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高考物理《機械波》知識點整理
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高考物理《機械波》知識點整理 1
形成條件
波源
波源也稱振源，指能夠維持振動的傳播，不間斷的輸入能量，并能發(fā)出波的物體或物體所在的初始位置。波源即是機械波形成的必要條件，也是電磁波形成的必要條件。
波源可以認(rèn)為是第一個開始振動的質(zhì)點，波源開始振動后，介質(zhì)中的其他質(zhì)點就以波源的頻率做受迫振動，波源的頻率等于波的頻率。
介質(zhì)
廣義的介質(zhì)可以是包含一種物質(zhì)的另一種物質(zhì)。在機械波中，介質(zhì)特指機械波借以傳播的物質(zhì)。僅有波源而沒有介質(zhì)時，機械波不會產(chǎn)生，例如，真空中的鬧鐘無法發(fā)出聲音。機械波在介質(zhì)中的傳播速率是由介質(zhì)本身的固有性質(zhì)決定的。在不同介質(zhì)中，波速是不同的。
下表給出了0℃時，聲波在不同介質(zhì)的傳播速度，數(shù)據(jù)取自《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書-物理(選修3-4)》(2005年)。單位v/m·s^-1
傳播方式與特點
質(zhì)點的運動
機械波在傳播過程中，每一個質(zhì)點都只做上下(左右)的簡諧振動，即，質(zhì)點本身并不隨著機械波的傳播而前進(jìn)，也就是說，機械波的一質(zhì)點運動是沿一水平直線進(jìn)行的。例如：人的聲帶不會隨著聲波的傳播而離開口腔。簡諧振動做等幅震動,理想狀態(tài)下可看作做能量守恒的運動.阻尼振動為能量逐漸損失的運動
為了說明機械波在傳播時質(zhì)點運動的特點，現(xiàn)已繩波(右下圖)為例進(jìn)行介紹，其他形式的機械波同理。
繩波是一種簡單的橫波，在日常生活中，我們拿起一根繩子的一端進(jìn)行一次抖動，就可以看見一個波形在繩子上傳播，如果連續(xù)不斷地進(jìn)行周期性上下抖動，就形成了繩波。
把繩分成許多小部分，每一小部分都看成一個質(zhì)點，相鄰兩個質(zhì)點間，有彈力的相互作用。第一個質(zhì)點在外力作用下振動后，就會帶動第二個質(zhì)點振動，只是質(zhì)點二的振動比前者落后。這樣，前一個質(zhì)點的振動帶動后一個質(zhì)點的振動，依次帶動下去，振動也就發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播，從而形成了繩波。如果在繩子上任取一點系上紅布條，我們還可以發(fā)現(xiàn)，紅布條只是在上下振動，并沒有隨波前進(jìn)。
由此，我們可以發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)中的每個質(zhì)點，在波傳播時，都只做簡諧振動(可以是上下，也可以是左右)，機械波可以看成是一種運動形式的傳播，質(zhì)點本身不會沿著波的傳播方向移動。
對質(zhì)點運動方向的判定有很多方法，比如對比前一個質(zhì)點的運動;還可以用"上坡下，下坡上"進(jìn)行判定，即沿著波的傳播方向，向上遠(yuǎn)離平衡位置的質(zhì)點向下運動，向下遠(yuǎn)離平衡位置的質(zhì)點向上運動。
機械波傳播的本質(zhì)
在機械波傳播的過程中，介質(zhì)里本來相對靜止的質(zhì)點，隨著機械波的傳播而發(fā)生振動，這表明這些質(zhì)點獲得了能量，這個能量是從波源通過前面的質(zhì)點依次傳來的。所以，機械波傳播的實質(zhì)是能量的傳播，這種能量可以很小，也可以很大，海洋的潮汐能甚至可以用來發(fā)電，這是維持機械波(水波)傳播的能量轉(zhuǎn)化成了電能。
機械波
機械振動在介質(zhì)中的傳播稱為機械波。機械波與電磁波既有相似之處又有不同之處，機械波由機械振動產(chǎn)生，電磁波由電磁振蕩產(chǎn)生;機械波的傳播需要特定的介質(zhì)，在不同介質(zhì)中的傳播速度也不同，在真空中根本不能傳播，而電磁波，例如光波，可以在真空中傳播;機械波可以是橫波和縱波，但電磁波只能是橫波;機械波與電磁波的許多物理性質(zhì)，如：折射、反射等是一致的，描述它們的物理量也是相同的。常見的機械波有：水波、聲波、地震波。
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描述機械波的物理量——波長、波速和頻率(周期)的關(guān)系
⑴波長λ：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。
�、祁l率f：波的頻率由波源決定，在任何介質(zhì)中頻率保持不變。
�、遣ㄋ賤：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。
高中物理選修3-4重要知識點
相對論的時空觀
經(jīng)典物理學(xué)的時空觀(牛頓物理學(xué)的絕對時空觀)：時間和空間是脫離物質(zhì)而存在的，是絕對的，空間與時間之間沒有任何聯(lián)系。
相對論的時空觀(愛因斯坦相對論的相對時空觀)：空間和時間都與物質(zhì)的運動狀態(tài)有關(guān)。
相對論的時空觀更具有普遍性，但是經(jīng)典物理學(xué)作為相對論的特例，在宏觀低速運動時仍將發(fā)揮作用。
時間和空間的相對性(時長尺短)
1.同時的相對性：指兩個事件，在一個慣性系中觀察是同時的，但在另外一個慣性系中觀察卻不再是同時的。
2.長度的相對性：指相對于觀察者運動的物體，在其運動方向的長度，總是小于物體靜止時的長度。而在垂直于運動方向上，其長度保持不變。
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1.簡諧運動
(1)定義：物體在跟偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總是指向平衡位置的回復(fù)力的作用下的振動，叫做簡諧運動。
(2)簡諧運動的特征：回復(fù)力F=-kx，加速度a=-kx/m，方向與位移方向相反，總指向平衡位置。
簡諧運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，加速度最大。
(3)描述簡諧運動的物理量
�、傥灰苮：由平衡位置指向振動質(zhì)點所在位置的有向線段，是矢量，其最大值等于振幅。
�、谡穹鵄：振動物體離開平衡位置的最大距離，是標(biāo)量，表示振動的強弱。
�、壑芷赥和頻率f：表示振動快慢的物理量，二者互為倒數(shù)關(guān)系，即T=1/f。
(4)簡諧運動的圖像
�、僖饬x：表示振動物體位移隨時間變化的規(guī)律，注意振動圖像不是質(zhì)點的運動軌跡。
�、谔攸c：簡諧運動的圖像是正弦(或余弦)曲線。
�、蹜�(yīng)用：可直觀地讀取振幅A、周期T以及各時刻的位移x，判定回復(fù)力、加速度方向，判定某段時間內(nèi)位移、回復(fù)力、加速度、速度、動能、勢能的變化情況。
2.彈簧振子：周期和頻率只取決于彈簧的勁度系數(shù)和振子的質(zhì)量，與其放置的環(huán)境和放置的方式無任何關(guān)系。如某一彈簧振子做簡諧運動時的周期為T，不管把它放在地球上、月球上還是衛(wèi)星中;是水平放置、傾斜放置還是豎直放置;振幅是大還是小，它的周期就都是T。
3.單擺：擺線的質(zhì)量不計且不可伸長，擺球的直徑比擺線的長度小得多，擺球可視為質(zhì)點。單擺是一種理想化模型。
(1)單擺的振動可看作簡諧運動的條件是：最大擺角α<5°。
(2)單擺的回復(fù)力是重力沿圓弧切線方向并且指向平衡位置的分力。
�、僭谡穹苄〉臈l件下，單擺的振動周期跟振幅無關(guān)。
②單擺的振動周期跟擺球的質(zhì)量無關(guān)，只與擺長L和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭有關(guān)。
�、蹟[長L是指懸點到擺球重心間的距離，在某些變形單擺中，擺長L應(yīng)理解為等效擺長，重力加速度應(yīng)理解為等效重力加速度(一般情況下，等效重力加速度g‘等于擺球靜止在平衡位置時擺線的張力與擺球質(zhì)量的比值)。
4.受迫振動
(1)受迫振動：振動系統(tǒng)在周期性驅(qū)動力作用下的振動叫受迫振動。
(2)受迫振動的特點：受迫振動穩(wěn)定時，系統(tǒng)振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，跟系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。
(3)共振：當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率時，振動物體的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振。
共振的條件：驅(qū)動力的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率。
5.機械波：機械振動在介質(zhì)中的傳播形成機械波。
(1)機械波產(chǎn)生的條件：①波源;②介質(zhì)
(2)機械波的分類①橫波：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波。橫波有凸部(波峰)和凹部(波谷)。
②縱波：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波�？v波有密部和疏部。
[注意]氣體、液體、固體都能傳播縱波，但氣體、液體不能傳播橫波。
(3)機械波的特點
�、贆C械波傳播的是振動形式和能量。質(zhì)點只在各自的平衡位置附近振動，并不隨波遷移。
②介質(zhì)中各質(zhì)點的振動周期和頻率都與波源的振動周期和頻率相同。③離波源近的質(zhì)點帶動離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點依次振動。
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