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1、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
2、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1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
3、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(xt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：Fkx，其中“”表示回复力与位移的方向相反(2)运动学表达式：xAsin (t)，其中A代表振幅，2f表示简谐运动的快慢，(t)代表简谐运动的相位，叫做初相5描述简谐运动的物理量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
4、者互为倒数：T频率振动物体单位时间内完成全振动的次数相位t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：5.3回复力：FG2Gsin x.4周期公式：T2.5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
5、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Fkx，“”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、Ep均增大，v、Ek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)相隔或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(
6、OPOP)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tPOtOP.(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tOPtPO.5能量特征振动的能量包括动能Ek和势能Ep，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(2n1)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
7、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
8、动和共振的关系比较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T0或固有频率f0由驱动力的周期或频率决定，即TT驱或ff驱T驱T0或f驱f0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(5)机械工作时底座发生的振动共振筛、声音的共鸣等2.对共振的理解(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f0越接近，振幅A越大；当ff0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，
9、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T2，可得出gl，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
10、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lL.(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3050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.(2)图象法：画lT2图象g42k，k.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lLr.(5)
11、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：圆弧运动；小角度往复运动；回复力满足Fkx.(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T2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
12、(2)质点不随波迁移3分类机械波二、描述机械波的物理量1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用“”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、波长和频率f、周期T的关系公式：vf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
13、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
14、 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，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：vf.3.波的传播方向与质点的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图沿传播方向进行微小平移，再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定考点二振动图象与波动图象的综合应用 振动图象波动图象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
