第十一章

機(jī)械振動(dòng)

一、機(jī)械振動(dòng)：

（一）簡諧運(yùn)動(dòng)：

1、簡諧運(yùn)動(dòng)的特征：

1）運(yùn)動(dòng)學(xué)特征：振動(dòng)物體離開平衡位置的位移隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化

在振動(dòng)中位移常指是物體離開平衡位置的位移

2）動(dòng)力學(xué)特征：回復(fù)力的大小與振動(dòng)物體離開平衡的位移成正比，方向與位移方向相反（指向平衡位置）

①回復(fù)力：使振動(dòng)物體回到平衡位置的力叫做回復(fù)力。

②回復(fù)力是根據(jù)力的效果來命名的。

③回復(fù)力的方向總是指向平衡位置。

④回復(fù)力可以是物體所受的合外力，也可以是幾個(gè)力的合力，也可以是一個(gè)力，或者某個(gè)力的分力。

⑤由回復(fù)力產(chǎn)生的加速度與位移成正比，方向與位移方向相反

⑥證明一個(gè)物體是否是作簡諧運(yùn)動(dòng)，只需要看它的回復(fù)力的特征

2、簡諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析：

1）簡諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程分析：

（1）常用模型：彈簧振子（其運(yùn)動(dòng)過程代表了簡諧運(yùn)動(dòng)的過程）

（2）運(yùn)動(dòng)過程：

簡諧運(yùn)動(dòng)的基本過程是兩個(gè)加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)過程和兩個(gè)加速度增大的減速運(yùn)動(dòng)過程

（3）簡諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性：

做簡諧運(yùn)動(dòng)的物體在經(jīng)過關(guān)于平衡位置對(duì)稱的兩點(diǎn)時(shí)，兩處的加速度、速度、回復(fù)力大小相等

（大小相等、相等）。動(dòng)能、勢能相等（大小相等、相等）。

2）表征簡諧運(yùn)動(dòng)的物理量：

（1）振幅：振動(dòng)物體離開平衡位置的最大距離叫做振動(dòng)的振幅。

①振幅是標(biāo)量。

②振幅是反映振動(dòng)強(qiáng)弱的物理量。

（2）周期和頻率：

①振動(dòng)物體完成一次全振動(dòng)所用的時(shí)間叫做振動(dòng)的周期。

②單位時(shí)間內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)叫做全振動(dòng)的頻率。

它們的關(guān)系是T=1/f。

在一個(gè)周期內(nèi)振動(dòng)物體通過的路程為振幅的4倍；在半個(gè)周期內(nèi)振動(dòng)物體通過的路程為振幅2倍；在1/4個(gè)周期內(nèi)物體通過的路程不一定等于振幅

3）簡諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式：

4）簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像：

振動(dòng)圖像表示了振動(dòng)物體的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律。

反映了振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在所有時(shí)刻的位移。

從圖像中可得到的信息：

①某時(shí)刻的位置、振幅、周期

②速度：方向→順時(shí)而去；大小比較→看位移大小

③加速度：方向→與位移方向相反；大小→與位移成正比

3、簡諧運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)化過程：

1）簡諧運(yùn)動(dòng)的能量：簡諧運(yùn)動(dòng)的能量就是振動(dòng)系統(tǒng)的總機(jī)械能。

①振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能與振幅有關(guān)，振幅越大，則系統(tǒng)機(jī)械能越大。

②阻尼振動(dòng)的振幅越來越小。

2）簡諧運(yùn)動(dòng)過程中能量的轉(zhuǎn)化：

系統(tǒng)的動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中機(jī)械能的總量保持不變。

在平衡位置處，動(dòng)能最大勢能最小，在最大位移處，勢能最大，動(dòng)能為零。

（二）簡諧運(yùn)動(dòng)的一個(gè)典型例子→單擺：

1、單擺振動(dòng)的回復(fù)力：擺球重力的切向分力。

2、單擺振動(dòng)看成簡諧運(yùn)動(dòng)的條件：

3、單擺的振動(dòng)周期：T=2π

對(duì)周期公式的理解和應(yīng)用注意以下幾個(gè)問題：

①簡諧振動(dòng)物體的周期和頻率是由振動(dòng)系統(tǒng)本身的條件決定的。

②單擺周期公式中的L是指擺動(dòng)圓弧的圓心到擺球重心的距離，一般也叫等效擺長。

4、利用單擺測重力加速度：

（三）受迫振動(dòng)：

1、受迫振動(dòng)的含義：物體在外界驅(qū)動(dòng)力的作用下的運(yùn)動(dòng)叫做受迫振動(dòng)。

2、受迫振動(dòng)的規(guī)律：物體做受迫振動(dòng)的頻率等于策動(dòng)力的頻率，而跟物體固有頻率無關(guān)。

1）受迫振動(dòng)的頻率：物體做穩(wěn)定的受迫振動(dòng)時(shí)振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)。

2）受迫振動(dòng)的振幅：與振動(dòng)物體的固有頻率和驅(qū)動(dòng)力頻率差有關(guān)

3、共振：當(dāng)策動(dòng)力的頻率跟物體固有頻率相等時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。

（1）條件：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率

（2）特點(diǎn)：振幅最大

共振是受迫振動(dòng)的一種特殊情況。

聲波的共振現(xiàn)象叫做共鳴。

第十二章

機(jī)械波

二、機(jī)械波：

1、機(jī)械波的含義：

1）機(jī)械波的含義：機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，形成機(jī)械波。

①機(jī)械波傳播到什么地方，該處的質(zhì)點(diǎn)就要在其平衡位置附近振動(dòng)（重復(fù)振源的振動(dòng)）

②介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都是受迫振動(dòng)

③簡諧運(yùn)動(dòng)在介質(zhì)中的傳播形成的機(jī)械波稱為簡諧波

2）

機(jī)械波產(chǎn)生的條件：

（1）

要有波源，（2）要有傳播振動(dòng)的介質(zhì)。

3）機(jī)械波傳播的內(nèi)容：傳播振動(dòng)，傳播波形，傳播能量，但不傳播物質(zhì)

4）機(jī)械波的種類：

（1）橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直

（2）縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上

2、描述機(jī)械波的物理量：

1）波長：

（1）含義：在波的傳播方向上，相對(duì)平衡位置的位移總是相等的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離，叫波長。

相隔波長整數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況相同，相隔半個(gè)波長的奇數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況相反。

（2）幾種說法：

①一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)波傳播的距離是一個(gè)波長。

②在橫波中，兩個(gè)相鄰的波峰（或波谷）間的距離，等于波長。

③在縱波中，兩個(gè)相鄰的密部（或疏部）間的距離，等于波長。

（3）決定因素：由介質(zhì)與振源共同決定

2）波的周期和頻率：

（1）含義：波在傳播過程中介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期與頻率

（2）決定因素：由振源決定，與介質(zhì)無關(guān)

3）波速：波速反映波在介質(zhì)中傳播的快慢。V===f3、波的圖像：

（1）波的圖像描述的問題：介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻相對(duì)平衡位置的位移。

（2）作法：橫坐標(biāo)→各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置；縱坐標(biāo)→各質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻的位移

①簡諧波的圖像是正弦曲線

②不同時(shí)刻波的圖像不同

（2）

波的圖像的物理意義：

①各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置、波長、振幅

②下一時(shí)刻波的圖像

③振動(dòng)速度（方向→逆波而行；大小→比較位移大小）

④加速度（方向→與位移方向相反；大小→與位移成正比）

4、波的現(xiàn)象：

1）波的反射與折射：

（1）惠更斯原理：

①波陣面（波面）：振動(dòng)情況相同的點(diǎn)組成的面

②波線：與波面垂直的線，表示波的傳播方向

③惠更斯原理：介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn)，都可以看做發(fā)射子波的波源，其后任意時(shí)刻，這些子波在波前進(jìn)方向的包絡(luò)面就是新的波面

（2）波的反射：

①反射波線與入射波線在同一平面內(nèi)

②反射波線與入射波線分居界面法線的兩側(cè)

③反射角等于入射角

（3）

波的折射：

①折射波線與入射波線在同一平面內(nèi)

②折射波線與入射波線分居界面法線的兩側(cè)

③入射角的正弦與折射角的正弦之比為

第2種介質(zhì)相對(duì)第1種介質(zhì)的折射率

2）波的衍射現(xiàn)象：

（1）含義：波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射。

（2）發(fā)生明顯衍射的條件：孔、縫、障礙物的尺寸比波長小或跟波長相差不多。

一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象。

3）波的干涉：

（1）波的疊加原理：幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播；在他們重疊的區(qū)域內(nèi)，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)分別引起的位移的矢量和。

（2）波的干涉：

①波的干涉的含義：兩列相干波疊加，使得某些區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域振動(dòng)減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域和振動(dòng)減弱區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉.形成的圖樣叫做波干涉圖樣。

一切波都可能發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象。

②產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率相同→相干條件

③規(guī)律：

A：相遇觀點(diǎn)：

波峰與波峰相遇→振動(dòng)加強(qiáng)；

波谷與波谷相遇→振動(dòng)加強(qiáng)；

波峰與波谷相遇→振動(dòng)減弱

B：路程差觀點(diǎn)：路程差為波長的整數(shù)倍→振動(dòng)加強(qiáng)；

路程差為半波長的奇數(shù)倍→振動(dòng)減弱

※：要求兩波源的振動(dòng)情況相同，否則無此結(jié)論

4）多普勒效應(yīng)：

（1）含義：

由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者感到波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，叫做多普勒效應(yīng)。

一切波都能發(fā)生多普勒效應(yīng)

（2）規(guī)律：

①當(dāng)波源和觀察者相對(duì)靜止時(shí)，觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。

②當(dāng)波源和觀察者相對(duì)靠近時(shí)，觀察者接收到的頻率大于波源的頻率。

③當(dāng)波源和觀察者相對(duì)遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的頻率小于波源的頻率。

設(shè)波源S振動(dòng)的頻率為f，波源和觀察者A孝沿同一直線運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于地面的速度分別為vS和vA。波在介質(zhì)中的傳播速度為vp，且vS

光

一、幾何光學(xué)：

1、光的直線傳播：

2、光的反射：

3、光的折射：

1）介質(zhì)的折射率：

（1）定義：光從真空射入某種介質(zhì)時(shí)，入射角正弦與折射角正弦的比值稱為這種介質(zhì)的折射率

（2）與光在介質(zhì)中的速度的關(guān)系：

2）光的折射定律：

①折射光線與入射光線在同一平面內(nèi)

②折射光線與入射光線分居界面法線的兩側(cè)

③入射角正弦與折射角正弦的關(guān)系為

光從真空進(jìn)入介質(zhì)：

光從介質(zhì)進(jìn)入真空：

3）測定玻璃的折射率：

4、全反射：

（1）含義：光射到兩種介質(zhì)的界面上全部返回原介質(zhì)而無折射的現(xiàn)象

（2）發(fā)生全反射的條件：

①光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)

②入射角大于等于臨界角

（4）

光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)：兩種介質(zhì)相比，折射率大的介質(zhì)稱為光密介質(zhì)；

折射率小的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì)

（4）臨界角：

①含義：折射角為90○時(shí)對(duì)應(yīng)的入射角

②計(jì)算公式：（從介質(zhì)射向真空）

（5）光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)的其他情況：

入射角增大折射角增大，折射光的強(qiáng)度變小

（6）全反射的應(yīng)用→光導(dǎo)纖維：

※：光導(dǎo)纖維的應(yīng)用：醫(yī)學(xué)上的內(nèi)窺鏡，光纖通信

5、白光經(jīng)過棱鏡的色散

（1）產(chǎn)生的原因：不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同

（2）說明的問題：白光是一種復(fù)色光

（3）不同色光折射率、光速、頻率、波長的比較：

二、光的波動(dòng)性：

1、光的干涉：

1）雙縫干涉：

（1）P點(diǎn)到兩光源的路程差：

（2）相鄰亮條紋或相鄰暗條紋間隔：

（3）干涉圖樣：

①單色光干涉：等寬的明暗相間和條紋

②白光干涉：條紋是彩色的2）薄膜干涉：

（1）兩反射光的路程差：

（2）白光干涉：彩色圖樣

（3）應(yīng)用：

①增透膜：厚度為

②檢查平面：

（4）光的干涉說明的問題：光是一種波

2、光的衍射：

1）明顯衍射的條件：光的波長與孔、縫、障礙物的尺寸相差不多

2）幾種衍射：

（1）光通過小孔的衍射

（2）光通過狹縫的衍射

（3）泊松亮斑

（4）衍射光柵：狹縫數(shù)多→衍射條紋寬度變小，亮度增加

（5）衍射說明的問題：光是一種波

3、光的偏振：

1）光的偏振現(xiàn)象：

2）偏振光：在垂直光的傳播方向上只有某個(gè)特定方向振動(dòng)的光

3）反射現(xiàn)象中的偏振：

4）光的偏振說明的問題：光是一種橫波

三、激光的特性及應(yīng)用：

（1）相干性好：應(yīng)用于傳遞信息（光纖通信）

（2）平行度好：精確測距（激光雷達(dá)）、讀光盤

（3）亮度高：切割、焊接（醫(yī)學(xué)上的“光刀”、“焊接”視網(wǎng)膜）、引起核聚變

第十四章

電磁波

一、電磁波

1、麥克斯韋電磁理論

（1）變化的磁場產(chǎn)生電場

①均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場

②周期性變化的磁場產(chǎn)生周期性變化的電場

（2）變化的電場產(chǎn)生磁場

①均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場

②周期性變化的電場產(chǎn)生周期性變化的磁場

2、電磁場：

（1）含義：變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，所形成的不可分離的統(tǒng)一體稱為電磁場

（2）特點(diǎn)：

①電場與磁場交替產(chǎn)生

②從產(chǎn)生處向外傳播

3、電磁波：

（1）含義：電磁場在空中的傳播

①電磁波是一種橫波，具有橫波的一切特性

②電磁波傳播依靠的是電磁場的交替產(chǎn)生，不需要介質(zhì)（與機(jī)械波不同）

③在真空中的傳播速度為c=3×108m/s，在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)決定，與波的頻率有關(guān)

④關(guān)系：

⑤預(yù)言電磁波存在的是麥克斯韋，首先用實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波存在的是赫茲

（2）波的圖像：

二、電磁振蕩

①電路中的電流、電容器極板上的電荷量、電容器中的電場、線圈中的磁場在作周期性變化

②振蕩周期：

三、電磁波的發(fā)射的接收：（均利用LC振蕩電路）

1、無線電波的發(fā)射：

（1）發(fā)射要求：

①要有足夠高的頻率

②電場磁場要分散到盡可能大的空間

要求的達(dá)到：開放電路

（2）利用無線電波輸送信號(hào)：對(duì)高頻電磁波進(jìn)行調(diào)制（調(diào)幅、調(diào)頻）

2、無線電波的接收：對(duì)接收電路進(jìn)行調(diào)諧

取出信號(hào)：要檢波

第十五章

相對(duì)論簡介

一、狹義相對(duì)論的基本假設(shè)：

（1）在不同的慣性參考系中，一切物理定律都是相同的（相對(duì)性原理）

（2）真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的（光速不變?cè)恚?/p>

二、狹義相對(duì)論的幾個(gè)重要結(jié)論：

（1）“同時(shí)”的相對(duì)性：在一個(gè)慣性系中同時(shí)發(fā)生的兩事件，在另一個(gè)參考系中不同時(shí)

（2）長度的相對(duì)性：物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的長度（沿運(yùn)動(dòng)方向）比靜止時(shí)的長度短

（3）時(shí)間間隔的相對(duì)性：

（4）相對(duì)論質(zhì)量：物體靜止與運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量不同

（5）物體的總能量