高中物理選修3-4知識點總結(jié)

1、選修3-4知識點82簡諧運動 簡諧運動的表達式和圖象1、機械振動： 物體（或物體的一部分）在某一中心位置兩側(cè)來回做往復(fù)運動，叫做機械振動。機械振動產(chǎn)生的條件是：（1）回復(fù)力不為零。（2）阻力很小。使振動物體回到平衡位置的力叫做回復(fù)力，回復(fù)力屬于效果力，在具體問題中要注意分析什么力提供了回復(fù)力。2、簡諧振動： 在機械振動中最簡單的一種理想化的振動。對簡諧振動可以從兩個方面進行定義或理解： （1）物體在跟位移大小成正比，并且總是指向平衡位置的回復(fù)力作用下的振動，叫做簡諧振動。 （2）物體的振動參量，隨時間按正弦或余弦規(guī)律變化的振動，叫做簡諧振動，在高中物理教材中是以彈簧振子和單擺這兩個特例來認識和

2、掌握簡諧振動規(guī)律的。 3、描述振動的物理量，研究振動除了要用到位移、速度、加速度、動能、勢能等物理量以外，為適應(yīng)振動特點還要引入一些新的物理量。 （1）位移x：由平衡位置指向振動質(zhì)點所在位置的有向線段叫做位移。位移是矢量，其最大值等于振幅。 （2）振幅A：做機械振動的物體離開平衡位置的 最大距離叫做振幅，振幅是標量，表示振動的強弱。振幅越大表示振動的機械能越大，做簡揩振動物體的振幅大小不影響簡揩振動的周期和頻率。 （3）周期T：振動物體完成一次余振動所經(jīng)歷的時間叫做周期。所謂全振動是指物體從某一位置開始計時，物體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動。 （4）頻率f：振動物體

3、單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)。 （5）角頻率：角頻率也叫角速度，即圓周運動物體單位時間轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)。引入這個參量來描述振動的原因是人們在研究質(zhì)點做勻速圓周運動的射影的運動規(guī)律時，發(fā)現(xiàn)質(zhì)點射影做的是簡諧振動。因此處理復(fù)雜的簡諧振動問題時，可以將其轉(zhuǎn)化為勻速圓周運動的射影進行處理，這種方法高考大綱不要求掌握。 周期、頻率、角頻率的關(guān)系是：。 （6）相位：表示振動步調(diào)的物理量。現(xiàn)行中學(xué)教材中只要求知道同相和反相兩種情況。4、研究簡諧振動規(guī)律的幾個思路： （1）用動力學(xué)方法研究，受力特征：回復(fù)力F = Kx；加速度，簡諧振動是一種變加速運動。在平衡位置時速度最大，加速度為零；在最大位移處，速度為零，加速

4、度最大。 （2）用運動學(xué)方法研究：簡諧振動的速度、加速度、位移都隨時間作正弦或余弦規(guī)律的變化，這種用正弦或余弦表示的公式法在高中階段不要求學(xué)生掌握。 （3）用圖象法研究：熟練掌握用位移時間圖象來研究簡諧振動有關(guān)特征是本章學(xué)習(xí)的重點之一。 （4）從能量角度進行研究：簡諧振動過程，系統(tǒng)動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，總機械能守恒，振動能量和振幅有關(guān)。5、簡諧運動的表達式 振幅A，周期T，相位，初相6、簡諧運動圖象描述振動的物理量1直接描述量：振幅A；周期T；任意時刻的位移t。2間接描述量：x-t圖線上一點的切線的斜率等于V。3從振動圖象中的x分析有關(guān)物理量(v，a，F(xiàn))簡諧運動的特點是周期性。在回復(fù)力的作用下

5、，物體的運動在空間上有往復(fù)性，即在平衡位置附近做往復(fù)的變加速(或變減速)運動；在時間上有周期性，即每經(jīng)過一定時間，運動就要重復(fù)一次。我們能否利用振動圖象來判斷質(zhì)點x，F(xiàn)，v，a的變化，它們變化的周期雖相等，但變化步調(diào)不同，只有真正理解振動圖象的物理意義，才能進一步判斷質(zhì)點的運動情況。小結(jié)： 1.簡諧運動的圖象是正弦或余弦曲線，與運動軌跡不同。 2簡諧運動圖象反應(yīng)了物體位移隨時間變化的關(guān)系。 3根據(jù)簡諧運動圖象可以知道物體的振幅、周期、任一時刻的位移。83單擺的周期與擺長的關(guān)系（實驗、探究） 單擺周期公式 上述公式是高考要考查的重點內(nèi)容之一。對周期公式的理解和應(yīng)用注意以下幾個問題：簡諧振動物體的

6、周期和頻率是由振動系統(tǒng)本身的條件決定的。單擺周期公式中的L是指擺動圓弧的圓心到擺球重心的距離，一般也叫等效擺長。 例如圖1中 ，三根等長的繩L1、L2、L3共同系住一個密度均勻的小球m，球直徑為d，L2、L3與天花板的夾角 30。若擺球在紙面內(nèi)作小角度的左右擺動，則擺的圓弧的圓心在O1外，故等效擺長為 ，周期T1=2；若擺球做垂直紙面的小角度擺動，叫擺動圓弧的圓心在O處，故等效擺長為，周期T2=. 單擺周期公式中的g，由單擺所在的空間位置決定，還由單擺系統(tǒng)的運動狀態(tài)決定。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，因此應(yīng)求出單擺所在地的等效g值代入公

7、式，即g不一定等于9.8m/s2。單擺系統(tǒng)運動狀態(tài)不同g值也不相同。例如單擺在向上加速發(fā)射的航天飛機內(nèi)，設(shè)加速度為a，此時擺球處于超重狀態(tài)，沿圓弧切線的回復(fù)力變大，擺球質(zhì)量不變，則重力加速度等效值g = g + a。再比如在軌道上運行的航天飛機內(nèi)的單擺、擺球完全失重，回復(fù)力為零，則重力加速度等效值g = 0，周期無窮大，即單擺不擺動了。g還由單擺所處的物理環(huán)境決定。如帶小電球做成的單擺在豎直方向的勻強電場中，回復(fù)力應(yīng)是重力和豎直的電場合力在圓弧切向方向的分力，所以也有g(shù)的問題。一般情況下g值等于擺球靜止在平衡位置時，擺線張力與擺球質(zhì)量的比值。84受迫振動和共振 物體在周期性外力作用下的振動叫受

8、迫振動。受迫振動的規(guī)律是：物體做受迫振動的頻率等于策動力的頻率，而跟物體固有頻率無關(guān)。當策動力的頻率跟物體固有頻率相等時，受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。共振是受迫振動的一種特殊情況。85機械波 橫波和縱波 橫波的圖象 機械波：機械振動在介質(zhì)中的傳播過程叫機械波，機械波產(chǎn)生的條件有兩個： 一是要有做機械振動的物體作為波源，二是要有能夠傳播機械振動的介質(zhì)。 橫波和縱波： 質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的叫橫波。質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的叫縱波。氣體、液體、固體都能傳播縱波，但氣體和液體不能傳播橫波，聲波在空氣中是縱波，聲波的頻率從20到2萬赫茲。 機械波的特點： （1）每一

9、質(zhì)點都以它的平衡位置為中心做簡振振動；后一質(zhì)點的振動總是落后于帶動它的前一質(zhì)點的振動。 （2）波只是傳播運動形式（振動）和振動能量，介質(zhì)并不隨波遷移。 橫波的圖象 用橫坐標x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點的平衡位置，縱坐標y表示某一時刻各質(zhì)點偏離平衡位置的位移。 簡諧波的圖象是正弦曲線，也叫正弦波 簡諧波的波形曲線與質(zhì)點的振動圖象都是正弦曲線，但他們的意義是不同的。波形曲線表示介質(zhì)中的“各個質(zhì)點”在“某一時刻”的位移，振動圖象則表示介質(zhì)中“某個質(zhì)點”在“各個時刻”的位移。86波長、波速和頻率（周期）的關(guān)系 描述機械波的物理量 （1）波長：兩個相鄰的、在振動過程中對平衡位置的位移總是相等的質(zhì)點間的距

10、離叫波長。振動在一個周期內(nèi)在介質(zhì)中傳播的距離等于波長。 （2）頻率f：波的頻率由波源決定，在任何介質(zhì)中頻率保持不變。 （3）波速v：單位時間內(nèi)振動向外傳播的距離。波速的大小由介質(zhì)決定。 波速與波長和頻率的關(guān)系：， 87波的反射和折射 波的干涉和衍射1.惠更斯原理：介質(zhì)中任一波面上的各點，都可以看作發(fā)射子波的波源，而后任意時刻，這些子波在波前進方向的包絡(luò)面便是新的波面。2.根據(jù)惠更斯原理，只要知道某一時刻的波陣面，就可以確定下一時刻的波陣面。波的反射 1.波遇到障礙物會返回來繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的反射 2.反射規(guī)律反射定律：入射線、法線、反射線在同一平面內(nèi)，入射線與反射線分居法線兩側(cè)，反射角

11、等于入射角。入射角（i）和反射角（i）：入射波的波線與平面法線的夾角i叫做入射角反射波的波線與平面法線的夾角i 叫做反射角反射波的波長、頻率、波速都跟入射波相同波遇到兩種介質(zhì)界面時，總存在反射波的折射 1.波的折射：波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，波的傳播方向發(fā)生了改變的現(xiàn)象叫做波的折射2.折射規(guī)律： (1).折射角（r）：折射波的波線與兩介質(zhì)界面法線的夾角r叫做折射角（2）.折射定律：入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)，入射線與折射線分居法線兩側(cè)入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一種介質(zhì)中的速度跟波在第二種介質(zhì)中的速度之比：當入射速度大于折射速度時，折射角折向法線.當入射速度小于折射速度時

12、，折射角折離法線.當垂直界面入射時，傳播方向不改變，屬折射中的特例在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波長都發(fā)生改變 波發(fā)生折射的原因：是波在不同介質(zhì)中的速度不同波的干涉和衍射 衍射：波繞過障礙物或小孔繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。產(chǎn)生顯著衍射的條件是障礙物或孔的尺寸比波長小或與波長相差不多。 干涉：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，使某些區(qū)域振動減弱，并且振動加強和振動減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件是：兩列波的頻率相同，相差恒定。 穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象中，振動加強區(qū)和減弱區(qū)的空間位置是不變的，加強區(qū)的振幅等于兩列波振幅之和，減弱區(qū)振幅等于兩列波振幅之差。判斷加強與減弱區(qū)域的方法一般有兩

13、種：一是畫峰谷波形圖，峰峰或谷谷相遇增強，峰谷相遇減弱。二是相干波源振動相同時，某點到二波源程波差是波長整數(shù)倍時振動增強，是半波長奇數(shù)倍時振動減弱。干涉和衍射是波所特有的現(xiàn)象。88多普勒效應(yīng)1.多普勒效應(yīng)：由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率變化的現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。他是奧地利物理學(xué)家多普勒在1842年發(fā)現(xiàn)的。2.多普勒效應(yīng)的成因：聲源完成一次全振動，向外發(fā)出一個波長的波，頻率表示單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù)，而觀察者聽到的聲音的音調(diào)，是由觀察者接受到的頻率，即單位時間接收到的完全波的個數(shù)決定的。3.多普勒效應(yīng)是波動過程共有的特征

14、，不僅機械波，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應(yīng)。4.多普勒效應(yīng)的應(yīng)用: 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)上使用的胎心檢測器、血流測定儀等有許多都是根據(jù)這種原理制成。根據(jù)汽笛聲判斷火車的運動方向和快慢，以炮彈飛行的尖叫聲判斷炮彈的飛行方向等。紅移現(xiàn)象：在20世紀初，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)許多星系的譜線有“紅衣現(xiàn)象”，所謂“紅衣現(xiàn)象”，就是整個光譜結(jié)構(gòu)向光譜紅色的一端偏移，這種現(xiàn)象可以用多普勒效應(yīng)加以解釋：由于星系遠離我們運動，接收到的星光的頻率變小，譜線就向頻率變小（即波長變大）的紅端移動。科學(xué)家從紅移的大小還可以算出這種遠離運動的速度。這種現(xiàn)象，是證明宇宙在膨脹的一個有力證據(jù)。89電磁波 電磁波的傳播一、麥克斯韋電磁場理論1、電

15、磁場理論的核心之一：變化的磁場產(chǎn)生電場 在變化的磁場中所產(chǎn)生的電場的電場線是閉合的 (渦旋電場) 理解: (1) 均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定電場 (2) 非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化電場2、電磁場理論的核心之二：變化的電場產(chǎn)生磁場麥克斯韋假設(shè):變化的電場就像導(dǎo)線中的電流一樣,會在空間產(chǎn)生磁場,即變化的電場產(chǎn)生磁場 理解: (1) 均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定磁場 (2) 非均勻變化的電場產(chǎn)生變化磁場 規(guī)律總結(jié) 1、麥克斯韋電磁場理論的理解:恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電

16、場 2、電場和磁場的變化關(guān)系二、電磁波1、電磁場：如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場,那么這個變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場;這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生新的周期性變化的電場,變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的,形成不可分割的統(tǒng)一體,這就是電磁場這個過程可以用下圖表達。2、電磁波： 電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播就是電磁波.3、電磁波的特點：(1) 電磁波是橫波,電場強度E 和磁感應(yīng)強度 B按正弦規(guī)律變化,二者相互垂直,均與波的傳播方向垂直(2)電磁波可以在真空中傳播,速度和光速相同. v=f(3) 電磁波具有波的特性三、赫茲的電火花 赫茲觀察到了電磁波的反射,折射,干涉,

17、偏振和衍射等現(xiàn)象.，他還測量出電磁波和光有相同的速度.這樣赫茲證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論，赫茲在人類歷史上首先捕捉到了電磁波。90電磁振蕩 電磁波的發(fā)射和接收 LC回路振蕩電流的產(chǎn)生 先給電容器充電，把能以電場能的形式儲存在電容器中。 （1）閉合電路，電容器C通過電感線圈L開始放電。由于線圈中產(chǎn)生的自感電動勢的阻礙作用。放電開始瞬時電路中電流為零，磁場能為零，極板上電荷量最大。隨后，電路中電流加大，磁場能加大，電場能減少,直到電容器C兩端電壓為零。放電結(jié)束，電流達到最大、磁場能最多。 （2）由于電感線圈L中自感電動勢的阻礙作用電流不會立即消失，保持原來電流方向，對電容器反方向充電，磁場能減

18、少，電場能增多。充電流由大到小，充電結(jié)束時，電流為零。 接著電容器又開始放電，重復(fù)（1）、（2）過程，但電流方向與（1）時的電流方向相反。 電磁波的發(fā)射和接收 有效的向外發(fā)射電磁波的條件： （1）要有足夠高的振蕩頻率，因為頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。 （2）振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間，才有可能有效的將電磁場的能量傳播出去。 采用什么手段可以有效的向外界發(fā)射電磁波？ 改造 振蕩電路由閉合電路成開放電路 電磁波的接收條件 電諧振：當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強，這種現(xiàn)象叫做電諧振。 調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程。通過改變電容

19、器電容來改變調(diào)諧電路的頻率。 檢波：從接收到的高頻振蕩中“檢”出所攜帶的信號。91電磁波譜及其應(yīng)用 光的電磁說（1）麥克斯韋計算出電磁波傳播速度與光速相同，說明光具有電磁本質(zhì)（2）電磁波譜電磁波譜 無線電波 紅外線 可見光 紫外線 X射線 射線產(chǎn)生機理 在振蕩電路中，自由電子作周期性運動產(chǎn)生 原子的外層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的 原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的 原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的（3）光譜 觀察光譜的儀器，分光鏡 光譜的分類，產(chǎn)生和特征 發(fā)射光譜 連續(xù)光譜 產(chǎn)生 特征 由熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光產(chǎn)生的 由連續(xù)分布的，一切波長的光組成 明線光譜 由稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生的 由不連續(xù)的一些亮線組成吸收

20、光譜 高溫物體發(fā)出的白光，通過物質(zhì)后某些波長的光被吸收而產(chǎn)生的 在連續(xù)光譜的背景上，由一些不連續(xù)的暗線組成的光譜 光譜分析： 一種元素，在高溫下發(fā)出一些特點波長的光，在低溫下，也吸收這些波長的光，所以把明線光波中的亮線和吸收光譜中的暗線都稱為該種元素的特征譜線，用來進行光譜分析。 電磁波的應(yīng)用： 1、電視簡單地說：電視信號是電視臺先把影像信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢园l(fā)射的電信號 ，發(fā)射出去后被接收的電信號通過還原，被還原為光的圖象重現(xiàn)熒光屏。電子束把一幅圖象按照各點的明暗情況，逐點變?yōu)閺娙醪煌男盘栯娏鳎ㄟ^天線把帶有圖象信號的電磁波發(fā)射出去。 2、雷達工作原理利用發(fā)射與接收之間的時間差，計算出物體的距離。 3、手機在待機狀態(tài)下，手機不斷的發(fā)射電磁波，與周圍環(huán)境交換信息。手機在建立連接的過程中發(fā)射的電磁波特別強。