选修3-4机械振动知识点汇总
(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.。
高二物理选修3-4必考知识
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物理选修内容很多人看来是枯燥无味的、是不重要的,帮助大家提高对物理的兴趣,高二物理选修3-4必考知识是大家所需要的重点,希望大家喜欢。
第一章【机械振动】
1.简谐运动
(1)定义:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动,叫做简谐运动.
第二章【机械波】
机械波的特点
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.
③离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动.
第三章【光】
1.光是一种电磁波,能产生干涉和衍射。
衍射有单缝和小孔,干涉有双缝和薄膜。
单缝衍射中间宽,干涉(条纹)间距差不多。
小孔衍射明暗环,薄膜干涉用处多。
它可用来测工件,还可制成增透膜。
泊松亮斑是衍射,干涉公式要把握。
第四章【电磁波】
一、电磁波的发现
二、电磁波谱
第五章【相对论简介】
1、惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中成立,这个参考系叫做惯性系。
2、伽利略相对性原理:力学规律在任何惯性系中都是相同的
学习物理的思维需要靠知识和练习相结合,所以多掌握是对我们有益处的哦!这篇高二物理选修3-4必考知识为同学们准备的,希望有
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【高二物理选修3-4必考知识】。
选修3-4知识点归纳.
选修3-4知识点归纳1.机械振动:机械振动是指物体在平衡位置附近所做的往复运动.2.回复力:回复力是指振动物体所受到的指向平衡位置的力,是由作用效果来命名的.回复力的作用效果总是将物体拉回平衡位置,从而使物体围绕平衡位置做周期性的往复运动。
回复力是由振动物体所受力的合力(如弹簧振子)沿振动方向的分力(如单摆)提供的,这就是回复力的来源。
3.平衡位置:平衡位置是指物体在振动中所受的回复力为零的位置,此时振子未必一定处于平衡状态.比如单摆经过平衡位置时,虽然回复力为零,但合外力并不为零,还有向心力. 4.描述振动的物理量:①位移总是相对于平衡位置而言的,方向总是由平衡位置指向振子所在的位置—总是背离平衡位置向外;②振幅是物体离开平衡位置的最大距离,它描述的是振动的强弱,振幅是标量;③频率是单位时间内完成全振动的次数;④相位用来描述振子振动的步调。
如果振动的振动情况完全相反,则振动步调相反,为反相位. 5.简谐运动:A 、简谐运动的回复力和位移的变化规律 ;B 、单摆的周期 。
由本身性质决定 6简谐运动的图象描述的是一个质点做简谐运动时,在不同时刻的位移,。
由振动图象还可以确定振子某时刻的振动方向. 7.简谐运动的能量:不计摩擦和空气阻力的振动是理想化的振动,此时系统只有重力或弹力做功,机械能守恒。
振动的 总等于驱动.....力的频率....,与物体的固有频率无关。
当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时,受迫振幅的振幅最大,这种现象叫共振。
驱动力的频率与振动物体的固有频率相差越大,受迫振动的振幅就越小.反之,越接近,受迫振动的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,在不同介质中波速是不同的。
人教版高中物理选修3-4第十一章知识点汇总
人教版高中物理选修3—4第十一章知识点总结 第十一章 机械振动一、机械振动:(一)简谐运动:1、简谐运动的特征:1)运动学特征:振动物体离开平衡位置的位移随时间按正弦规律变化在振动中位移常指是物体离开平衡位置的位移2)动力学特征:回复力的大小与振动物体离开平衡的位移成正比,方向与位移方向相反(指向平衡位置)kx F -=①回复力:使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力。
②回复力是根据力的效果来命名的。
③回复力的方向总是指向平衡位置。
④回复力可以是物体所受的合外力,也可以是几个力的合力,也可以是一个力,或者某个力的分力。
⑤由回复力产生的加速度与位移成正比,方向与位移方向相反x mk a -= ⑥证明一个物体是否是作简谐运动,只需要看它的回复力的特征2、简谐运动的运动学分析:1)简谐运动的运动过程分析:(1)常用模型:弹簧振子(其运动过程代表了简谐运动的过程)(2)运动过程:简谐运动的基本过程是两个加速度减小的加速运动过程和两个加速度增大的减速运动过程(3)简谐运动的对称性:做简谐运动的物体在经过关于平衡位置对称的两点时,两处的加速度、速度、回复力大小相等 (大小相等、相等)。
动能、势能相等(大小相等、相等)。
2)表征简谐运动的物理量:(1)振幅:振动物体离开平衡位置的最大距离叫做振动的振幅。
①振幅是标量。
②振幅是反映振动强弱的物理量。
(2)周期和频率:①振动物体完成一次全振动所用的时间叫做振动的周期。
②单位时间内完成全振动的次数叫做全振动的频率。
它们的关系是T=1/f 。
在一个周期内振动物体通过的路程为振幅的4倍;在半个周期内振动物体通过的路程为振幅2倍;在1/4个周期内物体通过的路程不一定等于振幅3)简谐运动的表达式:)sin(ϕω+=t A x4)简谐运动的图像:振动图像表示了振动物体的位移随时间变化的规律。
反映了振动质点在所有时刻的位移。
从图像中可得到的信息:①某时刻的位置、振幅、周期②速度:方向→顺时而去;大小比较→看位移大小③加速度:方向→与位移方向相反;大小→与位移成正比3、简谐运动的能量转化过程:1)简谐运动的能量:简谐运动的能量就是振动系统的总机械能。
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。
物理选修3-4、3-5知识点归纳
选修3-4知识点归纳1.机械振动:机械振动是指物体在平衡位置附近所做的往复运动.2.回复力:回复力是指振动物体所受到的指向平衡位置的力,是由作用效果来命名的.回复力的作用效果总是将物体拉回平衡位置,从而使物体围绕平衡位置做周期性的往复运动。
回复力是由振动物体所受力的合力(如弹簧振子)沿振动方向的分力(如单摆)提供的,这就是回复力的来源。
3.平衡位置:平衡位置是指物体在振动中所受的回复力为零的位置,此时振子未必一定处于平衡状态.比如单摆经过平衡位置时,虽然回复力为零,但合外力并不为零,还有向心力.4.描述振动的物理量:①位移总是相对于平衡位置而言的,方向总是由平衡位置指向振子所在的位置—总是背离平衡位置向外;②振幅是物体离开平衡位置的最大距离,它描述的是振动的强弱,振幅是标量;③频率是单位时间内完成全振动的次数;④相位用来描述振子振动的步调。
如果振动的振动情况完全相反,则振动步调相反,为反相位.5.简谐运动:A、简谐运动的回复力和位移的变化规律;B、单摆的周期。
由本身性6.简谐运动的图象描述的是一个质点做简谐运动时,在不同时刻的位移,因而振动图象反映了振子的运动规律(注意:振动图象不是运动轨迹)。
由振动图象还可以确定振子某时刻的振动方向.7.简谐运动的能量:不计摩擦和空气阻力的振动是理想化的振动,此时系统只有重力或弹力做功,机械能守恒。
总等..,与物体的固有频率无关。
当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时,受迫振幅的振幅最于驱动力的频率.......大,这种现象叫共振。
驱动力的频率与振动物体的固有频率相差越大,受迫振动的振幅就越小.反之,(P18 图共振实验;P19 图共振曲线)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,在不同介质中波速是不同的。
选修3-4《机械振动》《机械波》基础知识
选修3-4第11章《机械振动》考点75、简谐运动简谐运动的表达式和图像(P2~12)考点76、单摆的周期与摆长的关系(实验、探究)(P13~17)考点77、受迫振动和共振(P18~21)一、简谐运动、简谐运动的表达式和图像(回复力、能量)1、机械振动:指物体或物体的一部分在某一位置附近作运动。
2、简谐振运动的判定1)从运动的角度:振动物体的图像满足关系;2)从受力的角度:沿方向振动物体所受的合力F满足(表达式)。
其中F叫,其方向总指向位置,或总与反向,F的大小是(填恒定、变化);其中x总是相对于位置,其方向总是背离位置;式中“—”反映了★★★★平衡位置是指振动过程中沿方向回复力为的位置,但物体在该位置合力是否一定为0?3、常见的简谐运动有、4、描述简谐运动的物理量1)振幅A:它是指物体离开位置的最大,是量(填标、矢量),单位意义:它反映了振动的,或体现了振动系统的2)周期和频率:全振动是指简谐振动的物体从某一振动状态起到再次回到该状态的(相同振动状态是指振动过程中的各个物理量大小、方向完全相同的状态)周期T:定义:;单位:意义:反映了振动的,T大,则振动。
频率f:定义:;单位:意义:反映了振动的,f大,则振动。
周期与频率的关系:★★★★固有T、f的决定因素是:,与无关。
★★★★对于简谐运动,在一个T内各矢量都完成一个完整的变化,而动能、势能则完成了个周期性的变化。
一个T内:路程s= A,T/2内:路程s= A,T/4内:s=A?3)相位用来描述振子振动的(搞清相位和初相位的区别)。
如果振动的振动情况完全相反,则振动步调相反,为反相位.5、简谐运动的位移—时间图像1)形式:意义:反映了作简谐运动的物体的和之间的变化规律。
2)函数式:x= (注意写单位)3)图像的应用①直接读出的物理量有:、及任一时刻物体的②间接应用:能反映出任一时刻速度、加速度矢量的(最大位移速度不能标方向)能反映某段时间内各个物理量及的变化情况能反映某段时间内振子的能量转化特殊情况下能求出过程中振动物体运动的路程附:简谐运动过程中各物理量的变化规律:位移(x)、回复力(F=-kx)、加速度(a=F/m=-kx/m)、势能大小变化一致;速度(v)、动量(p=mv)、动能(Ek=mv2/2)大小变化一致;上述两组量间的大小变化趋势相反(如x=0,则v最大;v=0,则x最大)所有矢量的方向在等于0的前后不同。
高中物理选修3-4第十一章-机械振动-复习
D.从B开始经过5s,振子通过的路程是50 cm
BOC
4. 一质点做简谐运动,振幅是4cm,
频率是2.5Hz,该质点从平衡位置起向正 方向运动,经2.5s质点的位移和路程分别 是(选初始运动方向为正方向)( D )
A.4 cm, 24 cm B. -4 cm, 100cm
(1)可以表示出任意时刻振动质点的位置;
(2)可以表示出振幅A和周期T;
(3)可以判断出某时刻回复力和加速度的方向;
(4)可以判断
x
T
出某时刻质点 A
的振动(运动) 方向。
o
t
-A
T
三、受迫振动和共振:
1、受迫振动:f振=f策 2、共振现象:共振时,受迫振动的振幅达到
最大值。条件:f策=f固
共振.swf
机械振动
对于振动,你可以想到什么?
回复力
周期
振幅
振
弹簧振子
动
单摆
平衡位置
受迫振动
共振
一、机械振动
1、定义:物体在平衡位置附近做的往复运动, 叫机械振动,简称振动。
2、条件:有回复力;阻力足够小。
3、描述振动的概念和物理量:
平衡位置o:物体所受回复力为零的位置;
振动位移x:由平衡位置指向振子所在处的有 向线段;
2、弹簧振子:
B
OC
F 回 k x k 是 弹 簧 的 劲 度
四、简谐振动的图象 1.振动图象
(1)物理意义:表示振动物体的位移随时间变化 的规律.注意振动图像不是质点的运动轨迹.
(2)简谐振动的图象是一条余弦(或正弦) 曲线。
选修3-4知识点整理打印版
高中物理选修3-4知识点梳理一、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。
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ω: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。
周期、频率、角频率的关系是:T f=1,T ωπ2=. ⑹相位ϕ: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知识点汇总
第一章 机械振动1. 机械振动物体在某一中心位置两侧所做的往复运动;条件是物体离开平衡位置就受到回复力作用并且阻力足够小。
2. 回复力振动物体离开平衡位置受到指向平衡位置的合力;可以是几个力的合力或某个力的分力,不一定等于合外力。
3. 描述振动的位移特指偏离平衡位置的位移;由平衡位置指向振动质点所在位置;矢量。
4. 振幅物体离开平衡位置的最大距离;标量。
5. 周期物体完成一次全振动所需要的时间。
6. 频率单位时间内完成的全振动的次数;与周期互为倒数。
7. 简谐振动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;F=-kx 。
8. 弹簧振子忽略摩擦、弹簧质量的理想化模型;周期和频率由弹簧劲度系数和振子质量决定;可以水平放置和竖直放置。
9. 单摆一条不可伸长、忽略质量的细线下端拴一可视为质点的小球;回复力是重力沿切线方向的分力;当摆角很小时,单摆的摆动是简谐振动,周期T=2g L。
10. 简谐振动的图像表示振动质点在各个时刻相对于平衡位置的位移,不表示运动轨迹。
11. 阻尼振动振幅逐渐减小的振动;减小的机械能等于克服摩擦所做的功。
12. 受迫振动在外界周期性驱动力作用下的振动;受迫振动的频率等于驱动频率,与固有频率无关;驱动频率越接近固有频率,振幅越大,相等时共振。
第二章 机械波13. 机械波机械振动在介质中的传播;需要波源和弹性介质;波动由振动引起,但振动不一定就有波动;分为纵波和横波。
14. 纵波质点振动方向与波的传播方向在同一直线上的波。
15. 横波质点振动方向与波的传播方向垂直的波;高中主要研究横波。
16. 波长在波的传播方向上,两个相邻的、在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点之间的距离;横波的两个相邻的波峰或波谷之间的距离;振动在一个周期里传播的距离;用λ表示。
17. 波速波的传播速率;只与介质有关;同一种均匀介质中,波速是定值,与波源无关。
18. 频率波传播的频率与波源的振动频率相同。
物理3-4知识点总结
物理3-4知识点总结机械振动与机械波:简谐运动是物体在周期性驱动力作用下的振动,其运动学条件是位移与时间成正弦函数关系。
简谐运动的图像表示振动物体位移随时间变化的规律。
单摆是一种简谐运动,其周期与摆长有关,公式为T=2π√(L/g),其中L为摆长,g为重力加速度。
此外,还有受迫振动和共振的概念。
机械波包括横波和纵波,横波的图象可以表示波的振幅、波长、周期等信息。
电磁波及其应用:电磁波是一种在空间中传播的电磁场,具有波粒二象性。
电磁波谱包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。
电磁波的应用非常广泛,如无线通信、雷达、医疗成像等。
光的折射与全反射:光的折射定律表明,光线从一种介质进入另一种介质时,其传播方向会发生改变,这种改变与两种介质的折射率有关。
当光线从光密介质射入光疏介质时,如果入射角大于临界角,光线会全部反射回原介质,这种现象称为全反射。
光导纤维就是利用了全反射的原理来传输光信号。
光的干涉、衍射和偏振:光的干涉是指两束或多束光波在空间相遇时,由于叠加作用而产生的加强或减弱的现象。
光的衍射是指光波在通过障碍物或小孔时发生的绕射现象。
光的偏振是指光波在传播过程中,其振动方向具有确定性的现象。
这些现象在光学仪器、光通信等领域有广泛应用。
狭义相对论的基本假设和时空观:狭义相对论是由爱因斯坦提出的一种物理理论,其基本假设包括光速不变原理和相对性原理。
狭义相对论时空观与经典时空观的区别在于,时间和空间不再是绝对的,而是相对的。
同时,狭义相对论还提出了同时的相对性、长度的相对性和质能关系等概念。
以上是物理3-4的主要知识点总结,涵盖了机械振动与机械波、电磁波及其应用、光的折射与全反射、光的干涉、衍射和偏振,以及狭义相对论的基本假设和时空观等内容。
这些知识点在物理学中有广泛的应用,对于理解自然现象和解决实际问题具有重要意义。
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。
最新高中物理3-4知识点整理
最新⾼中物理3-4知识点整理3-4知识梳理第⼗⼋章机械振动⼀、机械振动物体(或物体的⼀部分)在某⼀中⼼位置两侧所做的往复运动叫机械振动。
机械振动是机械运动中⽐较复杂的运动形式,具有往复性,是⼀种加速度⼤⼩、⽅向时刻改变的变速运动,匀变速运动的公式不再适⽤。
⼆、产⽣振动的必要条件(1)有回复⼒存在;(2)阻⼒很⼩。
说明回复⼒是质点离开平衡位置所受的使物体回到平衡位置的⼒,因此回复⼒是根据⼒的效果来命名的。
它可以是质点所受外⼒的合⼒或其中的某⼀个⼒,也可以是某⼀个⼒的分⼒。
如⽔平弹簧振⼦的回复⼒就是弹⿈的弹⼒,竖直弹簧振⼦的回复⼒是弹⼒和重⼒的合⼒,单摆的回复⼒是重⼒沿圆弧的切线⽅向的分⼒。
三、描述振动的物理量1振幅A(1)定义:振动物体离开平衡位置的最⼤距离,⽤A表⽰。
(2)物理意义:表⽰振动强弱的物理量,振幅越⼤,表⽰振动越强。
2振动的周期和频率(1)全振动:振动物体完成⼀个完整的振动过程称为⼀次全振动。
⼀个完整的振动过程指终点和起点的位移和速度的⼤⼩和⽅向都相同。
(2)周期:做简谐运动的物体完成⼀次全振动所需要的时间,⽤T表⽰。
(3)频率:单位时间内完成全振动的次数,叫振动的频率,⽤f表⽰。
四、平衡位置与平衡状态回复⼒为零的位置为平衡位置,合⼒为零的状态为平衡状态。
根据上⾯的分析,已经知道回复⼒不⼀定是物体所受θ衡位置时回复⼒为零,但还需要向⼼⼒,此时绳⼦的拉⼒与重⼒的合⼒指向悬点(即圆⼼)充当向⼼⼒,故合外⼒不为零,不是平衡状态。
五、⽆阻尼振动、阻尼振动与受迫振动受迫振动与共振的理解:(1)受迫振动的周期和频率由驱动⼒决定,与振动物体的固有周期和频率⽆关,受迫振动的周期和频率总等于驱动⼒的周期和频率。
(2)当驱动⼒的频率与固有频率相等时,受迫振动的振幅最⼤,即发⽣共振现象。
六、简谐运动1定义:物体在跟偏离平衡位置的位移⼤⼩成正⽐,并且总是指向平衡位置的回复⼒的作⽤下的振动,叫做简谐运动。
2简谐运动的基本模型2简谐运动的特点=-,“-”表⽰回复⼒的⽅向和位移⽅向相反,k是⽐例系数,不⼀定是弹簧的劲度系数。
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。
高中物理选修3-4知识点
高中物理选修3-4知识点章节名称定义(内容)公式标准单位第十一章机械振动第一节简谐运动弹簧振子1、小球静止时的位置叫平衡位置2、小球在平衡位置附近的往复运动是一种机械运动,简称振动,这样的系统称谓弹簧振子弹簧振子的位移——时间图象波形图象简谐运动及其图象1、如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律,即它的振动图象是一条正弦曲线,这样的振动叫做简谐运动。
2、简谐运动是最简单、最基本的振动3、弹簧振子的运动就是简谐运动第二节简谐运动的描述描述简谐运动的物理量1、振幅:振动物体离开平衡位置的最大距离2、全振动:弹簧振子从通过平衡位置的时刻开始,第二次到达平衡位置时完成一次完整的振动。
这个振动过程称为一次全振动3、做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间叫振动的周期4、单位时间完成振动的次数叫振动的频率,单位赫兹5、周期性运动在各个时刻所处的不同状态叫相位Tf1=Hz简谐运动的表达式)2sin(ϕπ+=tTAx第三节简谐运动的回复力和能量简谐运动的回复力1、如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比,并且总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动2、把物体拉回平衡位置的力叫回复力kxF-=简谐运动的能量忽略阻力的损耗,在弹簧振子运动的任意位置,系统的动能与势能之和都是一定得第四节单摆单摆悬挂起来的物体在竖直平面内摆动,细线的质量与小球相比可以忽略,球的直径与线的长度相比也可以忽略,这样的装置就叫做单摆单摆的回复力在偏角很小的情况下,单摆做简谐运动(摆长越长,周期越长)kxF-=用单摆测定重力加速度单摆做简谐运动的周期与摆长的二次方成正比,与重力加速度的二次方成反比,而与振幅、摆球质量无关224Tlgπ=第五节外力作用下的振动固有频率不受外力作用的振动叫固有振动,其振动频率叫固有频率阻尼振动振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动受迫振动系统在驱动力作用下的振动叫受迫振动共振驱动力频率等于系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大,这种现象叫做共振高中物理选修3-4知识点章节名称定义(内容)公式标准单位第十二章机械波第一节波的形成和传播波的形成和传播振动的传播称为波动,简称波横波和纵波1、质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波叫做横波,在横波中,凸起的最高处叫做波峰,凹下的最低处叫做波谷2、质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波,叫做纵波,在纵波中,质点分布最密的位置叫做密部机械波借以传播的物质叫做介质,机械振动在介质中传播形成了机械波第二节波的图象正弦波如果波的图象是正弦曲线,这样的波叫做正弦波第三节波长、频率和波速波长在波动中,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离叫做波长频率、周期质点振动的频率和周期等于波的频率和周期波速机械波在介质中的传播速度由介质本身决定,在不同的介质中,波速是不同的第四节波的衍射和干涉波的衍射波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫做波的衍射(一切波都能发生衍射,衍射是波特有的现象)波的叠加几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播,在其他重叠的区域里,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波的干涉频率相同的两列波叠加时,某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小,这种现象叫做波的干涉(干涉也是波所特有的现象)第五节多普勒效应多普勒效应波源与观察者相互靠近或者相互远离时,接收到的波的频率都会发生变化,这种现象叫做多普勒效应第六节惠更斯原理波面和波线振动状态相同的点组成的面叫波面,与波面垂直、代表波的传播方向的线叫做波线惠更斯原理在介质中任一波面上的各点,都可以看做发射子波的波源,其后任意时刻,这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面波的反射波进入第二种介质时返回到第一种介质的现象波的折射波进入第二种介质后传播方向发生偏折的现象高中物理选修3-4知识点章节名称定义(内容)公式标准单位第十三章光第一节光的反射和折射反射定律和折射定律1、光从第一种介质射到第二种介质的分界面时,一部分光会返回到第一种介质,这个现象叫做光的反射,另一部分光会进入第二种介质,这个现象叫做光的折射2、反射定律反:射线与入射线、法线处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线的两侧;反射角等于入射角这就是反射定律3、折射定律:折射光线与入射线、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4、在光的折射现象中,光路是可逆的1221sinsinn=θθ折射率光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫做这种介质的绝对折射率,简称折射率(光从真空射入任何介质时,入射角总是大于折射角)vcn=第二节全反射全反射1、光疏介质:折射率较小的介质2、光密介质:折射率较大的介质3、光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小4、全反射和临界角:光从光密介质射入光疏介质时,同时发生折射和反射。
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高中物理机械振动知识点汇总一. 教学内容:第十一章机械振动本章知识复习归纳二. 重点、难点解析(一)机械振动物体(质点)在某一中心位置两侧所做的往复运动就叫做机械振动,物体能够围绕着平衡位置做往复运动,必然受到使它能够回到平衡位置的力即回复力。
回复力是以效果命名的力,它可以是一个力或一个力的分力,也可以是几个力的合力。
产生振动的必要条件是:a、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。
b、阻力足够小。
(二)简谐振动1. 定义:物体在跟位移成正比,并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐振动。
简谐振动是最简单,最基本的振动。
研究简谐振动物体的位置,常常建立以中心位置(平衡位置)为原点的坐标系,把物体的位移定义为物体偏离开坐标原点的位移。
因此简谐振动也可说是物体在跟位移大小成正比,方向跟位移相反的回复力作用下的振动,即F=-k x,其中“-”号表示力方向跟位移方向相反。
2. 简谐振动的条件:物体必须受到大小跟离开平衡位置的位移成正比,方向跟位移方向相反的回复力作用。
3. 简谐振动是一种机械运动,有关机械运动的概念和规律都适用,简谐振动的特点在于它是一种周期性运动,它的位移、回复力、速度、加速度以及动能和势能(重力势能和弹性势能)都随时间做周期性变化。
(三)描述振动的物理量,简谐振动是一种周期性运动,描述系统的整体的振动情况常引入下面几个物理量。
1. 振幅:振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离,常用字母“A”表示,它是标量,为正值,振幅是表示振动强弱的物理量,振幅的大小表示了振动系统总机械能的大小,简谐振动在振动过程中,动能和势能相互转化而总机械能守恒。
2. 周期和频率,周期是振子完成一次全振动的时间,频率是一秒钟内振子完成全振动的次数。
振动的周期T跟频率f之间是倒数关系,即T=1/f。
振动的周期和频率都是描述振动快慢的物理量,简谐振动的周期和频率是由振动物体本身性质决定的,与振幅无关,所以又叫固有周期和固有频率。
(四)单摆:摆角小于5°的单摆是典型的简谐振动。
细线的一端固定在悬点,另一端拴一个小球,忽略线的伸缩和质量,球的直径远小于悬线长度的装置叫单摆。
单摆做简谐振动的条件是:最大摆角小于5°,单摆的回复力F是重力在圆弧切线方向的分力。
单摆的周期公式是T=。
由公式可知单摆做简谐振动的固有周期与振幅,摆球质量无关,只与L和g有关,其中L是摆长,是悬点到摆球球心的距离。
g是单摆所在处的重力加速度,在有加速度的系统中(如悬挂在升降机中的单摆)其g应为等效加速度。
(五)振动图象。
简谐振动的图象是振子振动的位移随时间变化的函数图象。
所建坐标系中横轴表示时间,纵轴表示位移。
图象是正弦或余弦函数图象,它直观地反映出简谐振动的位移随时间作周期性变化的规律。
要把质点的振动过程和振动图象联系起来,从图象可以得到振子在不同时刻或不同位置时位移、速度、加速度,回复力等的变化情况。
(六)阻尼振动、受迫振动、共振。
简谐振动是一种理想化的振动,当外界给系统一定能量以后,如将振子拉离开平衡位置,放开后,振子将一直振动下去,振子在做简谐振动的图象中,振幅是恒定的,表明系统机械能不变,实际的振动总是存在着阻力,振动能量总要有所耗散,因此振动系统的机械能总要减小,其振幅也要逐渐减小,直到停下来。
振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动,阻尼振动虽然振幅越来越小,但振动周期不变,振幅保持不变的振动叫无阻尼振动。
振动物体如果在周期性外力──策动力作用下振动,那么它做受迫振动,受迫振动达到稳定时其振动周期和频率等于策动力的周期和频率,而与振动物体的固有周期或频率无关。
物体做受迫振动的振幅与策动力的周期(频率)和物体的固有周期(频率)有关,二者相差越小,物体受迫振动的振幅越大,当策动力的周期或频率等于物体固有周期或频率时,受迫振动的振幅最大,叫共振。
【典型例题】[例1] 一弹簧振子在一条直线上做简谐运动,第一次先后经过M、N两点时速度v(v≠0)相同,那么,下列说法正确的是()A. 振子在M、N两点受回复力相同B. 振子在M、N两点对平衡位置的位移相同C. 振子在M、N两点加速度大小相等D. 从M点到N点,振子先做匀加速运动,后做匀减速运动解析:建立弹簧振子模型如图所示,由题意知,振子第一次先后经过M、N两点时速度v相同,那么,可以在振子运动路径上确定M、N两点,M、N两点应关于平衡位置O对称,且由M运动到N,振子是从左侧释放开始运动的(若M点定在O点右侧,则振子是从右侧释放的)。
建立起这样的物理模型,这时问题就明朗化了。
因位移、速度、加速度和回复力都是矢量,它们要相同必须大小相等、方向相同。
M、N两点关于O点对称,振子回复力应大小相等、方向相反,振子位移也是大小相等,方向相反。
由此可知,A、B选项错误。
振子在M、N两点的加速度虽然方向相反,但大小相等,故C选项正确。
振子由M→O速度越来越大,但加速度越来越小,振子做加速运动,但不是匀加速运动。
振子由O→N速度越来越小,但加速度越来越大,振子做减速运动,但不是匀减速运动,故D选项错误,由以上分析可知,该题的正确答案为C。
点评:(1)认真审题,抓住关键词语。
本题的关键是抓住“第一次先后经过M、N两点时速度v相同”。
(2)要注意简谐运动的周期性和对称性,由此判定振子可能的路径,从而确定各物理量及其变化情况。
(3)要重视将物理问题模型化,画出物理过程的草图,这有利于问题的解决。
[例2] 一质点在平衡位置O附近做简谐运动,从它经过平衡位置起开始计时,经0.13 s质点第一次通过M点,再经0.1 s第二次通过M点,则质点振动周期的可能值为多大?解析:将物理过程模型化,画出具体的图景如图1所示。
设质点从平衡位置O向右运动到M点,那么质点从O 到M运动时间为0.13 s,再由M经最右端A返回M经历时间为0. 1 s;如图2所示。
另有一种可能就是M点在O点左方,如图3所示,质点由O点经最右方A点后向左经过O点到达M点历时0.13 s,再由M向左经最左端A,点返回M历时0.1 s。
根据以上分析,质点振动周期共存在两种可能性。
如图2所示,可以看出O→M→A历时0.18 s,根据简谐运动的对称性,可得到T1=4×0.18 s=0.72 s。
另一种可能如图3所示,由O→A→M历时t l=0.13 s,由M→A’历时t2=0.05 s设M→O历时t,则4(t+t2)=t1+2t2+t,解得t=0. 01 s,则T2=4(t+t2)=0.24 s所以周期的可能值为0.72 s和0.24 s说明:(1)本题涉及的知识有:简谐运动周期、简谐运动的对称性。
(2)本题的关键是:分析周期性,弄清物理图景,判断各种可能性。
(3)解题方法:将物理过程模型化、分段分析、讨论。
[例3] 甲、乙两弹簧振子,振动图象如图所示,则可知()A. 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. 振子的振动频率之比f甲∶f乙=1∶2解析:从图象中可以看出,两弹簧振子周期之比T甲∶T乙=2∶1,得频率之比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,所以两振子受回复力(F=kx)的最大值之比F甲∶F乙不一定为2∶1,所以B错误,对简谐运动进行分析可知,在振子到达平衡位置时位移为零,速度最大;在振子到达最大位移处时,速度为零,从图象中可以看出,在振子甲到达最大位移处时,振子乙恰到达平衡位置,所以C正确。
答案为C、D。
点评:(1)图象法是物理问题中常见的解题方法之一,是用数学手段解决物理问题能力的重要体现。
应用图象法解物理问题要明确图象的数学意义,再结合物理模型弄清图象描述的物理意义,两者结合,才能全面地分析问题。
(2)本题中涉及知识点有:振幅、周期、频率、影响周期的因素、简谐运动在特殊点的速度、回复力、简谐运动的对称性等。
(3)分析本题的主要方法是数与形的结合(即图象与模型相结合)分析方法。
[例4] 在海平面校准的摆钟,拿到某高山山顶,经过t时间,发现表的示数为t′,若地球半径为R,求山的高度h(不考虑温度对摆长的影响)。
解析:由钟表显示时间的快慢程度可以推知表摆振动周期的变化,而这种变化是由于重力加速度的变化引起的,所以,可以得知由于高度的变化引起的重力加速度的变化,再根据万有引力公式计算出高度的变化,从而得出山的高度。
一般山的高度都不是很高(与地球半径相比较),所以,由于地球自转引起的向心力的变化可以不考虑,而认为物体所受向心力不变且都很小,物体所受万有引力近似等于物体的重力。
(1)设在地面上钟摆摆长l,周期为T0,地面附近重力加速度g,拿到高山上,摆振动周期为T′,重力加速度为g′,应有从而(2)在地面上的物体应有在高山上的物体应有得点评:(1)本题涉及知识点:单摆的周期及公式,影响单摆周期的因素,万有引力及公式,地面附近重力与万有引力关系等。
(2)解题关键:抓住影响单摆周期的因素g,找出g的变化与t变化的关系,再根据万有引力知识,推出g变化与高度变化关系,从而顺利求解。
[例5] 在光滑水平面上,用两根劲度系数分别为k1、k2的轻弹簧系住一个质量为m的小球。
开始时,两弹簧均处于原长,后使小球向左偏离x后放手,可以看到小球将在水平面上作往复振动。
试问小球是否作简谐运动?解析:为了判断小球的运动性质,需要根据小球的受力情况,找出回复力,确定它能否写成F=-kx的形式。
以小球为研究对象,竖直方向处于力平衡状态,水平方向受到两根弹簧的弹力作用。
设小球位于平衡位置O左方某处时,偏离平衡位置的位移为x,则左方弹簧受压,对小球的弹力大小为f1=k1x,方向向右。
右方弹簧被拉伸,对小球的弹力大小为f2=k2x,方向向右。
小球所受的回复力等于两个弹力的合力,其大小为F=f1+f2=(k1+k2)x,方向向右。
令k=k1+k2,上式可写成F=kx。
由于小球所受回复力的方向与位移x的方向相反,考虑方向后,上式可表示为F=-kx。
所以,小球将在两根弹簧的作用下,沿水平面作简谐运动。
点评:由本题可归纳出判断物体是否作简谐运动的一般步骤:确定研究对象(整个物体或某一部分)→分析受力情况→找出回复力→表示成F=-kx的形式(可以先确定F的大小与x的关系,再定性判断方向)。
[例6] 如图所示,一轻质弹簧竖直放置,下端固定在水平面上,上端处于a位置,当一重球放在弹簧上端静止时,弹簧上端被压缩到b位置。
现将重球(视为质点)从高于a位置的c位置沿弹簧中轴线自由下落,弹簧被重球压缩到最低位置d。
以下关于重球运动过程的正确说法应是()A. 重球下落压缩弹簧由a至d的过程中,重球做减速运动。