2018年高二物理上学期重点知识突破

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1、1 2018 年高二物理上学期重点知识突破年高二物理上学期重点知识突破 机械振动和机械波 考点指要 知 识 点要求程度 1.弹簧振子，简谐运动，简谐运动的振幅、周期和频率，简谐运动的图象. 2.单摆.在小振幅条件下，单摆做简谐运动.周期公式. 3.振动中的能量转化.简谐运动中机械能守恒. 4.自由振动和受迫振动，受迫振动的振动频率.共振及其常见的应用. 5.振动在介质中的传播波.横波和纵波.横波的图象.波长、频率和波速的关系. 6.波的反射和折射. 7.波的叠加.波的干涉、衍射现象. 8.声波 9.超声波及其应用 10.多普勒效应 知识聚焦 一、机械振动 1.机械振动的意义 物体(或物体的一部

2、分)在某一中心位置两侧所做的往复运动. 回复力：振动物体所受的总是指向平衡位置的合外力.它是根据作用效果命名的，类似于向心力. 2.描述振动的物理量 (1)位移 x：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段，是矢量. (2)振幅 A：振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量.表示振动的强弱. (3)周期 T 和频率 f：物体完成一次全振动所需的时间叫周期，而频率则等于单位时间内完成全振动的次数. 它们是表示振动快慢的物理量.二者互为倒数关系： T. 当和 f 是由振动系统本身的性质决定时(非受迫振动)，则叫做固有周期和固有频率. 二、简谐运动 1.简谐运动的特征 物体在跟位移大小成正比，并且总是

3、指向平衡位置的回复力作用下的振动. (1)受力特征： 回复力 Fkx. (2)运动特征： 加速度 akx/m，方向与位移方向相反，总指向平衡位置.简谐运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. 判断一个振动是否为简谐运动，依据就是看它是否满足上述受力特征或运动特征. (3)振动能量：对于两种典型的简谐运动单摆和弹簧振子，其振动能量与振幅有关，振幅越大，能量越 大.简谐运动过程中动能和势能相互转化，机械能守恒. （4）物体做简谐运动时，其位移、回复力、加速度、速度等矢量都随时间做周期性变化，它们的变化周期 就是简谐运动的周期 T.物体的动能和

4、势能也随时间周期性变化，其变化周期为 T. 2.单摆 （1）单摆：在一条不可伸长、忽略质量的细线下端拴一可视为质点的小球，上端固定，构成的装置叫单摆. （2）单摆振动可看作简谐运动的条件：摆角 10 2 （3）周期公式：T=2 其中摆长 l 指悬点到小球重心的距离，重力加速度为单摆所在处的测量值. （4）单摆的等时性：在振幅很小的条件下，单摆的振动周期跟振幅无关.（单摆的振动周期跟振子的质量也 没关系） （5）单摆的应用： A.计时器（摆钟是靠调整摆长而改变周期，使摆钟与标准时间同步） B.测重力加速度：g=. 3.简谐运动的图象 (1)如图 711 所示为一弹簧振子做简谐运动的图象.它反映了

5、振子的位移随时间变化的规律，而其轨迹并 非正弦曲线. 图 711 (2)根据简谐运动的规律，利用该图象可以得出以下判定： 振幅 A、周期 T 以及各时刻振子的位置. 各时刻回复力、加速度、速度、位移的方向. 某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况. 某段时间内振子的路程. 三、受迫振动和共振 1.受迫振动：物体在周期性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的周期或频 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. 疑难解析 1.弹簧振子的周

6、期和频率只取决于弹簧的劲度系数和振子的质量，与其放置的环境和放置的方式无任何关系. 如某一弹簧振子做简谐运动时的周期为 T，不管把它放在地球上、月球上还是卫星中；是水平放置、倾斜放 置还是竖直放置；振幅是大还是小，只要还是该振子，那么它的周期就还是 T. 2.单摆的周期公式 T2 是惠更斯从实验中总结出来的.单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡 位置的分力，偏角越大回复力越大，加速度(gsin)越大，由于摆球的轨迹是圆弧，所以除最高点外，摆球 的回复力并不等于合外力.在有些振动系统中 l 不一定是绳长，g 也不一定为 9.8 m/s2，因此出现了等效摆长 和等效重力加速度的问题. (1

7、)等效摆长：在图 712 中，三根等长的绳 l1、l2、l3 共同系住一密度均匀的小球 m，球直径为 d.l2、l3 与天花板的夹角 30.若摆球在纸面内做小角度的左右摆动，则摆动圆弧的圆心在 O1 处，故等效摆长 为 l1，周期 T12；若摆球做垂直纸面的小角度摆动，则摆动圆弧的圆心在 O 处，故等效摆长为 l1l2sin，周期 T22. 图 712 (2)等效重力加速度：公式中的 g 由单摆所在的空间位置决定. 由 Gg 知，g 随地球表面不同位置、不同高度而变化，在不同星球上也不相同，因此应求出单摆所在处的 等效值 g代入公式 ，即 g 不一定等于 9. m/s2. 第单元 机械波 知识

8、聚焦 一、机械波 1.机械波的产生：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. 有机械波必有机械振动，有机械振动不一定有机械波. 但是，已经形成的波跟波源无关，在波源停止振动时 3 仍会继续传播，直到机械能耗尽后停止. 2.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.凸起部分叫波峰，凹下部分叫波谷.质点的振 动方向与波的传播方向在同一直线上的叫纵波.质点分布密的叫密部，分布疏的叫疏部. 3.描述机械波的物理量 (1)波长 ：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. 在横

9、波中，两个相邻波峰(或波谷)间的距离等于波长. 在纵波中，两个相邻密部(或疏部)间的距离等于波长. 在一个周期内机械波传播的距离等于波长. (2)频率 f：波的频率由波源决定，在任何介质中频率不变. (3)波速 v：单位时间内振动向外传播的距离. 波速与波长和频率的关系：vf，波速大小由介质决定. 4.机械波的特点：(1)每一质点都以它的平衡位置为中心做简谐运动；后一质点的振动总是落后于带动它的前 一质点的振动.(2)波传播的只是运动形式(振动)和振动能量，介质中的质点并不随波迁移. 5.声波：一切振动着发声的物体叫声源.声源的振动在介质中形成纵波.频率为 20 Hz 到 20000 Hz 的

10、声波能引 起听觉。频率低于 20 Hz 的声波为次声波，频率高于 20000 Hz 的声波为超声波.超声波的应用十分广泛，如 声纳、“B 超”、探伤仪等.声波在空气中的传播速度约为 340 m/s，声波具有反射、干涉、衍射等波的特有 现象. 二、机械波的图象 1.如图 721 所示，为一横波的图象.它反映了在波传播的过程中，某一时刻介质中各质点的位移在空间的 分布.简谐波的图象为正弦(或余弦)曲线. 图 721 2.根据机械波的传播规律，利用该图象可以得出以下的判定： (1)介质中质点的振幅 A 和波长 ,以及该时刻各质点的位移和加速度的方向. (2)根据波的传播方向确定该时刻各质点的振动方向

11、.画出在 t 前或后的波形图象. (3)根据某一质点的振动方向确定波的传播方向. 三、波的干涉和衍射 1.波的叠加：几列波相遇时，每列波都能够保持各自的状态继续传播而不互相干扰.只是在重叠的区域里，任 一质点的总位移等于各列波分别引起的位移的矢量和. 2.衍射：波绕过障碍物继续传播的现象.产生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相 差不多. 3.干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，使某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减 弱的区域相互间隔的现象.产生稳定的干涉现象的条件：两列波的频率相同. 【说明】A.稳定干涉中，振动加强区域或振动减弱区域的空间位置是不变的，

12、加强区域中心质点的振幅等于 两列波的振幅之和.减弱区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之差. B.加强的条件是两波源到该区域中心的距离之差等于波长的整数倍；减弱的条件是两波源到该区域中心的距 离之差等于半波长的奇数倍. C.加强区永远是加强区，减弱区永远是减弱区，加强区域内各点的振动位移不一定都比减弱区内各点的振动 位移大. 干涉和衍射是波所特有的现象.波同时还可以发生反射，如回声. 四、多普勒效应 由于波源和观察者之间的相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象，叫做多普勒效应. 当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收 到的频率减小.多普勒

13、效应是所有波动过程共有的特征.根据声波的多普勒效应可以测定车辆行驶的速度；根 据光波的多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的运行速度. 4 疑难解析 1.波速与振速 波源振动几个周期，波就向外传播几个波长，这个比值就表示了波形(或能量)向外平移的速度，即波速.在同 一均匀介质中波动的传播是匀速的，与波动频率无关.波动中各质点都在平衡位置附近做周期性振动，是变 加速运动，质点并没沿波的传播方向随波迁移.要区分开这两个速度. 2.振动图象和波的图象 振动是一个质点随时间的推移而呈现的现象，波动是全部质点联合起来共同呈现的现象. 简谐运动和其引起的简谐波的振幅、频率相同，二者的图象有相同的正弦(余弦)

14、曲线形状，但二图象是有本 质区别的.见表： 振动图象波动图象 研究对象一振动质点沿波传播方向所有质点 研究内容一质点的位移随时间变化规律某时刻所有质点的空间分布规律 图线 物理意义表示一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移 图线变化随时间推移图象延续，但已有形状不变随时间推移，图象沿传播方向平移 一完整曲线占横坐标距离表示一个周期表示一个波长 3.有关波的图象的几种常见问题 (1)确定各质点的振动方向 如图 722 所示(实线)为一沿 x 轴正方向传播的横波，试确定质点 A、B、C、D 的速度方向. 图 722 判断方法：将波形沿波的传播方向做微小移动，(如图中虚线)由于质点仅在 y 方向

15、上振动，所以 A、B、C、D即为质点运动后的位置，故该时刻 A、B 沿 y 轴正方向运动，C、D 沿 y 轴负方向运 动. 从以上分析也可看出：波形相同方向的“斜坡”上速度方向相同. (2)确定波的传播方向 知道波的传播方向利用“微平移”的办法，可以很简单地判断出各质点的振动方向.反过来知道某一质点的 运动方向，也可利用此法确定该波的传播方向. 另外还有一简便实用的判断方法，同学们也可以记住.如图 723 所示，若已知 A 点速度方向向上，则可 假想在最靠近它的波谷内有一小球.不难看出：A 向上运动时，小球将向右滚动，此即该波的传播方向. 图 723 (3)已知波速 v 和波形，画出再经 t

16、时间的波形图 平移法：先算出经 t 时间波传播的距离 xvt，再把波形沿波的传播方向平移 x 即可.因为波动 图象的重复性，若知波长 ，则波形平移 时波形不变，当 xnx 时，可采取去整 n 留零 x 的 方法，只需平移 x 即可. 特殊点法：(若知周期 T 则更简单) 在波形上找两特殊点，如过平衡位置的点和与它相邻的峰(谷)点，先确定这两点的振动方向，再看 tnTt，由于经 nT 波形不变，所以也采取去整 nT 留零 t 的方法，分别做出两特殊点经 t 后的位置，然 后按正弦规律画出新波形. (4)已知振幅 A 和周期 T，求振动质点在 t 时间内的路程和位移 求振动质点在 t 时间内的路程