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1、选修 3-4 知识点82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，在高中物理教材中是以弹簧振子和单摆这两个特例来认识和掌握
2、简谐振动规律的。 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。（1）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。（2）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。（3）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。（4）频率 f：振动物体单位
3、时间内完成全振动的次数。（5）角频率：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：。（6）相位：表示振动步调的物理量。现行中学教材中只要求知道同相和反相两种情况。4、研究简谐振动规律的几个思路：（1）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。
4、（2）用运动学方法研究：简谐振动的速度、加速度、位移都随时间作正弦或余弦规律的变化，这种用正弦或余弦表示的公式法在高中阶段不要求学生掌握。（3）用图象法研究：熟练掌握用位移时间图象来研究简谐振动有关特征是本章学习的重点之一。（4）从能量角度进行研究：简谐振动过程，系统动能和势能相互转化，总机械能守恒，振动能量和振幅有关。5、简谐运动的表达式振幅 A，周期 T，相位，初相6、简谐运动图象描述振动的物理量1直接描述量：振幅 A；周期 T；任意时刻的位移 t。2间接描述量：x-t 图线上一点的切线的斜率等于 V。3从振动图象中的 x 分析有关物理量(v ，a，F)简谐运动的特点是周期性。在回复力的作
5、用下，物体的运动在空间上有往复性，即在平衡位置附近做往复的变加速(或变减速) 运动；在时间上有周期性，即每经过一定时间，运动就要重复一次。我们能否利用振动图象来判断质点 x，F，v，a 的变化，它们变化的周期虽相等，但变化步调不同，只有真正理解振动图象的物理意义，才能进一步判断质点的运动情况。小结： 1.简谐运动的图象是正弦或余弦曲线，与运动轨迹不同。2简谐运动图象反应了物体位移随时间变化的关系。3根据简谐运动图象可以知道物体的振幅、周期、任一时刻的位移。83单摆的周期与摆长的关系（实验、探究）单摆周期公式上述公式是高考要考查的重点内容之一。对周期公式的理解和应用注意以下几个问题：简谐振动物体
6、的周期和频率是由振动系统本身的条件决定的。单摆周期公式中的 L是指摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离，一般也叫等效摆长。例如图 1 中 ，三根等长的绳 L1、L2、L3 共同系住一个密度均匀的小球 m，球直径为d，L2 、 L3 与天花板的夹角 30。若摆球在纸面内作小角度的左右摆动，则摆的圆弧的圆心在 O1 外，故等效摆长为 ，周期 T1=2；若摆球做垂直纸面的小角度摆动，叫摆动圆弧的圆心在 O 处，故等效摆长为，周期 T2=.单摆周期公式中的 g，由单摆所在的空间位置决定，还由单摆系统的运动状态决定。所以 g 也叫等效重力加速度。由可知，地球表面不同位置、不同高度，不同星球表面 g 值都不相同
7、，因此应求出单摆所在地的等效 g 值代入公式，即 g 不一定等于 9.8m/s2。单摆系统运动状态不同 g 值也不相同。例如单摆在向上加速发射的航天飞机内，设加速度为 a，此时摆球处于超重状态，沿圆弧切线的回复力变大，摆球质量不变，则重力加速度等效值 g = g + a。再比如在轨道上运行的航天飞机内的单摆、摆球完全失重，回复力为零，则重力加速度等效值 g = 0，周期无穷大，即单摆不摆动了。g 还由单摆所处的物理环境决定。如带小电球做成的单摆在竖直方向的匀强电场中，回复力应是重力和竖直的电场合力在圆弧切向方向的分力，所以也有g 的问题。一般情况下 g 值等于摆球静止在平衡位置时，摆线张力与摆
8、球质量的比值。84受迫振动和共振物体在周期性外力作用下的振动叫受迫振动。受迫振动的规律是：物体做受迫振动的频率等于策动力的频率，而跟物体固有频率无关。当策动力的频率跟物体固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。共振是受迫振动的一种特殊情况。85机械波 横波和纵波 横波的图象机械波：机械振动在介质中的传播过程叫机械波，机械波产生的条件有两个：一是要有做机械振动的物体作为波源，二是要有能够传播机械振动的介质。横波和纵波：质点的振动方向与波的传播方向垂直的叫横波。质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的叫纵波。气体、液体、固体都能传播纵波，但气体和液体不能传播横波，声波在空气中是纵波，
9、声波的频率从 20 到 2 万赫兹。机械波的特点：（1）每一质点都以它的平衡位置为中心做简振振动；后一质点的振动总是落后于带动它的前一质点的振动。（2）波只是传播运动形式（振动）和振动能量，介质并不随波迁移。横波的图象用横坐标 x 表示在波的传播方向上各质点的平衡位置，纵坐标 y 表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移。简谐波的图象是正弦曲线，也叫正弦波简谐波的波形曲线与质点的振动图象都是正弦曲线，但他们的意义是不同的。波形曲线表示介质中的“各个质点”在“ 某一时刻” 的位移，振动图象则表示介质中“ 某个质点”在“各个时刻”的位移。86波长、波速和频率（周期）的关系描述机械波的物理量（1）波长：
10、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间的距离叫波长。振动在一个周期内在介质中传播的距离等于波长。（2）频率 f：波的频率由波源决定，在任何介质中频率保持不变。（3）波速 v：单位时间内振动向外传播的距离。波速的大小由介质决定。波速与波长和频率的关系：， 87波的反射和折射 波的干涉和衍射1.惠更斯原理：介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的波源，而后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面便是新的波面。2.根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面，就可以确定下一时刻的波阵面。波的反射 1.波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射 2.反射规律反射定律：入射线、法
11、线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。入射角（i）和反射角（i）：入射波的波线与平面法线的夹角 i 叫做入射角反射波的波线与平面法线的夹角 i 叫做反射角反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同波遇到两种介质界面时，总存在反射波的折射 1.波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射2.折射规律：(1).折射角（r）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角 r 叫做折射角（2）.折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比：
12、当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线.当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线.当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变 波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同波的干涉和衍射衍射：波绕过障碍物或小孔继续传播的现象。产生显著衍射的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多。干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，使某些区域振动减弱，并且振动加强和振动减弱区域相互间隔的现象。产生稳定干涉现象的条件是：两列波的频率相同，相差恒定。稳定的干涉现象中，振动加强区和减弱区的空间位置是不变的，加强区的振幅等于两列波振幅之和，减
13、弱区振幅等于两列波振幅之差。判断加强与减弱区域的方法一般有两种：一是画峰谷波形图，峰峰或谷谷相遇增强，峰谷相遇减弱。二是相干波源振动相同时，某点到二波源程波差是波长整数倍时振动增强，是半波长奇数倍时振动减弱。干涉和衍射是波所特有的现象。88多普勒效应1.多普勒效应：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象叫做多普勒效应。他是奥地利物理学家多普勒在 1842 年发现的。2.多普勒效应的成因：声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接受到的频率，即单位时
14、间接收到的完全波的个数决定的。3.多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应。4.多普勒效应的应用: 现代医学上使用的胎心检测器、血流测定仪等有许多都是根据这种原理制成。根据汽笛声判断火车的运动方向和快慢，以炮弹飞行的尖叫声判断炮弹的飞行方向等。红移现象：在 20 世纪初，科学家们发现许多星系的谱线有 “红衣现象”，所谓“红衣现象”，就是整个光谱结构向光谱红色的一端偏移，这种现象可以用多普勒效应加以解释：由于星系远离我们运动，接收到的星光的频率变小，谱线就向频率变小（即波长变大）的红端移动。科学家从红移的大小还可以算出这种远离运动的速度。这种现象，是证明宇宙在膨
15、胀的一个有力证据。89电磁波 电磁波的传播一、麦克斯韦电磁场理论1、电磁场理论的核心之一：变化的磁场产生电场在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的 (涡旋电场)理解: (1) 均匀变化的磁场产生稳定电场(2) 非均匀变化的磁场产生变化电场2、电磁场理论的核心之二：变化的电场产生磁场麦克斯韦假设:变化的电场就像导线中的电流一样 ,会在空间产生磁场 ,即变化的电场产生磁场理解: (1) 均匀变化的电场产生稳定磁场(2) 非均匀变化的电场产生变化磁场规律总结1、麦克斯韦电磁场理论的理解:恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定
16、的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场2、电场和磁场的变化关系二、电磁波1、电磁场：如果在空间某区域中有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场;这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场,变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体, 这就是电磁场这个过程可以用下图表达。2、电磁波：电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波.3、电磁波的特点：(1) 电磁波是横波,电场强度 E 和磁感应强度 B 按正弦规律变化 ,二者相互垂直,均与波的传播方向垂直(2)电磁波可以在真空中传播 ,速度和光速相同. v=f(3) 电磁波具有波的特性三、赫兹的电火花赫兹观察到了电磁波的反射,折射, 干涉,偏振和衍射等现象.，他还测量出电磁波和光有相同的速度.这样赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波。90电磁振荡 电磁波的发
