向平衡位置振动,结合t =6 s 时的波动图可知A 质点的平衡位置与原点的距离在0到0.5 m 之间,故B 错误;t =9 s 与t =6 s 的时间差为Δt =9 s -6 s =3 s =3T4,根据图a ,t =9 s 时,x =1.5 m 的质点处于平衡位置,x =2.0 m 的质点处于波谷,则x =1.7 m 处的质点正在负的位移处向平衡位置振动,故加速度方向沿y 轴正方向,C 正确;t =13.5 s 与t =6 s 的时间差为Δt =13.5 s -6 s =7.5 s =T +3T 4+T8,根据图a ,t =13.5 s 时,x =1.0 m 的质点正在正的位移处向平衡位置振动,x =1.5 m 的质点正在正的位移处向波峰振动,则x =1.4 m 的质点位移为正值,故D 错误;t =18 s 与t =6 s 的时间差为Δt =18 s -6 s =12 s =3T ,则t =12 s 时平衡位置在x =1.2 m 处质点的位置和t =6 s 时的位置相同,根据同侧法可知x =1.2 m 处质点的速度方向沿y 轴负方向,故E 正确.答案:ACE3.解析:a 、b 、d 三质点中在t =1 s 时位于平衡位置的是b 和d 质点,其中d 质点向上振动、b 质点向下振动,则图2可以表示d 质点的振动,A 项正确,B 项错误.t =1.5 s 时的波形图如图甲所示,则知此时a 质点速度大于b 质点速度,C 项错误.由图1可知λ=8 m ,由图2可知T =2 s ,则波速v =λT=4 m/s ,D 项正确.t =0时波形如图乙所示,此时b 质点速度沿y 轴正方向,E 项正确.答案:ADE4.解析:(1)由图可知波长:λ=8 m ,质点振动的周期:T =0.2 s 传播速度v =λT=40 m/s 结合图象可知,横波沿x 正向传播故t 1=0到t 2:nλ+2 m =vt 2,解得t 2=0.2n s +0.05 s(n =0、1、2、3…)(2)质点P 做简谐运动的位移表达式:y =A sin(2πT t +φ)由图可知A =10 cm ,t =0时y =5√2 cm 且向-y 方向运动解得y =10sin (10πt +3π4)cm 答案:见解析例3 解析:振源在坐标原点,绳子上产生的波只能向右传播,由t 0到t 1波传播的距离x =nλ+14λ=(4n +1) m(n =0、1、2、…),0.2 s =nT +14T (n =0、1、2、…),则波速v =(20n +5) m/s(n =0、1、2…),T =0.84n +1s(n =0、1、2、…),据以上分析可知,该波的波速不可能为35 m/s ,故A 错误.当n =0时,该波振动周期为0.8 s ,则质点P 的振动频率为1.25 Hz ,故B 正确.根据机械波的传播特点可知,各质点并不随波迁移,而是在平衡位置附近做简谐运动,故C 错误.根据波的图象和以上分析可知,t =0.4s 时,质点P 的位置不可能在y = 4 cm 处,故D 错误.答案:B5.解析:题图(b)所示质点在t =0时在正向最大位移处,图(c)所示质点在t =0时,y =-0.05 m ,运动方向沿y 轴负方向,结合波形图找到对应的点,如图所示若题图(b)所示质点为图中左侧波峰上的点,则两点距离为(1.5−0.5×13)m =43 m ,若题图(b)所示质点为图中右侧波峰上的点,则两点距离为(0.5+0.5×13)m =23 m ,考虑到空间周期性,则x =nλ+43 (m)=2n +43 (m),或x =nλ+23 (m)=2n +23(m)(n =0,1,2…),因此A 、D 、E 正确,B 、C 错误.答案:ADE6.解析:(1)如果左侧小孩抖动绳子,则波向右传播,在0.75 s 内其波向右传播1m ,波速v =s t =10.75 m/s =34 m/s ,周期T =λv=443s =3 s ,不符合题意周期0.75s<T <2 s.如果右侧小孩抖动绳子,波向左传播0.75 s ,又小于一个周期,波向左传播的距离是3 m (小于一个波长4 m),v =s t =30.75 m/s =4 m/s ,周期T =λv =44s =1 s 符合题意.(2)由(1)知,波速等于4 m/s.答案:(1)见解析 (2)4 m/s7.解析:根据多普勒效应,当声源和观察者相向运动时,观察者接收到的频率大于声源的频率,当声源和观察者反向运动时,观察者接收到的频率小于声源的频率,将声源运动至A、B、C、D四个点时相对于观察者的速度方向标出来,A点有接近观察者的趋势,C点有远离观察者的趋势,声源在B、D两点的速度方向垂直O点与观察者的连线,故A、B、D正确,C、E错误.答案:ABD8.解析:频率相同的两列波叠加:当波峰与波峰或波谷与波谷相遇时,质点的振动是加强的;当波峰与波谷相遇时,质点的振动是减弱的,可知B、D两点为振动加强点,A、C两点为振动减弱点;加强点的振幅是两列波源的振幅之和,为2A,但并不是任意时刻的位移都为2A;图示位置D点在波峰,第一次运动到波谷时需要时间为半个周期,则所需要时间t=T2=λ2v.答案:B、D 不一定 λ2v9.解析:两列波的波速均为0.5 m/s,由题图乙、丙可得两列波的周期均为T=4 s,所以波长均为λ=vT=0.5×4 m=2 m,两波传播到A点的路程差为Δs1=√62+82m-8 m=2 m,可知Δs1=λ,根据图乙和图丙可知,两列波的起振方向相反,所以A点为振动减弱点,则A点的振幅为A=A2-A1=4 m-2 m=2 m;两列波从波源传播到点B(1 m,4 m)处的路程差为Δs2=√32+42m-√32+42m=0,为波长的整数倍,又因为两波源起振方向相反,所以B点为振动减弱点.答案:2 减弱。

高考物理一轮复习第14章振动波动光电磁波与相对论第2节机械波课件

高考物理一轮复习第14章振动波动光电磁波与相对论第2节机械波课件
图 14-2-3
A.波速为 0.5 m/s B.波的传播方向向右 C.0~2 s 时间内,P 运动的路程为 8 cm D.0~2 s 时间内,P 向 y 轴正方向运动 E.当 t=7 s 时,P 恰好回到平衡位置
ACE [由题图(a)读出波长 λ=2.0 m,由题图(b)读出周期 T=4 s,则 v=Tλ= 0.5 m/s,选项 A 正确;题图(a)是 t=2 s 时的波形图,题图(b)是 x=1.5 m 处质点 的振动图象,所以该质点在 t=2 s 时向下振动,所以波向左传播,选项 B 错误; 在 0~2 s 内质点 P 由波峰向波谷振动,通过的路程 s=2A=8 cm,选项 C 正确, 选项 D 错误;t=7 s 时,P 点振动了74个周期,所以这时 P 点位置与 t=43T=3 s 时位置相同,即在平衡位置,所以选项 E 正确.]
x 的坐标为 22 m 的质点和 x 的坐标为 2 m 的质点为同相点,x 的坐标为 2 m 的质点经过 t=0.2 s 即四分之一周期恰好位于波峰,故 x 的坐标为 22 m 的质点 在 t=0.2 s 时恰好位于波峰,D 正确;x 坐标为 17 m 的质点和 x 坐标为 1 m 的质 点为同相点,当质点 P 位于波峰时,坐标为 1 m 的质点恰好位于波谷,E 正确.]
2.机械波的分类
质点振动方向和波
分类
形状
举例
的传播方向的关系
横波
垂直 凹凸相间;有波峰、波谷 绳波等
纵波 在同一条直线上 疏密相间;有密部、疏部 弹簧波、声波等
3.波长、频率和波速
(1)波长:在波动中,振动相位总是相同的两个相邻质点的间距离,用 λ 表
示.波长由频率和波速共同决定.
①横波中,相邻两个波峰(或波谷)之间的距离等于波长.

高考物理一轮复习第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论实验十四探究单摆的摆长与周期的关系课件

高考物理一轮复习第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论实验十四探究单摆的摆长与周期的关系课件
四、听方法。
在课堂上不仅要听老师讲课的结论而且要认真关注老师分析、解决问题的方法。比如上语文课学习汉字,一般都是遵循着“形”、“音”、“义”的 研究方向;分析小说,一般都是从人物、环境、情节三个要素入手;写记叙文,则要从时间、地点、人物和事情发生的起因、经过、结果六个方面进行 叙述。这些都是语文学习中的一些具体方法。其他的科目也有适用的学习方法,如解数学题时,会用到反正法;换元法;待定系数法;配方法;消元法; 因式分解法等,掌握各个科目的方法是大家应该学习的核心所在。
动周期 T,就可以求出当地的重力加速度 g 的值.
2.实验器材
带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球、不易伸长的细线(约1 m)、 秒表 、毫米刻度尺和 游标卡尺 .
3.实验步骤
(1)让细线的一端穿过金属小球的小孔,然后打一个比
小孔大一些的线结,做成单摆.
(2)把细线的上端用铁夹固定在铁架台上,把铁架台放
图7
(1) 漏 斗 和 细 线 构 成 的 单 摆 在 该 实 验 中 所 起 的 作 用 与 下 列 哪 个 仪 器 相 同 ?
________(填写仪器序号).
√A.打点计时器 B.秒表
C.毫米刻度尺 D.电流表
解析 单摆振动具有周期性,摆球每隔半个周期经过纸带中线一次,单
摆在该实验中所起的作用与打点计时器相同,故选A.
的平均值,该平均值即为当地的重力加速度值.
(7)将测得的重力加速度值与当地的重力加速度值相比较,分析产生误差的
可能原因.
规律方法总结
1.注意事项 (1)构成单摆的条件:细线的质量要小、弹性要小,选用体积 、小密度__ 大 的小球,摆角不超过5°. (2)要使摆球在同一竖直面内摆动,不能形成圆锥摆,方法是将摆球拉到一定 位置后由静止释放. (3)测周期的方法:①要从摆球过平衡位置时开始计时.因为此处速度大、计 时误差小,而最高点速度小、计时误差大. ②要测多次全振动的时间来计算周期.如在摆球过平衡位置时开始计时,且 在数“零”的同时按下秒表,以后每当摆球从同一方向通过平衡位置时计数 1次.

2017届高考物理一轮复习专题十四机械振动、机械波、光学

2017届高考物理一轮复习专题十四机械振动、机械波、光学

2.经典时空观与狭义相对论的比较
经典时空观 长度不因观察者是否与被观 测物体相对运动而改变 某两个事件在不同参考系中 时间间隔是相同的 u=u′+v
物体的质量是不变的 1 Ek= mv2 2 —
狭义相对论 v2 l=l0 1- c 沿相对运动方向上长度缩短“尺缩效应” Δτ Δt= “钟慢效应” v2 1- c u′+v u= u′v 1+ 2 c m0 m= v2 1- c m0c2 Ek= -m0c2 v 1- 2 c E=mc2
3.电磁波谱的特性及应用 名称 特性 主要 作用 产生 机理 无线电波 波动性强、易发 生衍射 振荡电路中自由 电子的周期性运 原子外层电子受激发 动 红外线 可见光 视觉作 用 紫外线 化学作用、 荧光效应、 穿透作用 杀菌 原子的内层电子 原 子 核 受 激 受激发 发 贯穿作用 X 射线 γ 射线
撬法· 命题法 解题法
[考法综述] 本考点主要考查电磁场理论、电磁波的产生和传播等相关知识,要求比较简单。相对 论是高中教材中的新内容,其目的是让学生了解相对论,了解两种时空观,掌握狭义相对论的两个基本假 设,考试的重点放在概念的了解和掌握。对相对论的考查难度不会很大,多以基础知识的基本应用为主, 多以选择题、填空题的形式出现。复习时应掌握: 1 种理论——麦克斯韦电磁场理论 1 种比较——电磁波与机械波的比较 1 个波谱——电磁波谱 2 种假设——相对论的两个基本假设 5 个公式——相对论中的 5 个公式
专题十四 机械振动、机械 波、光学、电磁波、相对论 (选修3-4)
考点四
电磁波
相对论
撬点· 基础点 重难点
基础点 知识点 1 电磁场、电磁波 1.麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场能够在周围空间产生 电场 ,变化的电场能够在周围空间产生 磁场 。 2.电磁场 变化电场在周围空间产生磁场,变化磁场在周围空间产生电场,变化的电场和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 (1)电磁场在空间由近及远的传播,形成 电磁波 。 (2)电磁波的传播不需要 介质 ,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度是 相同 的(都 等于光速)。 (3)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越 小 (4)v=λf,f 是电磁波的频率。 。

高考物理一轮复习第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论第二节机械波课件新人教版

高考物理一轮复习第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论第二节机械波课件新人教版

解析:选 BCE.由图象可知简谐横波的波长为 λ=4 m,A 项 错误;波沿 x 轴正向传播,t=0.5 s=34T,可得周期 T=23 s、 频率 f=T1=1.5 Hz,波速 v=Tλ=6 m/s,B、C 项正确;t= 0 时刻,x=1 m 处的质点在波峰,经过 1 s=32T,一定在波 谷,D 项错误;t=0 时刻,x=2 m 处的质点在平衡位置, 经过 2 s=3T,质点一定经过平衡位置,E 项正确.
第十四章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论
第二节 机械波
【基础梳理】 一、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 (1)横波:质点的振动方向与波的传播方向_相__互_垂__直____的波. (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.
迁移 2 波的传播方向与质点振动方向之间的关系判断 2.如图为一列沿 x 轴正方向传播的简谐机械横波某时刻的 波形图,质点 P 的振动周期为 0.4 s.求该波的波速并判断 P 点此时的振动方向.
解析:由题图知波的波长 λ=1.0 m,又周期 T=0.4 s 则该波的波速 v=Tλ=2.5 m/s 波向 x 轴正方向传播,根据靠近振源的质点带动后面的质点 振动,可以判断 P 点沿 y 轴正方向振动. 答案:2.5 m/s 沿 y 轴正方向
二、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.

高考物理一轮复习 第十四章 机械动 机械波 光 电磁波 相对论简介

高考物理一轮复习 第十四章 机械动 机械波 光 电磁波 相对论简介

权掇市安稳阳光实验学校高考专项突破(十四)选修部分1.(2016·宁夏银川二中模拟)(1)下列说法正确的是( )A.用光导纤维传播信号是利用了光的全反射B.偏振光可以是横波,也可以是纵波C.光速不变原理指出光在真空中传播速度在不同惯性参考系中都是相同的D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象E.声源与观察者相对靠近时,观察者所接收的频率等于声源振动的频率(2)如图所示是一列沿x轴正向传播的简谐横波在t=0.25 s时刻的波形图,已知波的传播速度v=4 m/s.①求x=2.5 m处的质点在0~4.5 s内通过的路程及t=4.5 s时的位移;②此时A点的横坐标为0.25 m,试求从图示时刻开始经过多少时间A点第三次出现波峰?解析:(1)用光导纤维传播信号是利用了光的全反射,具有容量大、衰减小、速度快的特点,故A正确;偏振是横波是特有现象,光的偏振现象说明光的横波,故B错误;根据相对论的光速不变原理是:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,故C正确;照相机镜头上的增透膜是光的干涉现象.照相机的镜头呈现淡紫色,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色,而膜的厚度是唯一的,所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头,一般情况下都是让绿光全部进入的,这种情况下,在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色,因为这反射光中已经没有了绿光,故D正确;根据多普勒效应可知,声源与观察者相对靠近,观察者所接收的频率大于声源发出的频率,故E错误.(2)①由图知,波长λ=2 m,则该波的周期为T=λv=24s=0.5 s 质点在一个周期内通过的路程是4A,则质点在0~4.5 s内通过的路程为s =tT×4A=4.50.5×4×4 cm=144 cm=1.44 m;t=0.25 s时,该质点的位移为x =4 cm,因为t=0.25 s=T2,所以t=0时刻该质点的位移x=-4 cm,所以t =4.5 s=9T时质点的位移x=-4 cm.②A点左侧第三个波峰传到A点时,A点第三次出现波峰,波所传的距离Δx=2λ+34λ+0.25 m=2×2 m+34×2 m+0.25 m=5.75 m所用时间t=Δxv=5.754s=1.437 5 s答案:(1)ACD (2)①1.44 m -4 cm ②1.437 5 s2.(2017·广东揭阳模拟)(1)以下说法中不正确的有( )A.做简谐运动的物体每次通过同一位置时都具有相同的加速度和速度B .横波在传播过程中,波峰上的质点运动到相邻的波峰所用的时间为一个周期C .一束光由介质斜射向空气,界面上可能只发生反射现象而没有折射现象D .水面油膜呈现彩色条纹是光的干涉现象,这可以用光的波动理论来解释E .在电场周围一定存在磁场,在磁场周围一定存在电场 (2)如图所示,一个折射率为43的三棱镜的截面为等腰直角△ABC ,∠A 为直角.此截面所在平面内的一束光线沿与AB 边成θ角(θ<90°)的方向入射到AB 边的中点P 处,若要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cos θ应满足什么条件?解析:(1)做简谐运动的物体每次通过同一位置时都具有相同的加速度,而速度有两种方向,可能不同,故A 错误.横波在传播过程中,波峰上的质点只在自己的平衡附近振动,不向前移动,故B 错误.一束光由介质斜射向空气,界面上若发生全反射,只发生反射现象而没有折射现象,故C 正确.水面油膜呈现彩色条纹是光的干涉现象形成的,说明了光是一种波,故D 正确.根据麦克斯韦电磁场理论可知,在变化的电场周围才存在磁场,在变化的磁场周围才存在电场,故E 错误.(2)光由空气射向三棱镜,在AB 边上发生折射,折射角为α,由折射定律得sin90°-θsin α=n当光由三棱镜射向空气,临界角为C 时,发生全反射,所以sin C =1n.①要使光线能入射到AC 边上,由几何关系,sin α≥15,联立解得cos θ≥4515;②要使光线能在AC 面上发生全反射,应有β≥C ,由几何关系知α+β=90°,联立解得cos θ≤73综上可得4515≤cos θ≤73.答案:(1)ABE (2)4515≤cos θ≤733.(2017·河南豫南九校联盟第一次联考)(1)如图所示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t =0.5 s 时有正向最大加速度的是乙摆E .由图象可以求出当地的重力加速度(2)如图所示是一个透明圆柱的横截面,其半径为R ,折射率是3,AB 是一条直径,今有一束平行光沿AB 方向射向圆柱体,若一条光经折射后恰经过B 点,求:①这条入射光线到AB 的距离是多少?②这条入射光线在圆柱体中运动的时间是多少?解析:(1)由图看出,两单摆的周期相同,同一地点g 相同,由单摆的周期公式T =2πLg得知,甲、乙两单摆的摆长L 相等,故A 正确;甲摆的振幅为10 cm ,乙摆的振幅为7 cm ,则甲摆的振幅比乙摆大,故B 正确;尽管甲摆的振幅比乙摆大,两摆的摆长也相等,但由于两摆的质量未知,无法比较机械能的大小,故C 错误;在t =0.5 s 时,甲摆经过平衡位置,振动的加速度为零,而乙摆的位移为负的最大,则乙摆具有正向最大加速度,故D 正确;由单摆的周期公式T =2πL g 得g =4π2L T,由于单摆的摆长不知道,所以不能求得重力加速度,故E 错误.(2)①设光线P 经折射后经过B 点,光线如图所示. 根据折射定律得n =sin αsin β=3在△OBC 中,sin βR =sin 180°-α2R cos β可得β=30°,α=60°, 所以CD =R sin α=32R②在△DBC 中,BC =CDsin β=32R 12=3R在圆柱体中的运行时间t =BC v =3R c 3=3Rc.答案:(1)ABD (2)①32R ②3Rc4.(2017·江西五市八校联考)(1)一列沿x 轴传播的简谐横波,t =0时刻的波形如图所示,此时质点P 恰在波峰,质点Q 恰在平衡位置且向上振动.再过0.2 s ,质点Q 第一次到达波峰,则下列说法正确的是( )A .波沿x 轴负方向传播B .波的传播速度为30 m/sC .1 s 末质点P 的位移为零D .质点P 的振动位移随时间变化的关系式为x =0.2sin(2πt +π2)m210)m E .0~0.9 s 时间内P 点通过的路程为(1.0-(2)如图所示,△ABC 为一直角棱镜,∠A =30°,AB 宽为d ,现一宽度等于AB 的单色平行光束垂直AB 射入棱镜内,在AC 面上恰好发生全反射,求:①棱镜的折射率;②由AC 面直接反射到AB 面或BC 面上的光束,在棱镜内部经历的最长时间.(光在真空中的速度为c )解析:(1)由题意质点Q 恰好在平衡位置且向上振动,则知波沿x 轴正方向传播,故A 错误;由题得该波的周期为T =0.8 s ,波长为λ=24 m ,则波速为v =λT =30 m/s ,故B 正确;t =1 s =114T ,可知1 s 末质点P 到达平衡位置,位移为零,故C 正确;图示时刻质点P 的振动位移为y =0.2 m ,根据数学知识可知其振动方程是余弦方程,即y =0.2cos(2πT t )m =0.2 sin(2π0.8t +π2)m =0.2sin(2.5πt +π2)m ,故D 错误;t =0.9 s ,y =0.2sin(2.5πt +π2)m =0.2sin(2.5π×0.9+π2)m =210 m ,n =t T =0.90.8=118,所以0至0.9 s 时间内P点通过的路程为5A -y =(1.0-210)m ,故E 正确.(2)①由几何关系,入射光束在AC 面上的入射角为临界角C =θ1=30° n =1sin C得n =2②当光束射向B 点时,路径最长,时间最长.根据反射定律,∠DOE =∠BOE =30°,则∠OBA =30° 由△AOD ≌△BOD ,得BD =d2光束的最长路径:x =BD tan 30°+BDcos 30°=3d2则最长时间t =xv又n =c v得t =3dc答案:(1)BCE (2)①2 ②3dc5.(2017·山东潍坊模拟)(1)沿x 轴正向传播的一列简谐横波在t =0时刻的波形如图所示,M 为介质中的一个质点,该波的传播速度为40 m/s ,则t =0.025 s 时,下列判断正确的是( )A .质点M 对平衡位置的位移一定为正值B .质点M 的速度方向与对平衡位置的位移方向相同C .质点M 的加速度方向与速度方向一定相同D .质点M 的加速度方向与对平衡位置的位移方向相反E .质点M 的加速度方向与对平衡位置的位移方向相同(2)如图所示,半径为R 的透明半球体的折射率为53,在离透明半球体2.8R处有一与透明半球体平面平行的光屏.某种平行光垂直透明半球体的平面射入,在光屏上形成一个圆形亮斑.①求光屏上亮斑的直径;(不考虑光线在球内的多次反射)②若入射光的频率变大,则亮斑的直径如何变化?解析:(1)由图知,λ=4 m ,则周期T =λv =440s =0.1 s ,波沿x 轴正向传播,质点M 的速度方向向上,则经过t =0.025 s =14T ,质点M 位于平衡位置上方,质点M 对平衡位置的位移一定为正值,故A 正确.质点M 的速度方向向下,对平衡位置的位移方向向上,两者相反,故B 错误.质点M 的加速度方向与位移方向相反,方向向下,速度方向也向下,故C 正确.质点M 的加速度方向与对平衡位置的位移相反,故D 正确,E 错误.(2)①sin C =1n=0.6C =37°AB =2R sin C =1.2R FM =AB2tan C =0.45R设光斑直径为D ,根据三角形相似得D AB =3R -FMFM解得D =6.8R②光斑直径变大答案:(1)ACD (2)①6.8R ②光斑直径变大6.(2017·湖北孝感高级中学调考)(1)一列自右向左传播的简谐横波,在t =0时刻的波形图如图所示,此时坐标为(1,0)的质点刚好开始振动,在t 1=0.3 s 时刻,P 质点在t =0时刻后首次位于波峰位置,Q 点的坐标是(-3,0),则以下说法正确的是( )A .这列波的传播速度为0.1 m/sB .在t =0时刻,质点P 向上运动C .在t 1=0.3 s 时刻,质点A 仍位于波谷D .在t 2=0.4 s 时刻,质点A 具有最大的正向加速度E .在t 3=0.5 s 时刻,质点Q 首次位于波峰(2)如图,将半径为R 的透明半球体放在水平桌面上方,O 为球心,直径恰好水平,轴线OO ′垂直于水平桌面.位于O 点正上方某一高度处的点光源S 发出一束与OO ′夹角θ=60°的单色光射向半球体上的A 点,光线通过半球体后刚好垂直射到桌面上的B 点,已知O ′B = 32R ,光在真空中传播速度为c ,不考虑半球体内光的反射,求:①透明半球对该单色光的折射率n ;②该光在半球体内传播的时间.解析:(1)由图可以知道波长λ=4 cm ,t 1=0.3 s =34T ,则T =0.4 s ,v=λT =0.040.4m/s =0.10 m/s ,故选项A 正确;根据传播方向可以知道在t =0时刻P 向下运动,故选项B 错误;在t 1=0.3 s 是经过34T ,故该时刻A 处于平衡位置,故选项C 错误;在t 2=0.4 s =T ,质点A 仍处于负的最大位置,故具有最大的正向加速度,故选项D 正确;当Q 达到最大正向位移时,t =0.050.1 s=0.5 s ,故在t 3=0.5 s 时刻,质点Q 首次位于波峰,故选项E 正确.(2)①光从光源S 射出经半球体到达水平桌面的光路如图. 光由空气射向半球体,由折射定律,有n =sin θsin α在△OCD 中,sin ∠COD =32,则γ=∠COD =60°光由半球体射向空气,由折射定律,有n =sin γsin β故α=β0由几何知识得α+β=60°故α=β=30°因此n =sin γsin β= 3②光在半球体中传播的速度为v =c n =33c由几何知识得2AC cos 30°=R ,得AC =33R光在半球体中传播的时间为t =AC v =Rc答案:(1)ADE (2)① 3 ②Rc7.(2017·湖北沙市中学模拟)(1)下列说法中正确的是( ) A .机械波的频率等于波源的振动频率,与介质无关B .爱因斯坦相对论指出,真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的C .微波炉中使用的微波的波长为微米数量级D .物体做受迫振动时,驱动力的频率越高,受迫振动的物体振幅越大E .宇宙红移现象表示宇宙正在膨胀,这可以用多普勒效应来解释,说明我们接收到的遥远恒星发出的光比恒星实际发光频率偏小(2)如图所示,等腰三角形ABD 为折射率n =3的某透明介质的横截面,AD =2L ,∠A =∠B =30°,P 为AD 边的中点.在ABD 平面内有一细束光线以入射角i =60°从P 点射入介质中.已知光在真空中的速度为c .求:①请问AD 面的折射光线能否在AB 面发生全反射.(写出必要的过程) ②光从P 点入射到第一次从介质中射出所用的时间t .解析:(1)机械波的频率等于波源的振动频率,与介质无关,选项A 正确;爱因斯坦相对论指出,真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,即光速不变原理,选项B 正确;微波炉中使用的微波的波长不是微米数量级,故C 错误.物体做受迫振动时,若驱动力的频率高于物体的固有频率,驱动力的频率越高,受迫振动的物体振幅越小,故D 错误.宇宙红移现象表示宇宙正在膨胀,这可以用多普勒效应来解释,说明我们接收到的遥远恒星发出的光比恒星实际发光频率偏小,波长偏大,故E 正确.(2)①由n =sin isin r 得r =30°光水平入射在M 点射出的情况下θ=2r =60°由于sin θ=32>sin C =1n =33所以光在斜射到AB 面时能发生全反射②在菱形POMD 中,OP =OM =PD =L ,则t =OP +OM v =2Lv由n =c v 得光在该介质中的速度为v =c3解得t =23L c答案:(1)ABE (2)①见解析 ②23L c。

高考物理一轮复习第十四章机械震动机械波光电磁波相对论简介第四讲光的波动性电磁波相对论课件

高考物理一轮复习第十四章机械震动机械波光电磁波相对论简介第四讲光的波动性电磁波相对论课件

1.狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是 相同 的. (2)光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是 相同 的,光
速与光源、观测者间的相对运动没有关系.
2.相对论的质速关系 (1)物体的质量随物体速度的增加而 增大 ,物体以速度 v 运动时的质量 m
离中央最远的是红光
第七页,共65页。
②泊松亮斑(圆盘衍射):当光照到 不透明 (选填“透明”或“不透明”)的半径 很小的小圆盘上时,在圆盘的阴影中心出现 亮斑 (在阴影外还有不等间距的 明暗相间的圆环). 2.光的偏振现象 (1)偏振 光波只沿 某一特定 的方向的振动.
(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 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,这种光叫作自然光.
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6.电磁波谱
电磁 波谱
特性
应用
真空中波 长/m
频率/Hz
波动性强,易
无线电波
无线电技术
发生衍射
>10-3
<3×1011
红外线
热效应
红外线遥感 10-3~10-7 1011~1015
递变 规律
可见光
引起视觉 照明、摄影
10-7
1015
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电磁 波谱
特性
应用
真空中 波长/m
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2.下列现象中,属于光的衍射的是( ) A.雨后天空出现彩虹 B.通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹 C.海市蜃楼现象 D.日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹
第二十二页,共65页。
解析:彩虹是光的色散现象,海市蜃楼是光的折射、全反射现象,肥皂 膜上出现彩色条纹是薄膜干涉现象,A、C、D 错误.通过狭缝观察日 光灯看到彩色条纹是单缝衍射现象,B 正确. 答案:B

高考物理一轮复习 第十四章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第1讲 机械振动 用单摆测定重

高考物理一轮复习 第十四章 机械振动与机械波  光  电磁波与相对论 第1讲 机械振动 用单摆测定重

第1讲 机械振动 用单摆测定重力加速度教材知识梳理一、简谐运动1.简谐运动:质点的位移与时间的关系遵从________函数的规律,其振动图像(x ­t 图像)是一条________曲线.2.特征:回复力F =________,x 是振动质点相对________位置的位移,可用该关系式判断一个振动是否为简谐运动.3.描述简谐运动的物理量(1)位移x :由________位置指向质点所在位置的有向线段,是________量. (2)振幅A :振动物体离开平衡位置的________,是________量,表示振动的强弱. (3)周期T :物体完成一次________所需的时间. 频率f :单位时间内完成全振动的________.它们是表示振动快慢的物理量,二者的关系为T =________. 4.简谐运动的位移表达式:x =________. 二、简谐运动的图像1.物理意义:表示振动质点的________随________变化的规律. 2.图像特征:________曲线.从质点位于________位置处开始计时,函数表达式为x =A sin ωt ,图像如图14­34­1甲所示;从质点位于________处开始计时,函数表达式为x =A cos ωt ,图像如图乙所示.图14­34­1三、受迫振动1.受迫振动:系统在周期性________作用下的振动.做受迫振动的系统,它的周期(或频率)等于________的周期(或频率),而与系统的固有周期(或频率)________.2.共振:驱动力的频率________系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大. 四、用单摆测定重力加速度1.实验目的:用单摆测定当地的重力加速度,熟悉停表的使用.2.实验原理:单摆在摆角很小(小于5°)时,其简谐运动的周期为T =________,由此得重力加速度g =4π2l T2.3.关于单摆的特殊说明:摆球重力沿圆弧________方向的分力提供回复力,指向圆心的力提供向心力.因此,在简谐运动的平衡位置,摆球的合外力不为零.答案:一、1.正弦 正弦 2.-kx 平衡3.(1)平衡 矢 (2)最大距离 标 (3)全振动 次数 1f4.A sin (ωt +φ)二、1.位移 时间2.正弦(或余弦) 平衡 最大位移 三、1.驱动力 驱动力 无关2.等于 四、2.2πlg3.切线 【思维辨析】(1)简谐运动的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,加速度也增大.( ) (4)简谐运动的周期与振幅成正比.( ) (5)振幅等于振子运动轨迹的长度.( ) (6)单摆在任何情况下的运动都是简谐运动.( ) (7)单摆的振动周期由振子的质量和摆角共同决定.( ) (8)物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率有关.( ) (9)简谐运动的图像描述的是振动质点的轨迹.( )答案:(1)(×) (2)(×) (3)(×) (4)(×) (5)(×) (6)(×) (7)(×) (8)(×) (9)(×)考点互动探究考点一 质点的振动规律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. (2)质点在半个周期内通过的路程是振幅的2倍. (3)质点在四分之一周期内通过的路程有三种情况:①计时起点对应质点在三个特殊位置(两个最大位移处和一个平衡位置)时,s =A ; ②计时起点对应质点在最大位移和平衡位置之间且向平衡位置运动时,s >A ; ③计时起点对应质点在最大位移和平衡位置之间且向最大位移处运动时,s <A. 2.简谐运动的重要特征1.(多选)(简谐运动的位移)某质点做简谐运动,其位移随时间变化的关系式为x =Asin π4t(t 的单位为s),则质点( )A .振动的周期为8 sB .第1 s 末与第3 s 末的位移相同C .第1 s 末与第3 s 末的速度相同D .第3 s 末至第5 s 末的位移方向都相同E .第3 s 末至第5 s 末的速度方向都相同答案:ABE [解析] 由关系式可知ω=π4 rad/s ,T =2πω=8 s ,A 正确;将t =1 s 和t =3 s 代入关系式中求得两时刻位移相同,B 正确;作出质点的振动图像,由图像可以看出,第1 s 末和第3 s 末的速度方向不同,C 错误;由图像可知,第3 s 末至第4 s 末质点的位移方向与第4 s 末至第5 s 末质点的位移方向相反,而速度的方向相同,故D 错误,E 正确.2.(简谐运动的周期和振幅)如图14­34­2所示,一轻弹簧一端固定,另一端连接一物块构成弹簧振子,该物块是由a 、b 两个小物块粘在一起组成的.物块在光滑水平面上左右振动,振幅为A 0,周期为T 0.当物块向右通过平衡位置时,a 、b 之间的粘胶脱开;以后小物块a 振动的振幅和周期分别为A 和T ,则A________(选填“>”“<”或“=”)A 0,T________(选填“>”“<”或“=”)T 0.图14­34­2答案:< < [解析] 当物块向右通过平衡位置时,脱离前振子的动能E k1=12(m a +m b )v 20,脱离后振子的动能E k2=12m a v 20.由机械能守恒可知,平衡位置处的动能等于最大位移处的弹性势能,因此脱离后振子振幅变小;由弹簧振子的周期T =2πmk知,脱离后周期变小. 3.(多选)(简谐运动的对称性和周期性)一简谐振子沿x 轴振动,平衡位置在坐标原点.t =0时刻振子的位移x =-0.1 m ;t =43s 时刻x =0.1 m ;t =4 s 时刻x =0.1 m .该振子的振幅和周期可能为( )A .0.1 m ,83 sB .0.1 m ,8 sC .0.2 m ,83s D .0.2 m ,8 s答案:ACD [解析] 若振子的振幅为0.1 m ,43 s =n +12T (n =0,1,2,…),则周期最大值为83s ,且t =4 s 时刻x =0.1 m ,A 项正确,B 项错误;若振子的振幅为0.2 m ,由简谐运动的对称性可知,当振子由x =-0.1 m 处运动到负向最大位移处再反向运动到x =0.1 m 处,再经n 个周期时所用时间为43 s ,则12+nT =43 s(n =0,1,2,…),所以周期的最大值为83 s ,且t =4 s 时刻x =0.1 m ,故C 项正确;当振子由x =-0.1 m 经平衡位置运动到x =0.1 m 处,再经n 个周期时所用时间为43 s ,则16+nT =43s(n =0,1,2,…),所以此时周期的最大值为8 s ,且t =4 s 时,x =0.1 m ,故D 项正确.■ 要点总结(1)分析简谐运动中各物理量的变化情况时,一定要以位移为桥梁,位移增大时,振动质点的回复力、加速度、势能均增大,速度、动能均减小;反之,则产生相反的变化.另外,各矢量均在其值为零时改变方向.(2)分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性. 考点二 简谐运动图像的理解和应用1.根据简谐运动图像可获取的信息(1)振幅A 、周期T(或频率f)和初相位φ(如图14­34­3所示).图14­34­3(2)某时刻振动质点离开平衡位置的位移.(3)某时刻质点速度的大小和方向:曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度的大小和速度的方向,速度的方向也可根据下一时刻物体的位移的变化来确定.(4)某时刻质点的回复力、加速度的方向:回复力总是指向平衡位置,回复力和加速度的方向相同,在图像上总是指向t 轴.(5)某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势能的变化情况. 2.利用简谐运动图像理解简谐运动的对称性图14­34­4(1)相隔Δt =n +12T(n =0,1,2,…)的两个时刻,弹簧振子的位置关于平衡位置对称,位移等大反向,速度也等大反向.(2)相隔Δt =nT(n =0,1,2,…)的两个时刻,弹簧振子在同一位置,位移和速度都相同.多选)甲、乙两弹簧振子的振动图像如图14­34­5所示,则可知( )图14­34­5A .两弹簧振子完全相同B .两弹簧振子所受回复力最大值之比F 甲∶F 乙=2∶1C .振子甲速度为零时,振子乙速度最大D .两振子的振动频率之比f 甲∶f 乙=1∶2E .振子乙速度为最大时,振子甲速度不一定为零 答案:CDE[解析] 从图像中可以看出,两弹簧振子周期之比T 甲∶T 乙=2∶1,则频率之比f 甲∶f 乙=1∶2,D 正确;弹簧振子周期与振子质量、弹簧劲度系数k 有关,周期不同,说明两弹簧振子不同,A 错误;由于弹簧的劲度系数k 不一定相同,所以两振子所受回复力(F =-kx )的最大值之比F 甲∶F 乙不一定为2∶1,B 错误;由简谐运动的特点可知,振子在到达平衡位置时位移为零,速度最大,振子在到达最大位移处时,速度为零,从图像中可以看出,振子甲到达最大位移处时,振子乙恰好到达平衡位置,C 正确;当振子乙到达平衡位置时,振子甲有两个可能的位置,一个是最大位移处,一个是平衡位置,E 正确.(多选)一质点做简谐运动的图像如图14­34­6所示,下列说法正确的是( )图14­34­6A .质点振动频率是4 HzB .在0~10 s 内质点经过的路程是20 cmC .第4 s 末质点的速度是零D .在t =1 s 和t =3 s 两时刻,质点位移大小相等、方向相反E .在t =2 s 和t =6 s 两时刻,质点速度相同答案:BDE [解析] 由图可知,该简谐运动的周期为4 s ,频率为0.25 Hz ,在10 s 内质点经过的路程是2.5×4A =20 cm.第4 s 末的速度最大.在t =1 s 和t =3 s 两时刻,质点位移大小相等、方向相反.t =2 s 和t =6 s 两时刻之间相差一个周期,故速度相同,选项B 、D 、E 正确.■ 要点总结求解简谐运动问题时,要紧紧抓住一个模型——水平方向振动的弹簧振子,熟练掌握振子的振动过程以及振子振动过程中各物理量的变化规律,看到振动图像,头脑中立即呈现出一幅弹簧振子振动的图景,再把问题一一对应、分析求解.考点三 单摆周期公式的应用1.对单摆的理解 (1)受力特征①回复力:摆球重力沿切线方向上的分力,F 回=-mgl x =-kx ,负号表示回复力F 回与位移x 的方向相反.②向心力:细线的拉力和重力沿细线方向分力的合力充当向心力,F 向=F T -mgcos θ. ③两点说明:当摆球在最高点时,F 向=mv2l =0,F T =mgcos θ.当摆球在最低点时,F 向=mv 2max l ,F 向最大,F T =mg +m v 2maxl .2.周期公式T =2πlg的两点说明: (1)l 为等效摆长,表示从悬点到摆球重心的距离; (2)g 为当地重力加速度.如图14­34­7所示,一单摆悬于O 点,摆长为L ,若在O 点正下方的O′点钉一个光滑钉子,使OO′=L2,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( )图14­34­7A .2πL gB .2πL 2gC .2πL g +L 2gD .πL g+L 2gD [解析] 由A →B 的运动时间t 1=T 14=π2L g ,由B →C 的运动时间t 2=T 24=π2L2g,由对称性知此摆的周期T =2(t 1+t 2)=πL g +L2g,D 正确.图14­34­8甲是一个单摆振动的情形,O 是它的平衡位置,B 、C 是摆球所能到达的最远位置.设向右为正方向.单摆的振动图像如图乙所示.根据图像回答:(1)单摆振动的频率是多大? (2)开始时摆球在何位置?(3)若当地的重力加速度为10 m/s 2,试求摆长.图14­34­8答案:(1)54 Hz (2)B 处 (3)0.162 m[解析] (1)由题图乙知,单摆的周期T =0.8 s 所以单摆振动频率f =1T =54Hz(2)由题图乙知,t =0时位移为负的最大值,所以开始时摆球在B 处. (3)由T =2πL g知 L =T 2g4π2≈0.162 m.■ 要点总结 单摆的振动周期T =2πlg与摆长和重力加速度有关,而与振幅和摆球质量无关.单摆周期与振幅无关的性质,即具有等时性.考点四 用单摆测重力加速度1.实验原理:由T =2πl g 可得g =4π2lT2,测出摆长l 和周期T ,可计算出g 的数值. 2.实验步骤:(1)用毫米刻度尺测量摆线长l 0,用游标卡尺测出小球直径D ,则单摆的摆长l =l 0+D2;(2)将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5°),由静止释放小球,记下单摆摆动30~50次的总时间,算出平均摆动一次的时间即单摆的周期.3.数据处理(1)公式法:将几次测得的周期T 和摆长l 代入公式g =4π2lT 2中计算重力加速度,取平均值即当地重力加速度的值.(2)图像法:由g =4π2l T 2得l =g 4π2T 2,作出l­T 2图像,求出图线的斜率k ,可得重力加速度g =4π2k.] 用单摆测定重力加速度的实验装置如图14­34­9所示.图14­34­9(1)组装单摆时,应在下列器材中选用________(填选项前的字母). A .长度为1 m 左右的细线 B .长度为30 cm 左右的细线 C .直径为1.8 cm 的塑料球 D .直径为1.8 cm 的铁球(2)测出悬点O 到小球球心的距离(摆长)L 及单摆完成n 次全振动所用的时间t ,则重力加速度g =________(用L 、n 、t 表示).(3)下表表示某同学记录的3组实验数据,并做了部分计算处理.请计算出第3组实验中的T =________s ,g =________m/s 2.(4)用多组实验数据作出T 2­L 图像,也可以求出重力加速度g.T 2­L 图线的示意图如图14­34­10中的a 、b 、c 所示,其中a 和b 平行,b 和c 都过原点,图线b 对应的g 值最接近当地重力加速度的值.则相对于图线b ,下列分析正确的是________(选填选项前的字母).图14­34­10A .出现图线a 的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长LB .出现图线c 的原因可能是误将49次全振动记为50次C .图线c 对应的g 值小于图线b 对应的g 值(5)某同学在家里测重力加速度.他找到细线和铁锁,制成一个单摆,如图14­34­11所示,由于家里只有一根量程为30 cm 的刻度尺,于是他在细线上的A 点做了一个标记使得悬点O 到A 点间的细线长度小于刻度尺量程.保持该标记以下的细线长度不变,通过改变O 、A 间细线长度以改变摆长.实验中,当O 、A 间细线的长度分别为l 1、l 2时,测得相应单摆的周期为T 1、T 2.由此可得重力加速度g =________(用l 1、l 2、T 1、T 2表示).图14­34­11答案:(1)AD (2)4π2n 2L t 2 (3)2.01 9.76 (4)B (5)4π2(l 1-l 2)T 21-T 22[解析] (1)做“用单摆测重力加速度”的实验时摆线要选择尽可能长一些的,摆球要选择质量大些、体积小些的.所以选择A 和D.(2)由单摆周期T =2πL g ,可得g =4π2LT2n 次全振动的时间为t ,则单摆周期为T =tn由以上两式可得g =4π2n 2Lt2. (3)50次全振动的时间为100.5 s ,则周期T =tn=2.01 s 将题目所给数据代入g =4π2n 2L t2,可得g =9.76 m/s 2. (4)由单摆周期T =2πl g 可得T 2=4π2gl .若误将单摆的摆长记为悬点到小球下端的距离L ,则单摆的实际摆长l =L -r ,其中r 为小球半径.由以上两式可得T 2=4π2g (L -r ),变形得T 2=4π2g L -4π2r g .斜率4π2g大于零,纵截距-4π2r g 小于零,选项A 不正确.若误将49次全振动记成50次全振动,由T =tn可知周期偏小,选项B 正确.由g =4π2LT2可知,T 偏小,则g 偏大,所以选项C 不正确.(5)设A 点到细绳与铁锁所组成系统重心的距离为r ,则摆长L =l +r .由单摆周期公式T =2πL g可得T =2πl +rg ,前后两次改变摆长可得周期T 1=2πl 1+rg ,T 2=2πl 2+rg,从而得g =4π2(l 1-l 2)T 21-T 22.[2015·天津卷] 某同学利用单摆测量重力加速度. (1)为了使测量误差尽量小,下列说法正确的是_________. A .组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球 B .组装单摆须选用轻且不易伸长的细线 C .实验时须使摆球在同一竖直面内摆动 D .摆长一定的情况下,摆的振幅尽量大(2)如图14­34­12所示,在物理支架的竖直立柱上固定有摆长约1 m 的单摆.实验时,由于仅有量程为20 cm 、精度为1 mm 的钢板刻度尺,于是他先使摆球自然下垂,在竖直立柱上与摆球最下端处于同一水平面的位置做一标记点,测出单摆的周期T 1;然后保持悬点位置不变,设法将摆长缩短一些,再次使摆球自然下垂,用同样方法在竖直立柱上做另一标记点,并测出单摆的周期T 2;最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上两标记点之间的距离ΔL.用上述测量结果,写出重力加速度的表达式g =________.图14­34­12答案:(1)BC (2)4π2ΔL T 21-T 22[解析] (1)组装单摆须选用密度大、半径小的摆球,选用轻且不易伸长的细线,而且摆球要在同一竖直面内摆动,且单摆的振幅要小一点,只有这些条件得到满足时,摆球所受空气阻力的影响才会比较小,摆球的振动才是简谐运动,所以B 、C 正确.(2)设摆球的半径为r ,单摆的周期为T 1时对应的摆线长度为L 1,单摆的周期为T 2时对应的摆线长度为L 2,由单摆的周期公式得,T 1=2πL 1+rg ,T 2=2πL 2+r g ,L 1-L 2=ΔL ,联立解得g =4π2ΔLT 21-T 22. 考点五■ 要点总结(1)摆球的选取:选用体积小、密度大的球; (2)摆线的选取:选用质量小、弹性小的细线; (3)摆角的大小:摆角不超过5°;(4)摆长的要求:摆动过程中摆长保持不变;(5)轨迹的要求:摆球拉到一定位置由静止释放,防止形成圆锥摆; (6)计时的位置:摆球通过平衡位置时开始计时; (7)周期的计算:多次测量取平均值计算周期. 考点五 受迫振动与共振的应用1.自由振动、受迫振动和共振的关系比较2.对共振的理解(1)共振曲线:如图14­34­13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固有频率为f 0的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.图14­34­13(2)受迫振动中系统能量的转化:做受迫振动的系统的机械能不守恒,系统与外界时刻进行着能量交换.1.(多选)(受迫振动的应用)如图14­34­14所示,曲轴上挂一个弹簧振子,转动摇把,曲轴可带动弹簧振子上下振动.开始时不转动摇把,让振子自由振动,测得其频率为2 Hz.现匀速转动摇把,转速为240 r/min.则( )图14­34­14A .当振子稳定振动时,它的振动周期是0.5 sB .当振子稳定振动时,它的振动频率是4 HzC .当转速增大时,弹簧振子的振幅增大D .当摇把转动的频率减小到接近弹簧振子的频率时,弹簧振子的振幅增大E .弹簧振子的振幅与转速有关答案:BDE [解析] 摇把匀速转动的频率f =24060 Hz =4 Hz ,周期T =1f =0.25 s ,当振子稳定振动时,它的振动周期及频率均与驱动力的周期及频率相等,A 错误,B 正确.当摇把的频率接近振子的固有频率时,弹簧振子的振幅将增大,C 错误,D 、E 正确.2.(多选)(对共振的理解)如图14­34­15所示,A 、B 、C 、D 四个单摆的摆长分别为l 、2l 、l 、l2,摆球的质量分别为2m 、2m 、m 、m2,四个单摆静止地悬挂在一根水平细线上.现让A 球振动起来,通过水平细线迫使B 、C 、D 也振动起来,则下列说法错误的是( )图14­34­15A.A、B、C、D四个单摆的周期均相同B.只有A、C两个单摆的周期相同C.B、C、D中因D的质量最小,故其振幅是最大的D.B、C、D中C的振幅最大E.B、C、D中C的振幅最小答案:BCE [解析] 在A的驱动下,B、C、D均做受迫振动,受迫振动的频率均与驱动力的频率(A的固有频率)相等,与各自的固有频率无关,选项A正确,选项B错误.判断能否达到最大振幅,即实现共振,取决于f固是否与f驱相等.对于单摆而言,固有频率与摆球质量无关,所以不必考虑摆球的质量.B、C、D中,只有C的固有频率等于驱动力的频率,所以B、C、D中C的振幅最大,选项C、E错误,选项D 正确.3.(多选)(共振曲线的应用)一个单摆在地面上做受迫振动,其共振曲线(振幅A与驱动力频率f的关系)如图14­34­16所示,则下列说法正确的是(g取10 m/s2)( )图14­34­16A.此单摆的固有周期约为2 sB.此单摆的摆长约为1 mC.若摆长增大,单摆的固有频率增大D.若摆长增大,共振曲线的峰将向左移动E.此单摆的振幅是8 cm答案:ABD [解析] 由共振曲线知此单摆的固有频率为0.5 Hz,固有周期为2 s;再由T=2πl g 得此单摆的摆长约为1 m;若摆长增大,则单摆的固有周期增大,固有频率减小,共振曲线的峰将向左移动,A、B、D正确,C错误.此单摆做受迫振动,只有共振时的振幅最大,为8 cm,E错误.■ 要点总结(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.【教师备用习题】1.[2015·浙江卷] 某个质点的简谐运动图像如图所示,求振动的振幅和周期.[答案] 10 2 cm 8 s[解析] 由图读出振幅A =10 2 cm 简谐运动方程x =A sin ⎝⎛⎭⎪⎫2πT t代入数据得-10 cm =102sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT ×7 cm得T =8 s.2.[2014·浙江卷] 一位游客在千岛湖边欲乘坐游船,当日风浪较大,游船上下浮动.可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动,振幅为20 cm ,周期为3.0 s .当船上升到最高点时,甲板刚好与码头地面平齐.地面与甲板的高度差不超过10 cm 时,游客能舒服地登船.在一个周期内,游客能舒服登船的时间是( )A .0.5 sB .0.75 sC .1.0 sD .1.5 s[解析] C 从平衡位置开始计时,游船的振动方程为x =20sin ⎝⎛⎭⎪⎫2π3t cm ,游客要舒服地登船需满足的条件Δx =20 cm -x ≤10 cm ,解得0.25 s ≤t ≤1.25 s ,故游客能舒服地登船的时间Δt =1.0 s ,选项C 正确.3.[2014·上海卷] 质点做简谐运动,其x ­t 关系如图所示.以x 轴正方向为速度v 的正方向,该质点的v ­t 关系是( )A B C D[解析] B 速度为矢量,它随时间变化的周期与位移随时间变化的周期相同,选项C 、D 错误;t =0时,质点在正向最大位移处,速度为零,t =T4时,质点在平衡位置且向x 轴负向运动,速度为负向最大,选项A 错误,选项B 正确.5.[2013·上海卷] 做简谐振动的物体,当它每次经过同一位置时,可能不同的物理量是( ) A .位移 B .速度 C .加速度 D .回复力[解析] B 做简谐振动的物体,经过同一位置时,相对平衡位置的位移x 相同,回复力(F =-kx )相同,由牛顿第二定律(F =ma )知加速度a 相同,物体可能以方向相反的速度经过同一位置,故B 正确.6.甲、乙两个学习小组分别利用单摆测量重力加速度.(1)甲组同学采用如图所示的实验装置.由于没有游标卡尺,无法测小球的直径d ,实验中将悬点到小球最低点的距离作为摆长l ,测得多组周期T 和l 的数据,作出l ­T 2图像,如图甲所示.实验得到的l ­T 2图像是________(选填“a ”、“b ”或“c ”);小球的直径是________ cm ;(2)乙组同学在如图所示装置的基础上再增加一个速度传感器,如图乙所示.将摆球拉开一个小角度使其做简谐运动,速度传感器记录了摆球在摆动过程中速度随时间变化的情况,如图丙所示.①由图丙可知,该单摆的周期T =________ s ;②改变摆线长度L 后,多次测量,根据实验数据,利用计算机作出T 2­L 图线(L 为摆线长),并根据图线拟合得到方程T 2=4.04L +0.024(s 2).由此可以得出当地的重力加速度g =________ m/s 2.(取π2=9.86,结果保留3位有效数字)[答案] (1)c 1.2 (2)①2.0 ②9.76[解析] (1)单摆的周期T =2πl -d2g ,所以l =g 4π2T 2+d 2,则l ­T 2图像为直线,其斜率k =g 4π2,纵轴截距b =d 2>0,所以图像为c ,因截距d2=0.6 cm ,则d =1.2 cm.(2)①根据简谐运动的图线知,单摆的周期T =2.0 s ;②根据T =2πL +d2g得T 2=4π2g L +2π2dg,对比图线方程知图线的斜率k =4π2g=4.04,解得g =9.76 m/s 2.。

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2020年高考物理一轮复习考点归纳(选修3-4)专题14《机械振动与机械波光电磁波与相对论》目录第一节机械振动(实验:探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度) (2)【基本概念、规律】 (2)【重要考点归纳】 (3)考点一简谐运动的五个特征 (3)考点二简谐运动的图象的应用 (4)考点三受迫振动和共振 (4)考点四实验:用单摆测定重力加速度 (5)【思想方法与技巧】 (6)单摆模型的应用 (6)第二节机械波 (6)【基本概念、规律】 (6)【重要考点归纳】 (7)考点一波动图象与波速公式的应用 (7)考点二振动图象与波动图象的综合应用 (8)考点三波的干涉、衍射、多普勒效应 (9)【思想方法与技巧】 (9)波的多解问题的处理方法 (9)第三节光的折射全反射(实验:测定玻璃的折射率) (10)【基本概念、规律】 (10)【重要考点归纳】 (11)考点一折射定律的理解与应用 (11)考点二全反射现象 (11)考点三光路的计算与判断 (12)考点四实验:测定玻璃的折射率 (12)第四节光的波动性(实验:用双缝干涉测量光的波长) (14)【基本概念规律】 (14)【重要考点归纳】 (15)考点一光的干涉 (15)考点二光的衍射现象的理解 (15)考点三光的偏振现象的理解 (16)【思想方法与技巧】 (17)条纹间距公式的拓展应用 (17)第五节电磁波相对论简介 (17)【基本概念、规律】 (17)【重要考点归纳】 (18)考点一 对电磁场理论和电磁波的理解 ................................................................................................. 18 考点二 电磁波谱及电磁波的应用......................................................................................................... 19 考点三 狭义相对论的简单应用 (19)第一节 机械振动(实验:探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度)【基本概念、规律】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.描述简谐运动的物理量二、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=mglx .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.【重要考点归纳】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1.自由振动、受迫振动和共振的关系比较2.(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.考点四 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 =4π2lT 2.(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.【思想方法与技巧】单摆模型的应用(1)单摆模型指符合单摆规律的模型,须满足以下三个条件:①圆弧运动;②小角度往复运动;③回复力满足F =-kx .(2)处理方法:首先确认符合单摆模型的条件,即小球沿光滑圆弧运动,小球受重力、轨道支持力,此支持力类似单摆中的摆线拉力,此装置可称为“类单摆”;然后寻找等效摆长l 及等效加速度g ;最后利用公式T =2πlg或简谐运动规律分析求解问题. (3)须注意单摆模型做简谐运动时具有往复性,解题时要审清题意,防止漏解或多解.第二节 机械波【基本概念、规律】一、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.二、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.三、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.【重要考点归纳】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考点二振动图象与波动图象的综合应用表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移1.(1)分清振动图象与波动图象.(2)找准波动图象对应的时刻. (3)找准振动图象描述的质点. 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 =nλ(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 =nλ(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.【思想方法与技巧】波的多解问题的处理方法1.造成波动问题多解的主要因素有 (1)周期性①时间周期性:时间间隔Δt 与周期T 的关系不明确; ②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①传播方向双向性:波的传播方向不确定; ②振动方向双向性:质点振动方向不确定. 2.解决波的多解问题的思路(1)首先要考虑波传播的“双向性”,例如,nT +14T 时刻向右传播的波形和nT +34T 时刻向左传播的波形相同.(2)其次要考虑波的周期性,若已知一段时间,就要找出与周期的关系,写成t =nT +Δt ,Δt <T ;若已知一段距离,就要找出与波长的关系,写成x =nλ+Δx ,Δx <λ.第三节 光的折射 全反射(实验:测定玻璃的折射率)【基本概念、规律】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 =cv,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.2.棱镜三棱镜对光线的作用:改变光的传播方向,使复色光发生色散.【重要考点归纳】考点一 折射定律的理解与应用1.折射率:由介质本身性质决定,与入射角的大小无关. 2.折射率与介质的密度无关,光密介质不是指密度大的介质. 3.同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,传播速度越小.4.公式n =sin θ1sin θ2中,不论光从真空射入介质,还是从介质射入真空,θ1总是真空中的光线与法线间的夹角,θ2总是介质中的光线与法线间的夹角.5.光的折射问题的一般解题步骤(1)根据题意准确作出光路图,注意作准法线. (2)利用数学知识找到入射角和折射角. (3)利用折射定律列方程. 考点二 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.各种色光的比较考点四 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.第四节 光的波动性(实验:用双缝干涉测量光的波长)【基本概念规律】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=ldλ.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.【重要考点归纳】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=ldλ.(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=kλ(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.单缝衍射与双缝干涉的比较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=dlΔx .(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。

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