试题-全国-2020_（课标版）2020届高考物理二轮复习 基础回扣15 十五、选修3-4 振动和波动 光.docx

-1-十五、选修3-4振动和波动光知识点1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模型弹簧振子单摆示意图简谐运动条件①弹簧质量要忽略②无摩擦等阻力③在弹簧弹性限度内①摆线为不可伸缩的轻细线②无空气阻力等③最大摆角小于等于5°回复力弹簧的弹力提供摆球重力沿与摆线垂直方向(即切向)的分力平衡位置弹簧处于原长处最低点周期T=2πmk,与振幅无关T=2πLg,与振幅、摆球质量无关能量转化弹性势能与动能的相互转化,机械能守恒重力势能与动能的相互转化,机械能守恒说明: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=Asin(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=Asinωt,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=Acosωt,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。(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。2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法内容图像“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3.波动图像和振动图像的理解和应用图像类型振动图像波动图像研究对象一振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一质点的位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图像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像信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)某一质点在各时刻的位移(4)某一质点各时刻速度、加速度的方向(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的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判图像变化随着时间推移,图像延续,但已有形状不变随着时间推移,波形沿传播方向平移一完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长4.波传播的周期性和多解性问题波动问题多解的主要因素(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:波传播的距离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。5.波的干涉现象波的干涉现象中加强点、减弱点的判断方法(1)公式法: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)图像法:在某时刻波的干涉的波形图上,波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点,一定是加强点,而波峰与波谷的交点一定是减弱点,各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线,形成加强线和减弱线,两种线互相间隔,加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。6.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。易错辨析1.将单摆摆球在平衡位置处回复力为零误认为合力为零。2.应用公式T=2πlg时,误将摆线长当成摆长。3.分不清物