重难点16 机械振动与机械波　光　电磁波-2024年高考物理【热点·重点·难点】专练（新高考专用）

重难点16机械振动与机械波 光 电磁波 1.命题情境源自生产生活中的与机械振动与机械波、光、电磁波的相关的情境或科学探究情境，解题时能从具体情境中抽象出物理模型，正确应用相应知识点解决物理实际问题。 2. 机械振动与机械波的考查以图像为主，重点是简谐运动的特点、振动和波动图像、波的传播、波的叠加、波速的计算、波的多解问题以及用单摆测定重力加速度等。 3.光的考查主要以光的折射定律、全反射、光的干涉和光的衍射和光的双缝干涉实验。 一、简谐运动的五个特点 受力 回复力F＝－kx，F(或a)的大小与x的大小成正比，方向相反 运动 靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小 能量 振幅越大，能量越大。在运动过程中，动能和势能相互转化，系统的机械能守恒 周期性 做简谐运动的物体的位移、回复力、加速度和速度均随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为 对称性 (1)如图所示，做简谐运动的物体经过关于平衡位置O对称的两点P、P′(OP＝OP′)时，速度的大小、动能、势能相等，相对于平衡位置的位移大小相等 (2)物体由P到O所用的时间等于由O到P′所用的时间，即tPO＝tOP′ (3)物体往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用的时间相等，即tOP＝tPO (4)相隔或(n为正整数)的两个时刻，物体位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度大小相等，方向相反 二、利用图像可获取的信息 1．振幅A、周期T(或频率f)和初相位φ0。 2．某时刻振动质点离开平衡位置的位移。 3．某时刻质点速度的大小和方向：曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度大小和方向，速度的方向也可根据下一相邻时刻质点的位移的变化来确定。 4．某时刻质点的回复力和加速度的方向：回复力总是指向平衡位置，回复力和加速度的方向相同。 5．某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势能的变化情况。 三、单摆 1．单摆的受力特征 (1)回复力：摆球重力沿与摆线垂直方向的分力，F回＝－mg sin θ≈－x＝－kx，负号表示回复力F回与位移x的方向相反。 (2)向心力：细线的拉力和摆球重力沿细线方向分力的合力充当向心力，F向＝FT－mg cos θ。 (3)两个特殊位置： ①当摆球在最高点时，F向＝＝0，FT＝mg cos θ。 ②当摆球在最低点时，F向＝，F向最大，FT＝mg＋m。 2.等效重力加速度的理解 (1)对于不同星球表面：g＝，M与R分别为星球的质量与半径。 (2)单摆处于超重或失重状态时：g效＝g±a。 (3)重力场与匀强电场中：g效＝。 四、机械波 1．波的特点 (1)当Δt＝nT(n＝1，2，3…)时，两个时刻的波形相同，波传播的距离x＝nλ。 (2)在波的传播方向上：①当两质点平衡位置间的距离为nλ(n＝1，2，3…)时，它们的振动步调相同；②当两质点平衡位置间的距离为(2n＋1)(n＝0，1，2，3…)时，它们的振动步调相反。 2．波的传播方向与质点振动方向的互判 “上下坡”法 沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动 “同侧”法 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧 “微平移”法 将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断质点振动方向 3. 两种图像的比较 振动图像 波的图像 图像 物理意义 表示某质点各个时刻的位移 表示某时刻各质点的位移 图像变化 随时间推移，图像延续，但已有形状不变 随时间推移，图像沿传播方向平移 类比理解 记录一个人在一段时间内活动的录像带 记录在某时刻许多人的动作的集体照 图像信息 (1)质点的振动周期； (2)质点的振幅； (3)各时刻质点的位移； (4)各时刻的速度、加速度方向 (1)波长、振幅； (2)任意一质点在该时刻的位移； (3)任意一质点在该时刻的加速度方向； (4)传播方向、振动方向的互判 五、机械波的多解问题 1．波的多解问题的成因分析 双向性形成多解 (1)传播方向双向性：波的传播方向不确定。 (2)振动方向双向性：质点的振动方向不确定。 周期性形成多解 (1)时间的周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确。 (2)空间的周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不明确。 波形的隐含性形成多解 在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个特殊点，而其余信息均处于隐含状态。这样，波形就有多种情况，形成波动问题的多解性。 2.解决波的多解问题的一般思路 (1)首先找出造成多解的原因，比如考虑传播方向的双向性，可先假设波向右传播，再假设波向