物理選修3-4的知識點總結

一、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來回做往復運動，叫做機械振動。機械振動產生的條件是：①回覆力不為零；②阻力很小。使振動物體回到平衡位置的力叫做回覆力，回覆力屬於效果力，在具體問題中要注意分析什麼力提供了回覆力。

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，並且總是指向平衡位置的回覆力作用下的振動，叫做簡諧振動。 ②物體的振動參量，隨時間按正弦或餘弦規律變化的振動，叫做簡諧振動，

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，為適應振動特點還要引入一些新的物理量。

⑴位移x：由平衡位置指向振動質點所在位置的有向線段叫做位移。位移是矢量，其最大值等於振幅。

⑵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週期和頻率。

⑶週期T：振動物體完成一次餘振動所經歷的時間叫做週期。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。

⑷頻率f：振動物體單位時間內完成全振動的次數。

⑸角頻率ω：角頻率也叫角速度，即圓周運動物體單位時間轉過的弧度數。引入這個參量來描述振動的原因是人們在研究質點做勻速圓周運動的射影的運動規律時，發現質點射影做的是簡諧振動。因此處理複雜的簡諧振動問題時，可以將其轉化為勻速圓周運動的射影進行處理，這種方法大學聯考大綱不要求掌握。 週期、頻率、角頻率的關係是：T?

⑹相位?：表示振動步調的物理量。

4、研究簡諧振動規律的幾個思路：

⑴用動力學方法研究，受力特徵：回覆力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，加速度最大。

⑵用運動學方法研究：簡諧振動的速度、加速度、位移都隨時間作正弦或餘弦規律的變化，這種用正弦或餘弦表示的公式法在高中階段不要求學生掌握。

⑶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特徵是本章學習的重點之一。 ⑷從能量角度進行研究：簡諧振動過程，系統動能和勢能相互轉化，總機械能守恆，振動能量和振幅有關。

5、簡諧運動的表達式 2?1，T?. ?f

x?Αsin（?t??0）??sin（2?2?t??0）t??0，初相?0 振幅A，週期T，相位ΤΤ

6、簡諧運動圖象描述振動的物理量

1．直接描述量：

①振幅A；②週期T；③任意時刻的位移t.

2．間接描述量：

①頻率f：f?12? ②角速度?：?? TT

③x-t圖線上一點的切線的斜率等於v

3．從振動圖象中的x分析有關物理量(v，a，F)

簡諧運動的特點是週期性。在回覆力的作用下，物體的運動在空間上有往復性，即在平衡位置附近做往復的變加速(或變減速)運動；在時間上有周期性，即每經過一定時間，運動就要重複一次。我們能否利用振動圖象來判斷質點x，F，v，a的變化，它們變化的週期雖相等，但變化步調不同，只有真正理解振動圖象的物理意義，才能進一步判斷質點的運動情況。小結：①簡諧運動的圖象是正弦或餘弦曲線，與運動軌跡不同。②簡諧運動圖象反應了物體位移隨時間變化的關係。③根據簡諧運動圖象可以知道物體的振幅、週期、任一時刻的位移。

二、單擺的週期與擺長的關係（實驗、探究）

l 單擺週期公式：T?2? g 上述公式是大學聯考要考查的重點內容之一。對週期公式的理解和應用注意以下

幾個問題：①簡諧振動物體的週期和頻率是由振動系統本身的條件決定的。②單

單 擺

擺週期公式中的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。單擺週期公式中的g，由單擺所在的空間位置決定，還由單擺系統的運動狀態決定。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，因此應求出單擺所在地的等效g?值代入公式，即g不一定等於9.8m/s2。單擺系統運動狀態不同g值也不相同。例如單擺在向上加速發射的航天飛機內，設加速度為a，此時擺球處於超重狀態，沿圓弧切線的回覆力變大，擺球質量不變，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的單擺、擺球完全失重，回覆力為零，則重力加速度等效值g? = 0，週期無窮大，即單擺不擺動了。g還由單擺所處的物理環境決定。如帶小電球做成的單擺在豎直方向的勻強電場中，回覆力應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?的問題。一般情況下g?值等於擺球靜止在平衡位置時，擺線張力與擺球質量的比值。

三、受迫振動和共振

物體在週期性外力作用下的振動叫受迫振動。受迫振動的規律是：

物體做受迫振動的頻率等於策動力的頻率，而跟物體固有頻率無關。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，這種現象

叫共振。共振是受迫振動的一種特殊情況。 四、機械波橫波和縱波橫波的圖象 共振曲線，當驅動力的頻率

等於系統的固有頻率時，振1、機械波：機械振動在介質中的傳播過程叫機械波，機械波產生動的振幅最大

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。

2、橫波和縱波：質點的振動方向與波的傳播方向垂直的叫橫波。質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。

3、機械波的特點：⑴每一質點都以它的平衡位置為中心做簡振振動；後一質點的振動總是落後於帶動它的前一質點的振動。⑵波只是傳播運動形式（振動）和振動能量，介質並不隨波遷移。

4、橫波的圖象：用橫座標x表示在波的傳播方向上

各質點的平衡位置，縱座標y表示某一時刻各質點偏離平

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。波形曲線表示介質中的“各個質點”在

“某一時刻”的位移，振動圖象則表示介質中“某個質點”在“各個時刻”的位移。

五、描述機械波的物理量——波長、波速和頻率（週期）的關係

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

質點間的距離叫波長。振動在一個週期內在介質中傳播的距離等於波長。

⑵頻率f：波的頻率由波源決定，在任何介質中頻率保持不變。

⑶波速v：單位時間內振動向外傳播的距離。波速的大小由介質決定。 波速與波長和頻率的關係：v??

T，v=λf.

六、波的干涉和衍射

衍射：波繞過障礙物或小孔繼續傳播的現象。產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，使某些區域的.振動加強，使某些區域振動

減弱，並且振動加強和振動減弱區域相互間隔的現象。產生穩定干涉現象的條

件是：兩列波的頻率相同，相差恆定。

穩定的干涉現象中，振動加強區和減弱區的空間位置是不變的，加強區的

波的衍射

振幅等於兩列波振幅之和，減弱區振幅等於兩列波振幅之差。

判斷加強與減弱區域的方法一般有兩種：一是畫峯谷波形圖，

峯峯或谷谷相遇增強，峯谷相遇減弱。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倍時振動增強，是半波長

奇數倍時振動減弱。干涉和衍射是波所特有的現象。

七、多普勒效應

1.多普勒效應：由於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象叫做多普勒效應。是奧地利物理學家波的干涉 多普勒在1842年發現的。

2.多普勒效應的成因：聲源完成一次全振動，向外發出一個波長的波，頻率表示單位時間內完成的全振動的次數，因此波源的頻率等於單位時間內波源發出的完全波的個數，而觀察者聽到的聲音的音調，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決定的。

3.多普勒效應是波動過程共有的特徵，不僅機械波，電磁波和光波也會發生多普勒效應。

4.多普勒效應的應用: ①現代醫學上使用的胎心檢測器、血流測定儀等有許多都是根據這種原理製成。②根據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。③紅移現象：在20世紀初，科學家們發現許多星系的譜線有“紅移現象”，所謂“紅移現象”，就是整個光譜結構向光譜紅色的一端偏移，這種現象可以用多普勒效應加以解釋：由於星系遠離我們運動，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。科學家從紅移的大小還可以算出這種遠離運動的速度。這種現象，是證明宇宙在膨脹的一個有力證據。

八、電磁波及其應用、電磁波譜

一、麥克斯韋電磁場理論

1、電磁場理論的核心之一：變化的磁場產生電場

在變化的磁場中所產生的電場的電場線是閉合的(渦旋電場)

◎理解：① 均勻變化的磁場產生穩定電場

② 非均勻變化的磁場產生變化電場

2、電磁場理論的核心之二：變化的電場產生磁場

麥克斯韋假設:變化的電場就像導線中的電流一樣,會在空間產生磁場,即變化的電場產生磁場 ◎理解：①均勻變化的電場產生穩定磁場；②非均勻變化的電場產生變化磁場

二、電磁波

1、電磁場：如果在空間某區域中有周期性變化的電場,那麼這個變化的電場就在它周圍空間產生週期性變化的磁場;這個變化的磁場又在它周圍空間產生新的週期性變化的電場,變化的電場和變化的磁場是相互聯繫着的,形成不可分割的統一體,這就是電磁

場

這個過程可以用下圖表達。

2、電磁波：電磁場由發生區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

應強度 B按正弦規律變化,二者相互垂直,均與波的傳播方向垂。(2)電磁波可以在真空中傳播,速度和光速相同。(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、偏振和衍射等現象，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於光的電磁理論，赫茲在人類歷史上首先捕捉到了電磁波。

電磁波（譜）及其應用

⑴麥克斯韋計算出電磁波傳播速度與光速相同，説明光具有電磁本質，提出光就是一種電磁波。 ⑵電磁波譜

⑶電磁波的應用：

1、電視：電視信號是電視台先把影像信號轉變為可以發射的電信號 ，發射出去後被接收的電信號通過還原，被還原為光的圖象重現熒光屏。電子束把一幅圖象按照各點的明暗情況，逐點變為強弱不同的信號電流，通過天線把帶有圖象信號的電磁波發射出去。

2、雷達工作原理：利用發射與接收之間的時間差，計算出物體的距離。

3、手機：在待機狀態下，手機不斷的發射電磁波，與

周圍環境交換信息。手機在建立連接的過程中發射的電磁波

特別強。

電磁波與機械波的比較：

共同點：都能產生干涉和衍射現象；它們波動的頻率都取決於波源的頻率；在不同介質中傳播，頻率都不變．

不同點：機械波的傳播一定需要介質，其波速與介質的性質有關，與波的頻率無關．而電磁波本身就是一種物質，它可以在真空中傳播，也可以在介質中傳播．電磁波在真空中傳播的速度均為3.0×108s，在介質中傳播時，波速和波長不僅與介質性質有關，還與頻率有關．

不同電磁波產生的機理：無線電波是振盪電路中自由電子作週期性的運動產生的；紅外線、可見光、紫外線是原子外層電子受激發產生的；倫琴射線是原子內層電子受激發產生的；

γ

射線是原子核受激發產生的。

頻率(波長)不同的電磁波表現出作用不同：紅外線主要作用是熱作用，可以利用紅外線來加熱物體和進行紅外線遙感；紫外線主要作用是化學作用，可用來殺菌和消毒；倫琴射線有較強的穿透本領，利用其穿透本領與物質的密度有關，進行對人體的透視和檢查部件的缺陷；γ射線的穿透本領更大，在工業和醫學等領域有廣泛的應用，如探傷，測厚或用γ刀進行手術。

九、光的折射定律折射率

光的折射定律，也叫斯涅耳定律：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．如果用n12來表示這個比例常數，就有sin?1?n12 sin?2

折射率：光從一種介質射入另一種介質時，雖然入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數n，但是對不同的介質來説，這個常數n是不同的．這個常數n跟介質有關係，是一個反映介質的光學性質的物理量，我們把它叫做介質的折射率．

定義式：n12?sin?1（?1是光線在真空中與法線之間的夾角，?2是光線在介質中與法線之間sin?2

的夾角。）

光從真空射入某種介質時的折射率，叫做該種介質的絕對摺射率，

也簡稱為某種介質的折射率.

十、測定玻璃的折射率（實驗、探究）

實驗原理：如圖所示，入射光線AO由空氣射入玻璃磚，經OO1

後由O1B方向射出。作出法線NN1，則折射率n=sinα/sinγ

注意事項：手拿玻璃磚時，不準觸摸光潔的光學面，只能接觸毛面或