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第十一章机械振动
一、机械振动
(一)简谐运动
1、简谐运动的特征1)运动学特征振动物体分开平衡位置的位移随时间按正弦规律改变在振动中位移常指是物体分开平衡位置的位移2)动力学特征回复力的大小及振动物体分开平衡的位移成正比,方向及位移方向相反(指向平衡位置)
①回复力使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力
②回复力是依据力的效果来命名的
③回复力的方向总是指向平衡位置
④回复力可以是物体所受的合外力,也可以是几个力的合力,也可以是一个力,或者某个力的分力
⑤由回复力产生的加速度及位移成正比,方向及位移方向相反=--Xm
⑥证明一个物体是否是作简谐运动,只须要看它的回复力的特征
2、简谐运动的运动学分析1)简谐运动的运动过程分析
(1)常用模型弹簧振子(其运动过程代表了简谐运动的过程)
(2)运动过程简谐运动的根本过程是两个加速度减小的加速运动过程和两个加速度增大的减速运动过程
(3)简谐运动的对称性做简谐运动的物体在经过关于平衡位置对称的两点时,两处的加速度、速度、回复力大小相等(大小相等、相等)动能、势能相等(大小相等、相等)2)表征简谐运动的物理量
(1)振幅振动物体分开平衡位置的最大间隔叫做振动的振幅
①振幅是标量
②振幅是反映振动强弱的物理量
(2)周期和频率
①振动物体完成一次全振动所用的时间叫做振动的周期
②单位时间内完成全振动的次数叫做全振动的频率它们的关系是厂在一个周期内振动物体通过的路程为振幅的4倍;在半个周期内振动物体通过的路程为振幅2倍;在四个周期内物体通过的路程不肯定等于振幅3)简谐运动的表达式x=Asin(+o)4)简谐运动的图像振动图像表示了振动物体的位移随时间改变的规律反映了振动质点在全部时刻的位移从图像中可得到的信息
①某时刻的位置、振幅、周期
②速度方向一顺时而去;大小比拟一看位移大小
③加速度方向f及位移方向相反;大小一及位移成正比
3、简谐运动的能量转化过程1)简谐运动的能量简谐运动的能量就是振动系统的总机械能
①振动系统的机械能及振幅有关,振幅越大,则系统机械能越大
②阻尼振动的振幅越来越小2)简谐运动过程中能量的转化系统的动能和势能互相转化,转化过程中机械能的总量保持不变在平衡位置处,动能最大势能最小,在最大位移处,势能最大,动能为零
(二)简谐运动的一个典型例子一单摆单摆振动的回复力摆球重力的切向分力单摆振动看成简谐运动的条件对周期公式的理解和应用留意以下几个问题
①简谐振动物体的周期和频率是由振动系统本身的条件确定的
②单摆周期公式中的L是指摇摆圆弧的圆心到摆球重心的间隔,一般也叫等效摆长
4、利用单摆测重力加速度
(三)受迫振动
1、受迫振动的含义物体在外界驱动力的作用下的运动叫做受迫振动
2、受迫振动的规律物体做受迫振动的频率等于策划力的频率,而跟物体固有频率无关1)受迫振动的频率物体做稳定的受迫振动时振动频率等于驱动力的频率,及物体的固有频率无关2)受迫振动的振幅及振动物体的固有频率和驱动力频率差有关
3、共振当策划力的频率跟物体固有频率相等时,受迫振动的振幅最大,这种现象叫共振
(1)条件驱动力的频率等于物体的固有频率
(2)特点振幅最大共振是受迫振动的一种特别状况声波的共振现象叫做共鸣第十二章机械波
二、机械波
1、机械波的含义1)机械波的含义机械振动在介质中的传播,形成机械波
①机械波传播到什么地方,该处的质点就要在其平衡位置旁边振动(重复振源的振动)
②介质中各质点的振动都是受迫振动
③简谐运动在介质中的传播形成的机械波称为简谐波2)机械波产生的条件
(1)要有波源,
(2)要有传播振动的介质3)机械波传播的内容传播振动,传播波形,传播能量,但不传播物质4)机械波的种类
(1)横波质点振动方向及波的传播方向垂直
(2)纵波质点振动方向及波的传播方向在同始终线上
2、描绘机械波的物理量1)波长
(1)含义在波的传播方向上,相对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的间隔,叫波长相隔波长整数倍的两质点的振动状况一样,相隔半个波长的奇数倍的两质点的振动状况相反
(2)几种说法
①一个周期时间内波传播的间隔是一个波长
②在横波中,两个相邻的波峰(或波谷)间的间隔,等于波长
③在纵波中,两个相邻的密部(或疏部)间的间隔,等于波长
(3)确定因素由介质及振源共同确定2)波的周期和频率
(1)含义波在传播过程中介质中各质点的振动周期及频率
(2)确定因素由振源确定,及介质无关3)波速波速反映波在介质中传播的快慢V=-=-=AftT
3、波的图像
(1)波的图像描绘的问题介质中各个质点在某一时刻相对平衡位置的位移
(2)作法横坐标一各质点的平衡位置;纵坐标一各质点在同一时刻的位移
①简谐波的图像是正弦曲线
②不同时刻波的图像不同
(2)波的图像的物理意义
①各个质点的位置、波长、振幅
②下一时刻波的图像
③振动速度(方向一逆波而行;大小一比拟位移大小)
④加速度(方向一及位移方向相反;大小一及位移成正比)
4、波的现象1)波的反射及折射
(1)惠更斯原理
①波阵面(波面)振动状况一样的点组成的面
②波线及波面垂直的线,表示波的传播方向
③惠更斯原理介质中任一波面上的各点,都可以看做放射子波的波源,其后随意时刻,这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面
(2)波的反射
①反射波线及入射波线在同一平面内
②反射波线及入射波线分居界面法线的两侧
③反射角等于入射角
(3)波的折射:
①折射波线及入射波线在同一平面内
②折射波线及入射波线分居界面法线的两侧
③入射角的正弦及折射角的正弦之比为坐=匕sin%匕/2=第2种介质相对第1种介质的折射率2)波的衍射现象
(1)含义波绕过障碍物接着传播的现象叫做波的衍射
(2)发生明显衍射的条件孔、缝、障碍物的尺寸比波长小或跟波长相差不多一切波都能发生衍射,衍射是波特有的现象3)波的干预
(1)波的叠加原理几列波相遇时可以保持各自的运动状态接着传播;在他们重叠的区域内,介质的质点同时参及这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时分别引起的位移的矢量和
(2)波的干预
①波的干预的含义两列相干波叠加,使得某些区域振动加强,某些区域振动减弱,并且振动加强区域和振动减弱区域互相间隔,这种现象叫做波的干预.形成的图样叫做波干预图样一切波都可能发生干预,干预是波特有的现象
②产生干预的条件两列波的频率一样一相干条件
③规律A相遇观点波峰及波峰相遇一振动加强;波谷及波谷相遇一振动加强;波峰及波谷相遇一振动减弱B路程差观点路程差为波长的整数倍一振动加强;路程差为半波长的奇数倍一振动减弱※要求两波源的振动状况一样,否则无此结论4)多普勒效应
(1)含义由于波源和视察者之间有相对运动,使视察者感到波的频率发生改变的现象,叫做多普勒效应一切波都能发生多普勒效应
(2)规律
①当波源和视察者相对静止时,视察者接收到的频率等于波源的频率
②当波源和视察者相对靠近时,视察者接收到的频率大于波源的频率
③当波源和视察者相对远离时,视察者接收到的频率小于波源的频率设波源S振动的频率为了波源和视察者A孝沿同始终线运动,相对于地面的速度分别为及和7a波在介质中的传播速度为VP且VSVpVAVp则视察者接收到的频率为尸=匕二匕L/.上一心第十三章光
一、几何光学
1、光的直线传播
2、光的反射
3、光的折射1)介质的折射率
(1)定义光从真空射入某种介质时,入射角正弦及折射角正弦的比值称为这种介质的折射率V
(2)及光在介质中的速度的关系〃=—C2)光的折射定律
①折射光线及入射光线在同一平面内
②折射光线及入射光线分居界面法线的两侧
③入射角正弦及折射角正弦的关系为光从真空进入介质s1nl=nsin02光从介质进入真空包咯=sin%R3)测定玻璃的折射率
4、全反射
(1)含义光射到两种介质的界面上全部返回原介质而无折射的现象
(2)发生全反射的条件
①光从光密介质射向光疏介质
②入射角大于等于临界角
(4)光密介质及光疏介质两种介质相比,折射率大的介质称为光密介质;折射率小的介质称为光疏介质
(4)临界角
①含义折射角为90°时对应的入射角
②计算公式sinC=-(从介质射向真空)n
(5)光从光密介质射向光疏介质时的其他状况入射角增大折射角增大,折射光的强度变小
(6)全反射的应用一光导纤维※光导纤维的应用医学上的内窥镜,光纤通信
5、白光经过棱镜的色散
(1)产生的缘由不同色光在同一介质中的传播速度不同
(2)说明的问题白光是一种复色光
(3)不同色光折射率、光速、频率、波长的比拟
二、光的波动性
1、光的干预1)双缝干预x
(1)P点到两光源的路程差△=—dL
(2)相邻亮条纹或相邻暗条纹间隔:Ax=-Ad
(3)干预图样
①单色光干预等宽的明暗相间和条纹
②白光干预条纹是彩色的2)薄膜干预
(1)两反射光的路程差A=2d
(2)白光干预彩色图样
(3)应用
①增透膜厚度为X/4
②检查平面
(4)光的干预说明的问题光是一种波
2、光的衍射1)明显衍射的条件光的波长及孔、缝、障碍物的尺寸相差不多2)几种衍射
(1)光通过小孔的衍射
(2)光通过狭缝的衍射
(3)泊松亮斑
(4)衍射光栅狭缝数多一衍射条纹宽度变小,亮度增加
(5)衍射说明的问题光是一种波3^光的偏振1)光的偏振现象2)偏振光在垂直光的传播方向上只有某个特定方向振动的光3)反射现象中的偏振4)光的偏振说明的问题光是一种横波
三、激光的特性及应用
(1)相干性好应用于传递信息(光纤通信)
(2)平行度好准确测距(激光雷达)、读光盘
(3)亮度高切割、焊接(医学上的“光刀”、“焊接”视网膜)、引起核聚变第十四章电磁波
一、电磁波
1、麦克斯韦电磁理论
(1)改变的磁场产生电场
①匀称改变的磁场产生稳定的电场
②周期性改变的磁场产生周期性改变的电场
(2)改变的电场产生磁场
①匀称改变的电场产生稳定的磁场
②周期性改变的电场产生周期性改变的磁场
2、电磁场:
(1)含义改变的电场和改变的磁场交替产生,所形成的不行分别的统一体称为电磁场
(2)特点
①电场及磁场交替产生
②从产生处向外传播
3、电磁波
(1)含义电磁场在空中的传播
①电磁波是一种横波,具有横波的一切特性
②电磁波传播依靠的是电磁场的交替产生,不须要介质(及机械波不同)
③在真空中的传播速度为c=3Xl()8m/s在介质中的传播速度由介质确定,及波的频率有关
④关系V=Af
⑤预言电磁波存在的是麦克斯韦,首先用试验证明电磁波存在的是赫兹
(2)波的图像
二、电磁振荡
①电路中的电流、电容器极板上的电荷量、电容器中的电场、线圈中的磁场在作周期性改变
②振荡周期T=2ti4lCI
三、电磁波的放射的接收(均利用LC振荡电路)
1、无线电波的放射
(1)放射要求
①要有足够高的频率
②电场磁场要分散到尽可能大的空间要求的到达开放电路
(2)利用无线电波输送信号对高频电磁波进展调制(调幅、调频)
2、无线电波的接收对接收电路进展调谐取出信号要检波第十五章相对论简介
一、狭义相对论的根本假设
(1)在不同的惯性参考系中,一切物理定律都是一样的(相对性原理)
(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是一样的(光速不变原理)
二、狭义相对论的儿个重要结论
(1)“同时”的相对性在一个惯性系中同时发生的两事务,在另一个参考系中不同时
(2)长度的相对性物体运动时的长度(沿运动方向)比静止时的长度短
(3)时间间隔的相对性
(4)相对论质量物体静止及运动的质量不同
(5)物体的总能量。