机械振动、机械波、波动光学
高中物理知识点之机械振动与机械波
高中物理知识点之机械振动与机械波机械振动与机械波是高中物理中的重要知识点，涉及到物理学中的振动和波动的相关理论及应用。
下面将从机械振动的基本概念、机械振动的特性、机械波的传播和机械波的特性等方面进行详细介绍。
一、机械振动的基本概念机械振动是物体在作用力的驱动下沿其中一轴向或其中一平面上来回往复运动的现象。
常见的机械振动有单摆振动、弹簧振动等。
1.单摆振动：单摆是由一根细线或细杆悬挂的可以在竖直平面内摆动的物体。
摆动过程中，单摆的重心沿圆弧形轨迹在竖直平面内来回运动。
2.弹簧振动：弹簧振动是指将一端固定，另一端悬挂质点的弹簧在作用力的驱动下做往复振动的现象。
弹簧振动有线性振动和简谐振动两种形式。
二、机械振动的特性1.幅度：振动中物体运动的最大偏离平衡位置的距离。
2.周期：振动一次所需要的时间，记为T。
3.频率：振动在单位时间内所完成的周期数，记为f。
频率和周期之间的关系为f=1/T。
4.角频率：单位时间内振动角度的增量，记为ω。
角频率和频率之间的关系为ω=2πf。
5.相位：刻画振动状态的物理量。
任何时刻振动的状态都可由物体与参照物的相对位移和相对速度来描述。
三、机械波的传播机械波是指质点或介质在空间传播的波动现象。
按传播方向的不同，机械波可以分为纵波和横波。
1.纵波：波动传播的方向与波的传播方向一致。
纵波的传播特点是质点沿着波动方向做往复运动，如声波就是一种纵波。
2.横波：波动传播的方向与波的传播方向垂直。
横波的传播特点是质点沿波动方向做往复运动，如水波就是一种横波。
四、机械波的特性1.波长：波的传播方向上，相邻两个相位相同的点之间的距离。
记为λ。
2.波速：波的传播速度。
波速和频率、波长之间的关系为v=λf。
3.频率：波动现象中，单位时间内波的传输周期数。
记为f。
4.能量传递：机械波在传播过程中，能量从一个质点传递到另一个质点，并随着传播的距离逐渐减弱。
5.反射和折射：机械波在传播过程中，遇到不同介质的边界时会发生反射和折射现象。
大学物理(不容错过的考点) 第四篇 振动 波动和波动光学
振动学基础
例题：书P99 例11－1 ，书P103 例11－3 作业： A（2）：书 P 128 11-3，11-4， 11-5，辅 P 274 3，6 C（2）：书 P 128 11-3，11-4， 11-5，辅 P 211 3，6
2012-9-2
P.12/66
1 书P99例11-1:一质点沿x轴作简谐运 π x0 A t = 0 时， 2 动，振幅为12cm，周期为2s。当t = 3 v 0 0 0时, 位移为6cm，且向x轴正方向运 动。求: 则振动表达式： π (1) 振动表达式； x 0.12 cos( π t ) m 3 (2) t = 0.5s时，质点的位置、速度和 (2) π π 加速度； x t 0.5s 0.12 cos 0.10 m (3)如果在某时刻质点位于x=-0.6cm， 2 3 且向x轴负方向运动，求从该位置回 dx v t 0.5s 到平衡位置所需要的时间。
P.8/66
振动学基础
二、简谐运动的旋转矢量 (rotating vector ) • t =0时， 与x轴的夹角即为简谐振 A 表示法：简谐运动的几何描述法 动的初相位。 自 OX 轴的原点O作一矢量 A， A 绕O点作逆时针方向的匀速转动。 • 旋转矢量 A 旋转一周，P点完成一 次全振动。 2π 周期： T t 旋转矢量 A 的端点M在X轴上的投影 点P的运动为简谐运动。 旋转一周 A x （逆时针方向），P完成一次全振动。
振动学基础
4、f 或ν：频率（frequency） 单位时间内往复振动的次数； 单位：赫兹（Hz） 5、T：周期（period） 往复振动一次的时间。 单位：秒（s） 周期、频率与角频率关系：
机械振动和机械波知识点
机械振动和机械波知识点机械振动是指机械元件以持续重复性的曲线运动，表现出来的频率抖动的特性。
它是在物理系统中常见的一种现象，影响着领域的广泛应用，包括航空航天、造船、电力机械、机床类、起重机类和固体机械的设计、制造、检测以及采集运算。
机械振动的根本原因是物体在它的实际运动轨迹上，永远不能趋向于一个实际的稳定位置，会随时间不断出现抖动，这种抖动被称为振动。
主要有拉格朗日振子、摆式振子以及体系结构振动三种，拉格朗日振子是振动中最简单的类型，它是振子或质点运动而产生的一种振动，大多数机械设备都可以用拉格朗日振子来模拟。
摆式振子是指重心以一定角速度旋转的摆，其运动属于复杂的轨迹运动，运动方程除了位置的坐标，还包括角度和角速度，通常是一组非线性方程。
体系结构振动主要是指机械系统的固有振动，其中包括桥梁、建筑物等大结构物的振动，也属于物体的复杂振动，其运动方程也非常复杂。
机械波是指一种伴随机械振动而传播的能量传输过程，包括声波和固体波。
声波是指空气中的气体经过机械振动传递而产生的振动能量的传播过程，它主要传播于气体介质中，具有高频的音色特点。
固体波是指在固体介质中传播的波，它的传播能量受到两种影响，一是静止介质中普遍存在的弹性力，另一种是介质中易变性的变形结构，产生涡流态的熔状地层结构，可以传递机械能量，其速度受到固体介质性质的影响。
机械振动是一种重要的物理现象，它影响着机械设备的运行、检测以及机械波的传播，因此了解其基础原理和影响因素非常重要。
通过机械系统的动力学和弹性分析，可以计算出机械系统的动态响应，并对振动运动进行处理，如进行振动分析、模拟和消除，以处理和控制机械振动现象。
此外，通过机械系统的运动分析，可以研究固体波的传播，提高机械设备的频率抖动性能，从而使机械设备运行更加稳定。
从上述内容可以看出，机械振动和机械波是建模实验室中最重要的知识点之一，而熟悉它们的基础原理和影响因素，为工程实践提供了重要理论指导。
波动光学总结[1]
![波动光学总结[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/34b88f4769eae009581becb1.png)
ξ
u
O B
.A .D . .
C
x
4. 一平面简谐波,沿 x 轴负方向传播,圆频率为 ω, 波速为 u .设 t =T/ 4 时刻的波形如图所示,则该波的 表达式为[ D ]
( A) y A cos( t x u). ( B) y A cos (t x u) 2.
(C) y A cos (t x u). ( D) y A cos (t x u) .
2,惠更斯原理作图法解释双折射现象
一.选择题
练习
1. 一质量为m的物体挂在劲度系数为k的轻弹簧下面, 振动角频率为.若把此弹簧分割成二等份,将物体m 挂在分割后的一根弹簧上,则振动角频率是
(A) 2 . (C) / 2 (B)
2
(D)/2.
[ B]
2. 若一平面简谐波的波动方程为 y 式中 A, B, C 为正值恒量,则[ C ] (A) 波速为 C . (C) 波长为 2π/ C .
dW 能量密度 w dV
1 T 1 平均能量密度: w wdt 2 A2 T 0 2 dW 能流P:单位时间内通过某一面积的能量. w dt 平均能流: 单位时间内通过的平均能量.
平均能流密度 (波的强度):单位时间内通过垂 直于波线单位面积的平均能量. dW 1 2 A2u I dtds 2 (三)机械波的反射和折射
o P f L 2
(1) 同心圆环:内疏外密 中心级次最高 i i (2)中心处: 膜厚每增加 e 2n
1 S 就冒出一个亮斑. i i D n A n > r C n B
e
干涉条纹
二,光的衍涉 光的衍射:光在传播过程中遇到障碍物能绕过障 碍物传播的现象. 惠-菲原理:波阵面上各点都可看成发射子波的波 源,衍射时波场中各点的强度由各子波 在该点的相干叠加决定 分类:
高考物理波动知识点与光学题型剖析
高考物理波动知识点与光学题型剖析在高考物理中，波动和光学部分一直是重要的考点，这部分知识不仅需要我们理解相关的概念和原理，还需要能够熟练运用这些知识解决各种题型。
下面我们就来详细剖析一下高考物理中波动知识点与光学题型。
一、波动知识点1、机械波的产生和传播机械波的产生需要有振源和介质。
介质中的质点在各自的平衡位置附近做往复运动，随着波源的振动，质点依次被带动，形成机械波。
机械波传播的是振动的形式和能量，质点并不随波迁移。
在理解机械波的传播时，要注意波长、波速和频率的关系。
波长是相邻两个同相质点间的距离，波速由介质决定，频率由波源决定，三者的关系为：波速＝波长×频率。
2、横波和纵波横波是质点的振动方向与波的传播方向垂直的波，如电磁波。
纵波是质点的振动方向与波的传播方向平行的波，如声波。
横波的特点是有波峰和波谷，纵波的特点是有疏部和密部。
在高考中，可能会通过图象来考查对横波和纵波的理解。
3、波的图象波的图象是描述某一时刻各个质点相对平衡位置的位移情况。
通过波的图象，可以直观地看出波长、振幅等信息。
要能够根据波的图象判断质点的振动方向，或者根据质点的振动方向画出波的图象。
同时，还要能够结合波的传播方向和时间，分析质点的位移、速度等变化情况。
4、波的干涉和衍射波的干涉是两列频率相同、相位差恒定的波相遇时，某些区域振动加强，某些区域振动减弱的现象。
振动加强区和振动减弱区相互间隔，且加强区和减弱区的位置是固定不变的。
波的衍射是波绕过障碍物继续传播的现象。
当障碍物或孔隙的尺寸比波长小或与波长相差不多时，衍射现象比较明显。
5、声波和超声波声波是我们日常生活中常见的机械波，它在空气中的传播速度约为340 米/秒。
超声波具有频率高、波长短、方向性好等特点，在医疗、工业检测等领域有广泛的应用。
二、光学知识点1、光的直线传播光在同种均匀介质中沿直线传播。
小孔成像、日食、月食等现象都是光沿直线传播的例证。
2、光的反射光的反射遵循反射定律：反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。
波动和光学总结知识点
波动和光学总结知识点一、波动1. 波动的基本概念波动是一种物理现象，指的是由能量传递而产生的振动。
波动可以是机械波，即需要介质来传播的波动，也可以是电磁波，即不需要介质来传播的波动。
波动有许多重要特性，包括频率、周期、波长、速度等，这些特性决定了波动的行为和传播方式。
2. 波动的类型根据波动的传播方式和性质，可以将波动分为不同类型。
常见的波动类型包括机械波、电磁波、声波等。
这些波动的特性和表现形式各有不同，但都遵循波动的基本原理和规律。
3. 波动的原理波动的传播和行为是由一些基本原理和规律所决定的。
波动的原理包括赫兹波动原理、波阵面原理、叠加原理、干涉和衍射等。
这些原理揭示了波动的传播方式和特性，对于理解和应用波动具有重要意义。
4. 波动的应用波动在许多领域都有重要应用，包括声学、光学、通信、地震学等。
波动的传播和控制是许多技术和设备的基础，例如声波传感器、激光器、雷达等。
波动的应用不仅促进了技术的发展，也为人类生活带来了诸多便利和进步。
二、光学1. 光学的基本概念光学是研究光的传播和行为的科学，它涉及到光的产生、传播、干涉、衍射、折射、反射等现象。
光学是物理学中的重要分支，对于理解光的性质和应用具有重要意义。
光学的研究范围包括几何光学、物理光学、光学仪器等领域。
2. 光的性质光是一种电磁波，具有波动和粒子双重性质。
光的波动性质表现在它的频率、波长、速度等方面，而光的粒子性质表现在它可以被看作光子，具有能量和动量。
3. 光的传播光是以电磁波的形式传播的，可以在真空中和介质中传播。
在不同介质中，光的传播速度和方向会发生改变，这是由光的折射和反射现象所决定的。
4. 光的干涉和衍射光的干涉和衍射是光学中重要的现象，它们表现了光的波动性质。
干涉是指两个或多个光波相遇时产生的明暗条纹的现象，衍射是指光通过狭缝或物体边缘时发生的波动现象。
这些现象为光学仪器的设计和应用提供了重要依据。
5. 光的应用光学在许多领域都有重要的应用，包括激光技术、光学仪器、光通信等。
机械振动、机械波光及光的本性
机械振动、机械波光及光的本性1. 机械振动机械振动是指物体在外力作用下，依靠自身的弹性恢复力而产生周期性的运动。
机械振动广泛应用于工程、物理和生物学等领域。
1.1 简谐振动简谐振动是一种特殊的机械振动，其运动方式符合简谐函数的规律。
简谐振动的特点包括周期性、可逆性、线性恢复力和相位差。
1.1.1 振动系统的描述振动系统可以通过质点的位移、速度和加速度来描述。
位移是质点离开平衡位置的距离，速度是质点运动的快慢，加速度是速度的变化率。
1.1.2 振动频率和周期振动频率是指单位时间内振动的次数，单位为赫兹（Hz）。
振动周期是指完成一次完整振动所需的时间，单位为秒（s）。
频率和周期满足倒数关系，即频率等于1除以周期。
1.2 非简谐振动非简谐振动是指振幅和周期随时间变化的振动。
非简谐振动的典型例子是阻尼振动和受迫振动。
1.2.1 阻尼振动阻尼振动是振幅随时间逐渐减小的振动。
阻尼振动可以分为过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种类型，具体取决于阻尼力和弹性恢复力的相对大小。
1.2.2 受迫振动受迫振动是在外力作用下发生的振动。
外力可以是周期性的，也可以是非周期性的。
非线性受迫振动还可能出现共振现象。
2. 机械波光机械波光是指光在介质中以波动的形式传播的现象。
机械波光的传播需要介质的支持，介质可以是空气、水、玻璃等。
2.1 光的波动模型光的波动模型是描述光行为的一种理论模型。
根据波动模型，光是一种电磁波，具有波长、频率、振幅和速度等特性。
2.2 光的干涉和衍射光的干涉是指两束或多束光波相互作用产生干涉现象的现象。
光的衍射是指光波通过孔径或物体边缘时发生偏折的现象。
2.3 光的折射和反射光的折射是指光波在两种介质之间传播时发生偏折的现象。
光的反射是指光波遇到物体边界时发生反射的现象。
3. 光的本性光的本性是指光作为粒子和波动的性质。
根据波粒二象性理论，光既可以看作是粒子（光子）也可以看作是波动。
3.1 光的粒子性光的粒子性主要体现在光被发射或吸收的过程中。
高考物理 机械振动和机械波 光学
核心知识规律
情景模型再现
核心知识规律
01
1.振动图像和波的图像
（1）物理意义振动图像：描述一个振动质点的位移随时间变化的规律。能直观表示一个振动质点在一段时间内的运动情况。波的图像：描述介质中大量质点在某一时刻的位移相对质点平衡位置的变化情况。能直观表示一列波在某时刻的波形。
①形成原因：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。光照射到薄膜上时，在膜的前表面 和后表面 分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。
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②明暗条纹的判断方法两个表面反射回来的两列光波的光程差 等于薄膜厚度的2倍。在 、 处， ，薄膜上出现亮条纹;在 处， ，薄膜上出现暗条纹。
光的折射与全反射
.
光的干涉和衍射
.
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6.光的衍射和偏振
（1）光的衍射①波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。②衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的。
（2）光的偏振在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿特定方向
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7.电磁波
（1）变化的磁场产生的电场叫感应电场；变化的电场产生的磁场叫感应磁场。
（2）感应电场与感应磁场的场线都是闭合的曲线，而且相互正交、套连。
（3）感应电场的方向可由楞次定律判定，感应磁场的方向可由安培定则判定。
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情景模型再现
02
情景
图示
机械振动与机械波
.
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5.光的干涉ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ象
（1）双缝干涉①条纹间距公式： ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大。
机械振动与机械波
机械振动与机械波机械振动与机械波机械振动和机械波是物理学中常见的现象，它涉及到固体、液体和气体。
机械振动是物体在弹性力的作用下做来回运动的现象，机械波是一种能够传播的机械振动现象。
在机械振动和机械波中，物体随着时间的推移而产生能量的传输。
机械振动机械振动是指物体围绕平衡位置做往返运动的现象，这种运动通常是周期性的，周期是指物体达到相同位置所需的时间。
机械振动的强度通常是通过振幅来衡量的。
振幅是物体在振动过程中距离平衡位置的最大位移。
物体振动的频率是指物体完成一次往返运动所需的时间，单位是赫兹（Hz）。
常见的机械振动包括弹簧振动、简谐振动和自由振动。
弹簧振动是指在弹簧的弹性作用下，物体做有规律的往返振动。
弹簧振动的频率和振幅都取决于弹簧的弹性系数和物体的质量。
简谐振动是指物体在弹性力作用下做正弦振动的现象。
这种振动通常可以用简单的正弦函数来描述。
自由振动是指物体在没有外力干扰的情况下产生的振动。
在这种情况下，物体在达到最大振幅后会向平衡位置回复，然后再产生不同的振动。
机械波机械波是物理学中的另一个重要现象，它是一种能够在物质中传输能量的物理现象。
机械波的传播需要物质作为媒介，它的传播速度取决于媒介的密度、弹性模量和黏度。
机械波可分为纵波和横波。
在纵波中，物质在波的传播方向上做振动，而在横波中，物质在垂直于波的传播方向上做振动。
机械波通常可以分为两类：机械横波和机械纵波。
机械横波也称为横振动，这种波是一种波动方向与波传播方向互相垂直的波。
机械横波的传播需要一定的弹力支持，这种波可以通过弹性杆或电缆进行传播。
机械纵波是一种沿着波的传播方向振动的波。
这种波是由分子间的振动传递产生的，它可以在任何物质中自由传播，包括固体、液体和气体。
总结机械振动和机械波是物理学中常见的现象，它们通过能量传输的方式将能量传递给媒介。
机械波的传播需要物质作为媒介，而机械振动通常是由弹性力产生的。
在工程领域中，了解机械振动和机械波的基本原理是非常重要的，因为这可以帮助我们设计更优秀的产品和工程系统。
2025高考物理波动与光学知识点总结
2025高考物理波动与光学知识点总结物理作为自然科学的重要学科，波动与光学是其中的关键部分。
对于 2025 年高考的同学来说，深入理解和掌握这部分知识至关重要。
波动，是物质运动的一种重要形式。
我们先来谈谈机械波。
机械波的产生需要两个条件，一是要有做机械振动的物体，也就是波源；二是要有能够传播这种机械振动的介质。
机械波可以分为横波和纵波。
横波中质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，比如我们常见的电磁波就是横波。
而纵波里质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，声波就是典型的纵波。
描述机械波的物理量有波长、波速和频率。
波长是指相邻两个振动相位总是相同的质点间的距离。
波速则取决于介质的性质，与波的频率和波长无关。
频率是由波源决定的，只要波源的振动频率不变，波的频率也就不变。
波的图像是描述波在某一时刻各质点相对平衡位置的位移情况。
通过波的图像，我们可以直观地看出波长、振幅等信息。
接下来是波的特有现象。
波的叠加原理告诉我们，几列波在相遇时能够保持各自的特性继续传播，在相遇的区域里，质点的位移等于各列波单独传播时引起的位移的矢量和。
波的干涉是一种特殊的叠加现象。
频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波相遇时，某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔，形成稳定的干涉图样。
波的衍射指的是波在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的边缘继续传播的现象。
障碍物或孔的尺寸越小，衍射现象越明显。
说完机械波，我们再来看光学。
光具有波粒二象性。
在几何光学中，我们主要研究光的直线传播、反射和折射等规律。
光的反射定律指出，反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。
光的折射定律表示，折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
全反射是光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象。
大学物理——振动、波动与光学
大学物理——振动、波动与光学振动、波动与光学是物理学中非常重要的领域。
它们的研究不仅拓宽了我们对于自然界的认知，而且在很多领域中有着广泛的应用。
本文将一一介绍这三个方面的内容。
一、振动振动是指物体不断改变位置，并围绕平衡位置来回摆动的运动形式。
物体的振动可以是机械的，也可以是电磁的。
例如，钟摆的摆动就是一种常见的机械振动，而电子的震荡则是一种电磁振动。
振动的基本概念包括周期、频率、振幅和相位。
周期是指一个完整的振动所需要的时间；频率是指单位时间内振动的次数；振幅是指物体振动的最大位移，即它距离平衡位置的最大距离；相位是指一组振动中，两个振动之间的位置关系。
振动的重要性在于它的广泛应用。
例如，振动可用于精确计时，作为传感器对于机械振动的检测，改善音频和视频的质量，以及控制许多不同系统中的运动。
二、波动波动是指一组连续的、周期性的物理事件，其中能量在空间中传递，而非物质。
分类别波动的不同形式包括机械波、声波、电磁波等等。
波动的特点是传播速度、频率、波长和振幅。
根据他们的形式，波可以按照它们需要的介质区分为不同的类型。
例如，机械波需要介质，用于振动传递，大气、水和弹性材料都可以被看作机械波的传播介质。
而电磁波则不需要物质中介介质，可以通过真空中传播。
它们的能量传递是因为它们的磁场和电场的相互作用。
波动有着广泛的应用。
例如，在地震和海啸的研究中，波动是非常重要的。
在对于许多电磁波利用的实践中，例如无线电、电视和雷达，波动的性质帮助了我们对于这些技术的使用。
三、光学光学是研究光的行为和性质的学科。
光的本质是一种电磁波，它能够传递电磁能量。
我们所能感知的大部分信息来自于眼睛，眼睛通过眼球中的屈光系统将光线聚焦到视网膜上，使我们看到世界。
光学的基本概念包括折射、反射、散射和吸收。
折射是指入射角度不同时，光线通过介质界面时发生的偏折。
反射是指光线遇到物体跟踪原路线反弹回来。
散射是指光线遇到物体时发生方向相反的偏折，吸收则是指当光线与物体接触时能量被传递给物体。
高中物理复习知识点总结15---振动和波动 光
高中物理复习知识点总结高中物理复习知识点总结十五十五、、 振动和波动振动和波动 光知识点1 机械振动和机械波机械振动和机械波基础回扣(一)机械振动 1.简谐运动的两种模型③在弹簧弹性限度内①摆线为不可伸缩的轻细线 5°摆球重力沿与摆线垂直方向(即切向)的分力说明:振动中的位移x 都是以平衡位置为起点的,方向从平衡位置指向末位置,大小为这两位置间的线段的长度。
加速度与回复力的变化一致,在两个“端点”最大,在平衡位置为零,方向总是指向平衡位置。
当物体靠近平衡位置时,a、F、x 都减小,v 增大;当物体远离平衡位置时,a、F、x 都增大,v 减小。
2.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。
3.简谐运动的图像(1)从平衡位置开始计时,函数表达式为x=A sin ωt,图像如图甲所示。
(2)从最大位移处开始计时,函数表达式为x=A cos ωt,图像如图乙所示。
4.自由振动、受迫振动和共振的比较自由振动 受迫振动 共振 受力情况受回复力受周期性驱动力受周期性驱动力振动周期 或频率由系统本身性质决定,即固有周期或固有频率由驱动力的周期或频率决定,即T=T 驱或f=f 驱T 驱=T 固或f 驱=f 固振动能量 振动物体的机械能不变 由产生驱动力的物体提供,机械能不守恒 振动物体获得的能量最大 常见例子 弹簧振子或单摆(摆角θ<5°)机器工作时底座发生的振动共振筛、转速计等(二)机械波 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,由于介质的情况不同,它的波长和波速可能改变,但频率和周期都不会改变。
高考物理专题——机械振动和机械波 光学
一、机械振动和机械波1．简谐运动的图象信息(1)由图象可以得出质点做简谐运动的振幅、周期。
(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。
(3)可以根据图象确定某时刻质点回复力、加速度和速度的方向。
2．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，由于介质的情况不同，它的波长和波速可能改变，但频率和周期都不会改变。
(4)波经过一个周期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。
二、光的折射和全反射对折射率的理解(1)公式：n＝sin θ1 sin θ2(2)折射率由介质本身的性质决定，与入射角的大小无关。
(3)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质，光疏介质不是指密度小的介质。
(4)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。
同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。
(5)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。
(6)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v＝c n。
三、光的波动性1．三种现象：光的干涉现象、光的衍射现象和光的偏振现象。
2．光的干涉(1)现象：光在重叠区域出现加强或减弱的现象。
(2)产生条件：两束光频率相同、相位差恒定。
(3)典型实验：杨氏双缝实验。
3．光的衍射(1)现象：光绕过障碍物偏离直线传播的现象。
(2)产生条件：障碍物或孔的尺寸与波长相差不多或更小。
(3)典型实验：单缝衍射、圆孔衍射和不透明圆盘衍射。
四、电磁波1．电磁波是横波：在传播方向上的任一点，E和B随时间做正弦规律变化，E与B彼此垂直且与传播方向垂直。
2．电磁波的传播不需要介质：电磁波在真空中的传播速度与光速相同，即c＝3×108 m/s。
3．电磁波具有波的共性：能产生干涉、衍射等现象。
波动现象与光学
偏振在显示技术中应用
液晶显示器（LCD）
LCD利用偏振光控制像素的亮度，实现图像显示。偏振片在其中起到关键作用，控制光的 偏振状态。
有机发光显示器（OLED）
OLED中的发光材料可以发出偏振光，通过控制偏振状态可以实现更丰富的色彩表现和更 高的对比度。
3D显示技术
偏振光在3D显示技术中也有应用，如利用左右眼接收不同偏振方向的光来实现立体视觉 效果的偏振式3D显示技术。
衍射现象及其分类
01
衍射现象
光波在传播过程中遇到障碍物或小孔时，会偏离直线传播路径并发生弯
曲的现象。
02 03
衍射分类
根据衍射发生的条件，可分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。菲涅尔衍射 发生在光源和障碍物距离较近的情况下，而夫琅禾费衍射则发生在光源 和障碍物距离较远的情况下。
衍射应用
衍射现象在光学仪器、光谱分析以及光通信等领域有着广泛的应用。
衍射在光谱分析中应用
1 2 3
光谱仪中的色散元件
衍射现象在光谱仪中被广泛应用，如光栅、棱镜 等色散元件，可将复合光分解为不同波长的单色 光。
光谱分辨率的提高
通过精确控制衍射条件，可以提高光谱仪的分辨 率，使得不同波长的光能够被更好地分离和检测 。
物质成分与结构的分析
衍射光谱能够提供物质成分与结构的信息，因此 衍射在化学、材料科学等领域也有重要应用。
建非线性光学系统，应用于光通信、光计算等领域。
量子光学技术前沿
量子光源与单光子源
发展高亮度、高效率的量子光源，实现单光子源的可靠制备和精 确操控。
量子纠缠与量子通信
利用量子纠缠等量子特性，实现安全、高效的量子通信和量子密 钥分发。
量子计算与量子模拟
高二物理波动与光学知识点精讲
高二物理波动与光学知识点精讲在高二物理的学习中，波动与光学是非常重要的一部分内容。
它不仅是高考的重点考点，也是我们理解自然界中许多现象的关键。
下面我们就来详细地梳理一下这部分的知识点。
一、机械波1、机械波的产生机械波是由机械振动在介质中的传播而形成的。
要产生机械波，首先要有做机械振动的波源，其次要有能够传播这种振动的介质。
2、机械波的分类机械波可以分为横波和纵波。
横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直，例如绳子上传播的波；纵波中质点的振动方向与波的传播方向平行，比如声波。
3、波长、频率和波速波长是指相邻两个波峰或波谷之间的距离。
频率是指波源每秒振动的次数，它由波源决定，与介质无关。
波速则是波在介质中传播的速度，它由介质的性质决定，公式为 v ＝λf （其中 v 是波速，λ 是波长，f 是频率）。
4、波的图像波的图像能够直观地反映出某一时刻波的形状和各质点的位移情况。
通过波的图像，我们可以判断出波长、振幅等信息，还可以根据质点的振动方向来判断波的传播方向，或者根据波的传播方向来判断质点的振动方向。
二、波的衍射和干涉1、波的衍射波能够绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。
衍射现象是否明显，取决于障碍物或孔隙的尺寸与波长的相对大小。
当障碍物或孔隙的尺寸比波长小或相差不多时，衍射现象比较明显。
2、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，而且振动加强和振动减弱的区域相互间隔，这种现象叫做波的干涉。
产生干涉的条件是两列波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同。
三、光的折射和全反射1、光的折射光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生改变，这种现象叫做光的折射。
折射定律为：入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质中的光速之比，即 n ＝ sin i ／ sin r （其中 n 为折射率，i为入射角，r 为折射角）。
2、折射率折射率是反映介质光学性质的物理量，它等于光在真空中的速度与光在该介质中的速度之比。
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。
（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，而速度方向不一定。
（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。
2024年度大学物理机械振动波和波动光学
05
波动光学实验技术
2024/2/2
22
干涉实验方法及装置
01
分波前法
如杨氏双缝干涉实验，利用分波 前的方式产生相干光，观察干涉 条纹。
分振幅法
02
03
干涉装置
如薄膜干涉，利用光在薄膜前后 表面的反射光产生干涉，常用于 检测光学元件表面质量。
包括光源、分光器、反射镜、透 镜、屏幕等，用于形成和观察干 涉现象。
27
医学诊断与治疗辅助技术
2024/2/2
光学成像技术
如X光、CT、MRI等，利用光的波动性质形成人体内部结构图像， 为医学诊断提供重要依据。
激光医疗技术
利用激光的高能量、高聚焦性等特点，进行手术、治疗等医疗操作 ，具有精度高、创伤小等优点。
光学传感器在医疗监测中的应用
如血氧饱和度监测、心率监测等，利用光学原理监测人体生理参数 ，为医疗诊断和治疗提供辅助。
2024/2/2
偏振片检测
利用偏振片对光的偏振态进行检测，判断光的偏振方向和 强度。
马吕斯定律应用
通过马吕斯定律计算偏振光通过偏振片后的光强变化，进 一步了解偏振光的性质。
偏振光干涉
利用偏振光的干涉现象检测光学元件的应力、双折射等特 性，提高光学系统的性能。
25
06
现代科技中振动与波动光 学应用
2024/2/2
26
通信工程领域应用
光纤通信
利用光的波动性质，在光纤中传输信息，具有传输速 度快、容量大、抗干扰性强等优点。
微波通信
利用微波的振动性质，在空气或真空中传输信号，广 泛应用于无线通信、卫星通信等领域。
光学传感器
利用光学原理检测物理量，如位移、速度、加速度等 ，具有高精度、非接触式测量等优点。
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第8章 波动光学习题8.1简谐振动一.选择题（ ）1、一质点作简谐振动,振动方程为x =A cos(ωt ＋ϕ) ,当时间t =T / 2(T 为周期) 时,质点的速度为：(A) -A ωsin ϕ . (B) A ωsin ϕ . (C) -A ωcos ϕ . (D) A ωcos ϕ.（ ）2、 一轻弹簧，上端固定，下端挂有质量为m 的重物，其自由振动的周期为T ．今已知振子离开平衡位置为x 时，其振动速度为v ，加速度为a ．则下列计算该振子劲度系数的公式中，错误的是(A) 2max2max /x m k v =． (B) x mg k /=． (C) 22/4T m k π=． (D) x ma k /=． （ ）3、两个质点各自作简谐振动,它们的振幅相同、周期相同, 第一个质点的振动方程为x 1=A cos(ω t ＋α). 当第一个质点从相对平衡位置的正位移处回到平衡位置时, 第二个质点正在最大位移处, 则第二个质点的振动方程为(A) x 2=A cos(ω t ＋α +π/2) . (B) x 2=A cos(ω t ＋α -π/2) . (C) x 2=A cos(ω t ＋α －3 π/2) . (D) x 2=A cos(ω t ＋α + π) .（ ）4、轻弹簧上端固定,下系一质量为m 1的物体,稳定后在m 1的下边又系一质量为m 2的物体,于是弹簧又伸长了Δx ,若将m 2移去,并令其振动,则振动周期为 (A) T=2 πgm x m 12∆. (B) T=2 πg m xm 21∆.(C) T=π21gm xm 21∆. (D) T=2 π()g m m x m 212+∆.（ ）5、一个质点作简谐振动，振辐为A ，在起始时刻质点的位移为A/2，且向x 轴的正方向运动，代表此简谐振动的旋转矢量图为图中哪一图？( )6、用余弦函数描述一简谐振子的振动．若其速度～时间（v ～t ）关系曲线如图8.1.1所示,则振动的初相位为(A) π/6. (B) π/3.(C) π/2. (D) 2π/3.21--图8.1.1（ ）7、如图8.1.2所示，质量为m 的物体由劲度系数为k 1和k 2的两个轻弹簧连接在水平光滑导轨上作微小振动，则该系统的振动周期为(A)T = ； (B)2T =；(C) 2T =； (D) 2T =二.填空题1、用40N 的力拉一轻弹簧，可使其伸长20cm ，此弹簧下应挂 kg 的物体，才能使弹簧振子作简谐振动的周期T =0.2πs .2、一质点沿x 轴作简谐振动，振动范围的中心点为x 轴的原点. 已知周期为T ,振幅为A .(1)若t =0时质点过x =0处且朝x 轴正方向运动,则振动方程为x = .(2)若t =0时质点处于x =A /2处且朝x 轴负方向运动,则振动方程x = .4、一简谐振动的旋转矢量图如图8.1.3所示，振幅矢量长 2 cm ，则该简谐振动的初相为____________．振动方程为________________．三.计算题1、作简谐运动的小球，速度最大值为3m v =cm/s ，振幅2A =cm ，若从速度为正的最大值的某时刻开始计算时间。
（1）求振动的周期；（2）求加速度的最大值；（3）写出振动表达式。
2、在一轻弹簧下端悬挂m 0的砝码时,弹簧伸长l 0现在这根弹簧下端悬挂m 的物体,构成弹簧振子. 将物体从平衡位置向下拉动l 并给以向上的V 0cm/s 的初速度(这时t =0) ，选x 轴向下，求振动方程.图8.1.2t 图8.1.33、边长l=0.10m、密度ρ=900kg·m－3的正方形木块浮在水面上,今把木块恰好完全压入水中,然后从静止状态放手. 假如不计水对木块的阻力,并设木块运动时不转动.(1)木块将作什么运动？(2)求木块质心(重心)运动规律的数值表达式(水的密度ρ'=1000 kg·m－3并取竖直向上为x轴的正方向)4、一物体沿x轴作简谐振动，周期为2s，振幅为0.2m。
当t = 0时，物体的位移为-m，且向x的正方向运动。
试求：（1）t = 1s时物体的位移；（2）物体从x = 0.1m回到平衡位置所需的最短时间。
5、已知某简谐振动的振动曲线如图所示，位移的单位为厘米，时间单位为秒。
求此简谐振动的振动方程。
--习题8.2 谐振动能量简谐振动合成一.选择题（）1、一倔强系数为k的轻弹簧截成三等份,取出其中的两根,将它们并联在一起,下面挂一质量为m的物体,如图8.2.1所示,则振动系统的频率为(A)mkπ21. (B)mk621π. (C) mk321π. (D) mk321π.（）2、图8.2.2中所画的是两个简谐振动的振动曲线．若这两个简谐振动可叠加，则合成的余弦振动的初相为(A) π23．(B) π．(C) π21．(D) 0．（）3、弹簧振子在光滑水平面上作简谐振动时，弹性力在半个周期内所作的功为(A) ka2 . (B) k A2 / 2 .(C) kA2 / 4 . (D) 0 .（）4、一质点作谐振动,振动方程为x=A cos(ωt+ϕ),在求质点振动动能时,得出下面5个表达式：(1) (1/2) mω 2A2sin2 (ωt+ϕ);(2) (1/2) mω2A2cos2 (ωt+ϕ); (3) (1/2) kA2 sin (ωt+ϕ);(4) (1/2) kA2 cos 2 (ωt+ϕ); (5) (2π2/T2) mA2 sin2 (ωt+ϕ).其中m是质点的质量, k是弹簧的倔强系数,T是振动的周期,下面结论中正确的是(A) (1) ,(4) 是对的; (B) (2) ,(4) 是对的.(C) (1) ,(5) 是对的. (D) (3) ,(5) 是对的.（）5、分振动方程分别为13cos(50)4x tππ=+和234cos(50)4x tππ=+（SI），则它们的合振动表达式为：（A）2cos(50)4x tππ=+；（B）)50cos(5txπ=；（C）)71250cos(51-++=tgtxππ；（D）7=x。
( )6、以频率ν 作简谐振动时，它的动能的变化频率为(A) 4 ν．(B) 2 ν．(C) ν．(D) ν21．( )7、图8.2.3中三条曲线分别表示简谐振动中的位移x，速度v，和加速度a．下列说法中哪一个是正确的？＜＜＜＜＜k图8.2.1A/-图8.2.2(A) 曲线3，1，2分别表示x ，v ，a 曲线； (B) 曲线2，1，3分别表示x ，v ，a 曲线； (C) 曲线1，3，2分别表示x ，v ，a 曲线； (D) 曲线2，3，1分别表示x ，v ，a 曲线； (E) 曲线1，2，3分别表示x ，v ，a 曲线．( )8、 一弹簧振子作简谐振动，总能量为E 1，如果简谐振动振幅增加为原来的两倍，重物的质量增为原来的四倍，则它的总能量E 2变为(A) E 1/4． (B) E 1/2． (C) 2E 1． (D) 4 E 1 ．( )9、两个同周期简谐振动曲线如图8.2.4所示．x 1的相位比x 2的相位 (A) 落后π/2． (B) 超前π/2． (C) 落后π ． (D) 超前π．二.填空题1.一作简谐振动的振动系统,其质量为2kg,频率为1000Hz,振幅为0.5cm,则其振动能量为 .2.两个同方向的简谐振动曲线如图8.2.5所示,合振动的振幅为 ,合振动的振动方程为 。
3.一质点同时参与了两个同方向的简谐振动,它们的振动方程分别为 x 1=0.05cos(ω t+π/4) (SI)； x 2=0.05cos(ω t +19π/12) (SI) 其合成运动的运动方程为x = . 4、体作简谐振动，振动方程为)21cos(π+=t A x ω．则该物体在t = 0时刻的动能与t = T /8（T 为振动周期）时刻的动能之比为 。
三.计算题1.一质点同时参与两个同方向的简谐振动,其振动方程分别为 x 1=5×10－2cos(4t +π/3) (SI); x 2=3×10－2sin(4t －π/6) (SI)画出两振动的旋转矢量图,并求合成振动的振动方程.2、由质量为M 的木块和劲度系数为k 的轻质弹簧组成在光滑水平台上运动的谐振子，如图所示。
开始时木块静止在O 点，一质量为m 的子弹以速率v 0沿水平方向射入木块并嵌在其中，然后木块（内有子弹）作简谐振动。
若以子弹射入木块并嵌在木块中时开始计时，试写出系统的振动方程。
取x 轴如图所示A 图8.2.5习题8.3 波动方程一、选择题( )1、在下面几种说法中，正确的说法是： (A) 波源不动时，波源的振动周期与波动的周期在数值上是不同的 (B) 波源振动的速度与波速相同(C) 在波传播方向上的任一质点振动相位总是比波源的相位滞后(按差值不大于π计)(D) 在波传播方向上的任一质点的振动相位总是比波源的相位超前(按差值不大于π计) ( )2.频率为100Hz,传播速度为300m/s 的平面简谐波,波线上两点振动的相位差为π/3,则此两点相距(A) 2m . （B ） 2.19m . (C) 0.5 m . (D) 28.6 m . （ ）3、已知一平面简谐波的表达式为 )cos(bx at A y -=（a 、b 为正值常量），则 (A) 波的频率为a ． (B) 波的传播速度为 b/a ． (C) 波长为 π / b ． (D) 波的周期为2π / a ．. （ ）4、一平面简谐波沿Ox 正方向传播，波动表达式为]2)42(2cos[10.0π+-π=x t y (SI)，该波在t = 0.5 s 时刻的波形图是（ ）5、一平面简谐波以速度u 沿x 轴正方向传播，在t = t ＇时波形曲线如图8.3.1所示．则坐标原点O 的振动方程为(A) ]2)(cos[π+'-=t t b u a y ．(B) ]2)(2cos[π-'-π=t t b u a y ． (C) ]2)(cos[π+'+π=t t b u a y ． (D) ]2)(cos[π-'-π=t t b u a y ．（ ）6、简谐波传播过程中，沿传播方向相距为λ21（λ 为波长）的两点的振动速度必定(A) 大小相同，而方向相反． (B) 大小和方向均相同． (C) 大小不同，方向相同． (D) 大小不同，而方向相反．（ ）7、如图8.3.2所示，一平面简谐波沿x 轴正向传播，已知P 点的振动方程为)cos(0φω+=t A y ，则波的表达式为(A) }]/)([cos{0φω+--=u l x t A y ．图8.3.1(B) })]/([cos{0φω+-=u x t A y ． (C) )/(cos u x t A y -=ω．(D) }]/)([cos{0φω+-+=u l x t A y（ ）8、图8.3.3中画出一平面简谐波在t = 2 s 时刻的波形图，则平衡位置在P 点的质点的振动方程是(A) ]31)2(cos[01.0π+-π=t y P (SI)． (B) ]31)2(cos[01.0π++π=t y P (SI)． (C) ]31)2(2cos[01.0π+-π=t y P (SI)． (D) ]31)2(2cos[01.0π--π=t y P (SI)．（ ）9、一平面简谐波沿x 轴正方向传播，t = 0 时刻的波形图如图8.3.4所示，则P 处质点的振动在t = 0时刻的旋转矢量图是二.填空题1.一列余弦横波以速度u 沿x 轴正方向传播, t 时刻波形曲线如图所示,试分别指出图8.3.5中A 、B 、C 各质点在该时刻的运动方向:A ；B ; C .2.已知一平面简谐波沿x 轴正向传播,振动周期T =0.5s,波长λ=10m,振幅A =0.1 m . 当t =0时波源振动的位移恰好为正的最大值. 若波源处为原点, 则沿波传播方向距离波源为λ/2处的振动方程为y = ; 当t=T /2时, x=λ/4处质点的振动速度为 .3.一简谐波的频率为5×104Hz, 波速为1.5×103m/s,在传播路径上相距5×10－3m 的两点之间的振动相位差为 . 三.计算题 1.如图所示一平面简谐波在t =0时刻的波形图,求 (1) 该波的波动方程 ;(2) P 处质点的振动方程 .2.某质点作简谐振动,周期为2s, 振幅为0.06m, 开始计时(t =0)时, 质点恰好处在负向最大位移处, 此振动以速度u =2m/s 沿x 轴正方向传播时,形成的一维简谐波。