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谁能帮我整理一下高二物理机械波和机械振动的知识点
高中物理机械振动和机械波知识点
1.简谐运动
(1)定义:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动,叫做简谐运动.
(2)简谐运动的特征:回复力F=-kx,加速度a=-kx/m,方向与位移方向相反,总指向平衡位置.
简谐运动是一种变加速运动,在平衡位置时,速度最大,加速度为零;在最大位移处,速度为零,加速度最大.
(3)描述简谐运动的物理量
①位移x:由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段,是矢量,其最大值等于振幅.
②振幅A:振动物体离开平衡位置的最大距离,是标量,表示振动的强弱.
③周期T和频率f:表示振动快慢的物理量,二者互为倒数关系,即T=1/f.
(4)简谐运动的图像
①意义:表示振动物体位移随时间变化的规律,注意振动图像不是质点的运动轨迹.
②特点:简谐运动的图像是正弦(或余弦)曲线.
③应用:可直观地读取振幅A、周期T以及各时刻的位移x,判定回复力、加速度方向,判定某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况.
2.弹簧振子:周期和频率只取决于弹簧的劲度系数和振子的质量,与其放置的环境和放置的方式无任何关系.如某一弹簧振子做简谐运动时的周期为T,不管把它放在地球上、月球上还是卫星中;是水平放置、倾斜放置还是竖直放置;振幅是大还是小,它的周期就都是T.
3.单摆:摆线的质量不计且不可伸长,摆球的直径比摆线的长度小得多,摆球可视为质点.单摆是一种理想化模型. (1)单摆的振动可看作简谐运动的条件是:最大摆角α5°.
(2)单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力.
(3)作简谐运动的单摆的周期公式为:T=2π
①在振幅很小的条件下,单摆的振动周期 跟振幅无关.
②单摆的振动周期跟摆球的质量无关,只与摆长L和当地的重力加速度g有关.
③摆长L是指悬点到摆球重心间的距离,在某些变形单摆中,摆长L应理解为等效摆长,重力加速度应理解为等效重力加速度(一般情况下,等效重力加速度g'等于摆球静止在平衡位置时摆线的张力与摆球质量的比值).
4.受迫振动
(1)受迫振动:振动系统在周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动.
(2)受迫振动的特点:受迫振动稳定时,系统振动的频率等于驱动力的频率,跟系统的固有频率无关.
(3)共振:当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时,振动物体的振幅最大,这种现象叫做共振.
共振的条件:驱动力的频率等于振动系统的固有频率.
.5.机械波:机械振动在介质中的传播形成机械波.
(1)机械波产生的条件:①波源;②介质
(2)机械波的分类 ①横波:质点振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波.横波有凸部(波峰)和凹部(波谷).
②纵波:质点振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波.纵波有密部和疏部.
[注意]气体、液体、固体都能传播纵波,但气体、液体不能传播横波.
(3)机械波的特点
①机械波传播的是振动形式和能量.质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波迁移.
②介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同.③离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动.
6.波长、波速和频率及其关系
(1)波长:两个相邻的且在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长.振动在一个周期里在介质中传播的距离等于一个波长.
(2)波速:波的传播速率.机械波的传播速率由介质决定,与波源无关.
(3)频率:波的频率始终等于波源的振动频率,与介质无关.
(4)三者关系:v=λf
7.★波动图像:表示波的传播方向上,介质中的各个质点在同一时刻相对平衡位置的位移.当波源作简谐运动时,它在介质中形成简谐波,其波动图像为正弦或余弦曲线.
(1)由波的图像可获取的信息
①从图像可以直接读出振幅(注意单位).②从图像可以直接读出波长(注意单位).
③可求任一点在该时刻相对平衡位置的位移(包括大小和方向)
④在波速方向已知(或已知波源方位)时可确定各质点在该时刻的振动方向.⑤可以确定各质点振动的加速度方向(加速度总是指向平衡位置)
(2)波动图像与振动图像的比较:
8.波动问题多解性
波的传播过程中时间上的周期性、空间上的周期性以及传播方向上的双向性是导致“波动问题多解性”的主要原因.若题目假设一定的条件,可使无限系列解转化为有限或惟一解
9.波的衍射
波在传播过程中偏离直线传播,绕过障碍物的现象.衍射现象总是存在的,只有明显与不明显的差异.波发生明显衍射现象的条件是:障碍物(或小孔)的尺寸比波的波长小或能够与波长差不多.
10.波的叠加
几列波相遇时,每列波能够保持各自的状态继续传播而不互相干扰,只是在重叠的区域里,任一质点的总位移等于各列波分别引起的位移的矢量和.两列波相遇前、相遇过程中、相遇后,各自的运动状态不发生任何变化,这是波的独立性原理.
11.波的干涉:
频率相同的两列波叠加,某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔的现象,叫波的干涉.产生干涉现象的条件:两列波的频率相同,振动情况稳定.
[注意]①干涉时,振动加强区域或振动减弱区域的空间位置是不变的,加强区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之和,减弱区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之差.
②两列波在空间相遇发生干涉,两列波的波峰相遇点为加强点,波峰和波谷的相遇点是减弱的点,加强的点只是振幅大了,并非任一时刻的位移都大;减弱的点只是振幅小了,也并非任一时刻的位移都最小. 如图若S1、S2为振动方向同步的相干波源,当PS1-PS2=nλ时,振动加强;当PS1-PS2=(2n+1)λ/2时,振动减弱。
12.声波
(1)空气中的声波是纵波,传播速度为340m/s. (2)能够引起人耳感觉的声波频率范围是:20~20000Hz.
(3)超声波:频率高于20000Hz的声波. ①超声波的重要性质有:波长短,不容易发生衍射,基本上能直线传播,因此可以使能量定向集中传播;穿透能力强.
②对超声波的利用:用声纳探测潜艇、鱼群,探察金属内部的缺陷;利用超声波碎石治疗胆结石、肾结石等;利用“B超”探察人体内病变.
13.多普勒效应:由于波源和观察者之间有相对运动使观察者感到频率发生变化的现象.其特点是:当波源与观察者有相对运动,两者相互接近时,观察者接收到的频率增大;两者相互远离时,观察者接收到的频率减小.
机械振动和机械波知识点有哪些?
1、弹簧振子
定义:周期和频率只取决于弹簧的劲度系数和振子的质量,与其放置的环境和放置的方式无任何关系。如某一弹簧振子做简谐运动时的周期为T,不管把它放在地球上、月球上还是卫星中;是水平放置、倾斜放置还是竖直放置;振幅是大还是小,它的周期就都是T。
2、单摆
定义:摆线的质量不计且不可伸长,摆球的直径比摆线的长度小得多,摆球可视为质点。单摆是一种理想化模型。
3、受迫振动
受迫振动:振动系统在周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动。受迫振动的特点:受迫振动稳定时,系统振动的频率等于驱动力的频率,跟系统的固有频率无关。
4、波动图像
定义:表示波的传播方向上,介质中的各个质点在同一时刻相对平衡位置的位移。当波源作简谐运动时,它在介质中形成简谐波,其波动图像为正弦或余弦曲线。
5、波动问题多解性
波的传播过程中时间上的周期性、空间上的周期性以及传播方向上的双向性是导致“波动问题多解性”的主要原因。若题目假设一定的条件,可使无限系列解转化为有限或唯一解。
有关高中物理 机械振动的所有知识点!
(一)机械振动
物体(质点)在某一中心位置两侧所做的往复运动就叫做机械振动,物体能够围绕着平衡位置做往复运动,必然受到使它能够回到平衡位置的力即回复力。回复力是以效果命名的力,它可以是一个力或一个力的分力,也可以是几个力的合力。
产生振动的必要条件是:a、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。b、阻力足够小。 (二)简谐振动
1. 定义:物体在跟位移成正比,并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐振动。简谐振动是最简单,最基本的振动。研究简谐振动物体的位置,常常建立以中心位置(平衡位置)为原点的坐标系,把物体的位移定义为物体偏离开坐标原点的位移。因此简谐振动也可说是物体在跟位移大小成正比,方向跟位移相反的回复力作用下的振动,即F=-kx,其中“-”号表示力方向跟位移方向相反。
2. 简谐振动的条件:物体必须受到大小跟离开平衡位置的位移成正比,方向跟位移方向相反的回复力作用。
3. 简谐振动是一种机械运动,有关机械运动的概念和规律都适用,简谐振动的特点在于它是一种周期性运动,它的位移、回复力、速度、加速度以及动能和势能(重力势能和弹性势能)都随时间做周期性变化。
(三)描述振动的物理量,简谐振动是一种周期性运动,描述系统的整体的振动情况常引入下面几个物理量。
1. 振幅:振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离,常用字母“A”表示,它是标量,为正值,振幅是表示振动强弱的物理量,振幅的大小表示了振动系统总机械能的大小,简谐振动在振动过程中,动能和势能相互转化而总机械能守恒。
2. 周期和频率,周期是振子完成一次全振动的时间,频率是一秒钟内振子完成全振动的次数。振动的周期T跟频率f之间是倒数关系,即T=1/f。振动的周期和频率都是描述振动快慢的物理量,简谐振动的周期和频率是由振动物体本身性质决定的,与振幅无关,所以又叫固有周期和固有频率。 (四)单摆:摆角小于5°的单摆是典型的简谐振动。
细线的一端固定在悬点,另一端拴一个小球,忽略线的伸缩和质量,球的直径远小于悬线长度的装置叫单摆。单摆做简谐振动的条件是:最大摆角小于5°,单摆的回复力F是重力在圆弧切线方向的分力。单摆的周期公式是T=。由公
式可知单摆做简谐振动的固有周期与振幅,摆球质量无关,只与L和g有关,其中L是摆长,是悬点到摆球球心的距离。g是
单摆所在处的重力加速度,在有加速度的系统中(如悬挂在升降机中的单摆)其g应为等效加速度。 (五)振动图象。
简谐振动的图象是振子振动的位移随时间变化的函数图象。所建坐标系中横轴表示时间,纵轴表示位移。图象是正弦或余弦函数图象,它直观地反映出简谐振动的位移随时间作周期性变化的规律。要把质点的振动过程和振动图象联系起来,从图象可以得到振子在不同时刻或不同位置时位移、速度、加速度,回复力等的变化情况。 (六)阻尼振动、受迫振动、共振。
简谐振动是一种理想化的振动,当外界给系统一定能量以后,如将振子拉离开平衡位置,放开后,振子将一直振动下去,振子在做简谐振动的图象中,振幅是恒定的,表明系统机械能不变,实际的振动总是存在着阻力,振动能量总要有所耗散,因此振动系统的机械能总要减小,其振幅也要逐渐减小,直到停下来。振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动,阻尼振动虽然振幅越来越小,但振动周期不变,振幅保持不变的振动叫无阻尼振动。
振动物体如果在周期性外力──策动力作用下振动,那么它做受迫振动,受迫振动达到稳定时其振动周期和频率等于策动力的周期和频率,而与振动物体的固有周期或频率无关。
物体做受迫振动的振幅与策动力的周期(频率)和物体的固有周期(频率)有关,二者相差越小,物体受迫振动的振幅越大,当策动力的周期或频率等于物体固有周期或频率时,受迫振动的振幅最大,叫共振。 【典型例题】
[例1] 一弹簧振子在一条直线上做简谐运动,第一次先后经过M、N两点时速度v(v≠0)相同,那么,下列说法正确的是( )
A. 振子在M、N两点受回复力相同 B. 振子在M、N两点对平衡位置的位移相同
C. 振子在M、N两点加速度大小相等 D. 从M点到N点,振子先做匀加速运动,后做匀减速运动
解析:建立弹簧振子模型如图所示,由题意知,振子第一次先后经过M、N两点时速度v相同,那么,可以在振子运动路径上确定M、N两点,M、N两点应关于平衡位置O对称,且由M运动到N,振子是从左侧释放开始运动的(若M点定在O点右侧,则振子是从右侧释放的)。建立起这样的物理模型,这时问题就明朗化了。
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因位移、速度、加速度和回复力都是矢量,它们要相同必须大小相等、方向相同。M、N两点关于O点对称,振子回复力应大小相等、方向相反,振子位移也是大小相等,方向相反。由此可知,A、B选项错误。振子在M、N两点的加速度虽然方向相反,但大小相等,故C选项正确。振子由M→O速度越来越大,但加速度越来越小,振子做加速运动,但不是匀加速运动。振子由O→N速度越来越小,但加速度越来越大,振子做减速运动,但不是匀减速运动,故D选项错误,由以上分析可知,该题的正确答案为C。
[例2] 一质点在平衡位置O附近做简谐运动,从它经过平衡位置起开始计时,经0.13 s质点第一次通过M点,再经0.1 s第二次通过M点,则质点振动周期的可能值为多大?
解析:将物理过程模型化,画出具体的图景如图1所示。设质点从平衡位置O向右运动到M点,那么质点从O到M运动时间为0.13 s,再由M经最右端A返回M经历时间为0. 1 s;如图2所示。
另有一种可能就是M点在O点左方,如图3所示,质点由O点经最右方A点后向左经过O点到达M点历时0.13 s,再由M向左经最左端A,点返回M历时0.1 s。根据以上分析,质点振动周期共存在两种可能性。如图2所示,可以看出O→M→A历时0.18 s,根据简谐运动的对称性,可得到T1=4×0.18 s=0.72 s。另一种可能如图3所示,由O→A→M历时tl=0.13 s,由M→A’历时t2=0.05 s,设M→O历时t,则4(t+t2)=t1+2t2+t,解得t=0. 01 s,则T2=4(t+t2)=0.24 s,所以周期的可能值为0.72 s和0.24 s
[例3] 甲、乙两弹簧振子,振动图象如图所示,则可知( )
A. 两弹簧振子完全相同 B. 两弹簧振子所受回复力最大值之比F甲∶F乙=2∶1 C. 振子甲速度为零时,振子乙速度最大 D. 振子的振动频率之比f甲∶f乙=1∶2
解析:从图象中可以看出,两弹簧振子周期之比T甲∶T乙=2∶1,得频率之比f甲∶f乙=1∶2,D正确。弹簧振子周期与振子质量、弹簧劲度系数k有关,周期不同,说明两弹簧振子不同,A错误。由于弹簧的劲度系数k不一定相同,所以两振子受回复力(F=kx)的最大值之比F甲∶F乙不一定为2∶1,所以B错误,对简谐运动进行分析可知,在振子到达平衡位置时位移为零,速度最大;在振子到达最大位移处时,速度为零,从图象中可以看出,在振子甲到达最大位移处时,振子乙恰到达平衡位置,所以C正确。答案为C、D。
[例4] 在海平面校准的摆钟,拿到某高山山顶,经过t时间,发现表的示数为t′,若地球半径为R,求山的高度h(不考虑温度对摆长的影响)。
解析:由钟表显示时间的快慢程度可以推知表摆振动周期的变化,而这种变化是由于重力加速度的变化引起的,所以,可以得知由于高度的变化引起的重力加速度的变化,再根据万有引力公式计算出高度的变化,从而得出山的高度。
一般山的高度都不是很高(与地球半径相比较),所以,由于地球自转引起的向心力的变化可以不考虑,而认为物体所受向心力不变且都很小,物体所受万有引力近似等于物体的重力。
(1)设在地面上钟摆摆长l,周期为T0,地面附近重力加速度g,拿到高山上,摆振动周期为T′,重力加速度为g′,应有
从而
(2)在地面上的物体应有在高山上的物体应有得
[例5] 在光滑水平面上,用两根劲度系数分别为k1、k2的轻弹簧系住一个质量为m的小球。开始时,两弹簧均处于原长,后使小球向左偏离x后放手,可以看到小球将在水平面上作往复振动。试问小球是否作简谐运动?
解析:为了判断小球的运动性质,需要根据小球的受力情况,找出回复力,确定它能否写成F=-kx的形式。以小球为研究对象,竖直方向处于力平衡状态,水平方向受到两根弹簧的弹力作用。设小球位于平衡位置O左方某处时,偏离平衡位置的位移为x,则左方弹簧受压,对小球的弹力大小为f1=k1x,方向向右。右方弹簧被拉伸,对小球的弹力大小为f2=k2x,方向向右。 小球所受的回复力等于两个弹力的合力,其大小为F=f1+f2=(k1+k2)x,方向向右。令k=k1+k2,上式可写成F=kx。由于小球所受回复力的方向与位移x的方向相反,考虑方向后,上式可表示为F=-kx。所以,小球将在两根弹簧的作用下,沿水平面作简谐运动。点评:由本题可归纳出判断物体是否作简谐运动的一般步骤:确定研究对象(整个物体或某一部分)→分析受力情况→找出回复力→表示成F=-kx的形式(可以先确定F的大小与x的关系,再定性判断方向)。
[例6] 如图所示,一轻质弹簧竖直放置,下端固定在水平面上,上端处于a位置,当一重球放在弹簧上端静止时,弹簧上端被压缩到b位置。现将重球(视为质点)从高于a位置的c位置沿弹簧中轴线自由下落,弹簧被重球压缩到最低位置d。以下关于重球运动过程的正确说法应是( )
A. 重球下落压缩弹簧由a至d的过程中,重球做减速运动。 B. 重球下落至b处获得最大速度。
图9-1 图9-2
A. 物体的动能为1J; B. 物块的重力势能为1.08J C. 弹簧的弹性势能为0.08J D. 物块的动能与重力势能之和为2.16J 解析:由题设条件画出示意图9-2,物体距地面26cm时的位置O即为物体做简谐运动的平衡位置。根据动能的对称性可知,物体距地面22cm时A”位置的动能与距地面30cm时A位置的动能相等。因此只需求出物体自由下落到刚接触弹簧时的动能即可。由机械能守恒定律得
。物体从A到A”的过程中弹性势能的增加为
,所以选项A、C正确。
单摆模型
【单摆模型简述】
在一条不可伸长的、忽略质量的细线下端栓一可视为质点的小球, 当不必考虑空气阻力的影响, 在摆角很小的情况下可看
作简谐运动, 其振动周期公式可导出为.2glT
【视角一】合理联想, 挖掘相关物理量.
例1. 试用秒表、小石块、细线估算电线杆的直径.
分析与解: 要估算电线杆的直径, 题目中没有给刻度尺, 因此, 用什么来替代刻度尺是问题的关键. 秒表、小石块似乎对测量电线杆的直径没有直接关系;若是联想到小石块可以与细线组成单摆, 秒表可用来测量时间,本题便不难解决了。
用等于n个电线杆圆周长的细线与小石块组成单摆,用秒表测出单摆m(30~50)次全振动所用时间t,则单摆振动的周
期,422
2
gTlglT电线杆的圆周长
nlL,电线杆的直径,Ld有.43
22
nmgld 【视角二】迁移与虚拟,活化模型方法.
例2. 一倾角α很小(α<2°
)的斜劈固定在水平地面, 高为h[如图1(a)].光滑小球从斜劈的顶点A由静止开始下滑, 到达底端B所用时间为t1. 如果过A、B两点将斜劈剜成一个光滑圆弧面, 使圆弧面在B点恰与底面相切, 该小球从A由静止开始下滑到B所用的时间为t2. 求t1与t2的比值.
分析与解: 当小球在斜劈上做匀加速直线运动时, 有sinh.2sin1sin211
21
ghttg,将斜劈剜成光滑圆弧面后.
虚拟并迁移单摆模型, 因2α<4°,小球在圆弧面运动时受重力与指向圆心的弹力作用, 这与单摆振动时的受力:重力与指向悬点的拉力类似. 如图1(b)所示. 则小球在圆弧面上的运动就是我们熟知的简谐运动. 这样能使问题化繁为简, 化难为易,
迅速找到解决问题的途径.因为L-h=Lcos2α. 所以
2
sin22cos1h
hL
. 小球沿圆弧面从A运动到B的时间为单摆周
期的1/4. 故
.
2sin42412
ghgLt所以, t1∶t2=4∶π. 【视角三】 等效变换, 化解习题难度.
例3. 如图2(a)所示是一种记录地震装置的水平摆, 摆球m固定在边长为L、质量可略去不计的等边三角形的顶角A上, 它的对边BC跟竖直线成不大的夹角α,摆球可绕固定轴BC摆动, 求摆球作微小摆动时的周期.
分析与解: 该题有多种求解方法, 若采用等效法, 能化解难度, 关键是求等效摆长, 因摆球在竖直平面内平衡, 关于轴BC做微小振动, 将摆球所受重力作用线做反向延长, 在转轴BC延长 线上得交点O, 取O点为等效单摆的悬点,
则OA为等效摆长. 在图2(b)的三角形 OCA中运用正弦定理, 有sin120sinLOA
则sin23LOA故 sin232gLT.
A
B (b) A
h
B
(a)
L 2α α
图1
C
α A B m (a)
O
C α A B m (a)
图2
例7.如图所示为一单摆的共振曲线,求:
1。 该单摆的摆长约为多少?(近似认为g=2
m/s2
)
2共振时摆球的最大速度大小是多少? ③若摆球的质量为50克,则摆线的最大拉力是多少?
例11.如图所示,在一根张紧的水平绳上,悬挂有 a、b、c、d、e五个单摆,让a摆略偏离平衡位置后无初速释放,在垂直纸面的平面内振动;接着其余各摆也开始振动。下列说法中正确的有: A.各摆的振动周期与a摆相同 B.各摆的振幅大小不同,c摆的振幅最大 C.各摆的振动周期不同,c摆的周期最长 D.各摆均做自由振动
o A/
f/0.
00.
8 4
例12.如图所示。曲轴上挂一个弹簧振子,转动摇把,曲轴可带动弹簧振子上下振动。开始时不转动摇把,让振子自由振动,测得其频率为2Hz.现匀速转动摇把,转速为240r/min。(1)当振子稳定振动时,它的振动周期是多大?(2)转速多大时,弹簧振子的振幅最大?
解:(1)f弹簧振子=2Hz ,f摇把=240r/60s=4Hz,由于系统做受迫震动 所以f弹簧振子~=4Hz,所以T=1/4=0.25s (2) 由题意 发生共振时 弹簧振子的振幅最大 ,即 f摇把~=2Hz 时 此时 转速为120r/min
CB
BA
BA
CD
高中物理会考知识点总结
学习物理需要讲究 方法 和技巧,更要学会对知识点进行归纳整理。下面是我为大家整理的高中物理会考知识点,希望对大家有所帮助!
高中物理会考知识点 总结
第1章力
一、力:力是物体间的相互作用。
1、力的国际单位是牛顿,用N表示;
2、力的图示:用一条带箭头的有向线段表示力的大小、方向、作用点;
3、力的示意图:用一个带箭头的线段表示力的方向;
4、力按照性质可分为:重力、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力、核力等等;
(1)重力:由于地球对物体的吸引而使物体受到的力;
(A)重力不是万有引力而是万有引力的一个分力;
(B)重力的方向总是竖直向下的(垂直于水平面向下)
(C)测量重力的仪器是弹簧秤;
(D)重心是物体各部分受到重力的等效作用点,只有具有规则几何外形、质量分布均匀的物体其重心才是其几何中心;
(2)弹力:发生形变的物体为了恢复形变而对跟它接触的物体产生的作用力;
(A)产生弹力的条件:二物体接触、且有形变;施力物体发生形变产生弹力;
(B)弹力包括:支持力、压力、推力、拉力等等;
(C)支持力(压力)的方向总是垂直于接触面并指向被支持或被压的物体;拉力的方向总是沿着绳子的收缩方向;
(D)在弹性限度内弹力跟形变量成正比;F=Kx
(3)摩擦力:两个相互接触的物体发生相对运动或相对运动趋势时,受到阻碍物体相对运动的力,叫摩擦力;
(A)产生磨擦力的条件:物体接触、表面粗糙、有挤压、有相对运动或相对运动趋势;有弹力不一定有摩擦力,但有摩擦力二物间就一定有弹力;
(B)摩擦力的方向和物体相对运动(或相对运动趋势)方向相反;
(C)滑动摩擦力的大小F滑=μFN压力的大小不一定等于物体的重力;
(D)静摩擦力的大小等于使物体发生相对运动趋势的外力;
(4)合力、分力:如果物体受到几个力的作用效果和一个力的作用效果相同,则这个力叫那几个力的合力,那几个力叫这个力的分力;
(A)合力与分力的作用效果相同;
(B)合力与分力之间遵守平行四边形定则:用两条表示力的线段为临边作平行四边形,则这两边所夹的对角线就表示二力的合力;
(C)合力大于或等于二分力之差,小于或等于二分力之和;
(D)分解力时,通常把力按其作用效果进行分解;或把力沿物体运动(或运动趋势)方向、及其垂直方向进行分解;(力的正交分解法);
二、矢量:既有大小又有方向的物理量。
如:力、位移、速度、加速度、动量、冲量
标量:只有大小没有方向的物力量如:时间、速率、功、功率、路程、电流、磁通量、能量
三、物体处于平衡状态(静止、匀速直线运动状态)的条件:物体所受合外力等于零;
1、在三个共点力作用下的物体处于平衡状态者任意两个力的合力与第三个力等大反向;
2、在N个共点力作用下物体处于`平衡状态,则任意第N个力与(N-1)个力的合力等大反向;
3、处于平衡状态的物体在任意两个相互垂直方向的合力为零;
第2章直线运动
一、机械运动:一物体相对 其它 物体的位置变化,叫机械运动;
1、参考系:为研究物体运动假定不动的物体;又名参照物(参照物不一定静止);
2、质点:只考虑物体的质量、不考虑其大小、形状的物体;
(1)质点是一理想化模型;
(2)把物体视为质点的条件:物体的形状、大小相对所研究对象小的可忽略不计时;
如:研究地球绕太阳运动,火车从北京到上海;
3、时刻、时间间隔:在表示时间的数轴上,时刻是一点、时间间隔是一线段;
如:5点正、9点、7点30是时刻,45分钟、3小时是时间间隔;
4、位移:从起点到终点的有相线段,位移是矢量,用有相线段表示;路程:描述质点运动轨迹的曲线;
(1)位移为零、路程不一定为零;路程为零,位移一定为零;
(2)只有当质点作单向直线运动时,质点的位移才等于路程;
(3)位移的国际单位是米,用m表示
5、位移时间图象:建立一直角坐标系,横轴表示时间,纵轴表示位移;
(1)匀速直线运动的位移图像是一条与横轴平行的直线;
(2)匀变速直线运动的位移图像是一条倾斜直线;
(3)位移图像与横轴夹角的正切值表示速度;夹角越大,速度越大;
6、速度是表示质点运动快慢的物理量;
(1)物体在某一瞬间的速度较瞬时速度;物体在某一段时间的速度叫平均速度;
(2)速率只表示速度的大小,是标量;
7、加速度:是描述物体速度变化快慢的物理量;
(1)加速度的定义式:a=vt-v0/t
(2)加速度的大小与物体速度大小无关;
(3)速度大加速度不一定大;速度为零加速度不一定为零;加速度为零速度不一定为零;
(4)速度改变等于末速减初速。加速度等于速度改变与所用时间的比值(速度的变化率)加速度大小与速度改变量的大小无关;
(5)加速度是矢量,加速度的方向和速度变化方向相同;
(6)加速度的国际单位是m/s2
二、匀变速直线运动的规律:
1、速度:匀变速直线运动中速度和时间的关系:vt=v0+at
注:一般我们以初速度的方向为正方向,则物体作加速运动时,a取正值,物体作减速运动时,a取负值;
(1)作匀变速直线运动的物体中间时刻的瞬时速度等于初速度和末速度的平均;
(2)作匀变速运动的物体中间时刻的瞬时速度等于平均速度,等于初速度和末速度的平均;
2、位移:匀变速直线运动位移和时间的关系:s=v0t+1/2at
注意:当物体作加速运动时a取正值,当物体作减速运动时a取负值;
3、推论:2as=vt2-v02
4、作匀变速直线运动的物体在两个连续相等时间间隔内位移之差等于定植;s2-s1=aT2
5、初速度为零的匀加速直线运动:前1秒,前2秒,??位移和时间的关系是:位移之比等于时间的平方比;第1秒、第2秒??的位移与时间的关系是:位移之比等于奇数比。
三、自由落体运动:只在重力作用下从高处静止下落的物体所作的运动;
1、位移公式:h=1/2gt2
2、速度公式:vt=gt
3、推论:2gh=vt2
第3章牛顿定律
一、牛顿第一定律(惯性定律):一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种做状态为止。
1、只有当物体所受合外力为零时,物体才能处于静止或匀速直线运动状态;
2、力是该变物体速度的原因;
3、力是改变物体运动状态的原因(物体的速度不变,其运动状态就不变)
4、力是产生加速度的原因;
二、惯性:物体保持匀速直线运动或静止状态的性质叫惯性。
1、一切物体都有惯性;
2、惯性的大小由物体的质量唯一决定;
3、惯性是描述物体运动状态改变难易的物理量;
三、牛顿第二定律:物体的加速度跟所受的合外力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟物体所受合外力的方向相同。
1、数学表达式:a=F合/m;
2、加速度随力的产生而产生、变化而变化、消失而消失;
3、当物体所受力的方向和运动方向一致时,物体加速;当物体所受力的方向和运动方向相反时,物体减速。
4、力的单位牛顿的定义:使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力,叫1N;
四、牛顿第三定律:物体间的作用力和反作用总是等大、反向、作用在同一条直线上的;
1、作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失;
2、作用力和反作用力与平衡力的根本区别是作用力和反作用力作用在两个相互作用的物体上,平衡力作用在同一物体上。
第4章曲线运动 、万有引力定律
一、曲线运动:质点的运动轨迹是曲线的运动;
1、曲线运动中速度的方向在时刻改变,质点在某一点(或某一时刻)的速度方向是曲线在这一点的切线方向
2、、质点作曲线运动的条件:质点所受合外力的方向与其运动方向不在同一条直线上,且轨迹向其受力方向偏折。
3、曲线运动的特点:
4、曲线运动一定是变速运动;
5、曲线运动的加速度(合外力)与其速度方向不在同一条直线上;
6、力的作用:
(1)力的方向与运动方向一致时,力改变速度的大小;
(2)力的方向与运动方向垂直时,力改变速度的方向;
(3)力的方向与速度方向既不垂直,又不平行时,力既搞变速度的大小又改变速度的方向;
二、运动的合成和分解:
1、判断和运动的方法:物体实际所作的运动是合运动
2、合运动与分运动的等时性:合运动与各分运动所用时间始终相等;
3、合位移和分位移,合速度和分速度,和加速度与分加速度均遵守平行四边形定则;
三、平抛运动:被水平抛出的物体在在重力作用下所作的运动叫平抛运动;
1、平抛运动的实质:物体在水平方向上作匀速直线运动,在竖直方向上作自由落体运动的合运动;
2、水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动具有等时性;
3、求解方法:分别研究水平方向和竖直方向上的二分运动,在用平行四边形定则求和运动;
四、匀速圆周运动:质点沿圆周运动,如果在任何相等的时间里通过的圆弧相等,这种运动就叫做匀速圆周运动;
1、线速度的大小等于弧长除以时间:v=s/t,线速度方向就是该点的切线方向;
2、角速度的大小等于质点转过的角度除以所用时间:ω=Φ/t
3、角速度、线速度、周期、频率间的关系:
(1)v=2πr/T; (2) ω=2π/T; (3)V=ωr; (4)、f=1/T;
4、向心力:
(1)定义:做匀速圆周运动的物体受到的沿半径指向圆心的力,这个力叫向心力。
(2)方向:总是指向圆心,与速度方向垂直。
(3)特点:①只改变速度方向,不改变速度大小②是根据作用效果命名的。
(4)计算公式:F向=mv2/r=mω2r
5、向心加速度:a向= v/r=ωr
五、开普勒的三大定律:
1、开普勒第一定律:所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上;
说明:在中学间段,若无特殊说明,一般都把行星的运动轨迹认为是圆;
2、开普勒第三定律:所有行星与太阳的连线在相同的时间内扫过的面积相等;
3、开普勒第三定律:所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等;公式:R3/T2=K;
说明:(1)R表示轨道的半长轴,T表示公转周期,K是常数,其大小之与太阳有关;
(2)当把行星的轨迹视为圆时,R表示愿的半径;
(3)该公式亦适用与其它天体,如绕地球运动的卫星;
六、万有引力定律:自然界中任何两个物体都是互相吸引的,引力的大小跟这两个物体的质量成正比,跟它们的距离的二次方成反比.
1、计算公式:F=GMm/r2
2、解决天体运动问题的思路:
(1)应用万有引力等于向心力;应用匀速圆周运动的线速度、周期公式;
(2)应用在地球表面的物体万有引力等于重力;
(3)如果要求密度,则用m=ρV,V=4πR3/3
第5章机械能
一、功:功等于力和物体沿力的方向的位移的乘积;
1、计算公式:w=Fs;
2、推论:w=Fscosθ, θ为力和位移间的夹角;
3、功是标量,但有正、负之分,力和位移间的夹角为锐角时,力作正功,力与位移间的夹角是钝角时,力作负功;
二、功率:是表示物体做功快慢的物理量;
1、求平均功率:P=W/t;
2、求瞬时功率:p=Fv,当v是平均速度时,可求平均功率;
3、功、功率是标量;
三、功和能间的关系:功是能的转换量度;做功的过程就是能量转换的过程,做了多少功,就有多少能发生了转化;
四、动能定理:合外力做的功等于物体动能的变化。
1、数学表达式:w合=mvt2/2-mv02/2
2、适用范围:既可求恒力的功亦可求变力的功;
3、应用动能定理解题的优点:只考虑物体的初、末态,不管其中间的运动过程;
4、应用动能定理解题的步骤:
(1)对物体进行正确的受力分析,求出合外力及其做的功;
(2)确定物体的初态和末态,表示出初、末态的动能;
(3)应用动能定理建立方程、求解
五、重力势能:物体的重力势能等于物体的重量和它的速度的乘积。
1、重力势能用EP来表示;
2、重力势能的数学表达式: EP=mgh;
3、重力势能是标量,其国际单位是焦耳;
4、重力势能具有相对性:其大小和所选参考系有关;
5、重力做功与重力势能间的关系
(1)物体被举高,重力做负功,重力势能增加;
(2)物体下落,重力做正功,重力势能减小;
(3)重力做的功只与物体初、末为置的高度有关,与物体运动的路径无关
六、机械能守恒定律:在只有重力(或弹簧弹力做功)的情形下,物体的动能和势能(重力势能、弹簧的弹性势能)发生相互转化,但机械能的总量保持不变。
1、机械能守恒定律的适用条件:只有重力或弹簧弹力做功;
2、机械能守恒定律的数学表达式:
3、在只有重力或弹簧弹力做功时,物体的机械能处处相等;
4、应用机械能守恒定律的解题思路
(1)确定研究对象,和研究过程;
(2)分析研究对象在研究过程中的受力,判断是否遵受机械能守恒定律;
(3)恰当选择参考平面,表示出初、末状态的机械能;
(4)应用机械能守恒定律,立方程、求解;
第六章机械振动和机械波
一、机械振动:物体在平衡位置附近所做的往复运动,叫机械振动。
1、平衡位置:机械振动的中心位置;
2、机械振动的位移:以平衡位置为起点振动物体所在位置为终点的有向线段;
3、回复力:使振动物体回到平衡位置的力;
(1)回复力的方向始终指向平衡位置;
(2)回复力不是一重特殊性质的力,而是物体所受外力的合力;
4、机械振动的特点:
(1)往复性; (2)周期性;
二、简谐运动:物体所受回复力的大小与位移成正比,且方向始终指向平衡位置的运动;
(1)回复力的大小与位移成正比;
(2)回复力的方向与位移的方向相反;
(3)计算公式:F=-Kx;
如:音叉、摆钟、单摆、弹簧振子;
三、全振动:振动物体如:从0出发,经A,再到O,再到A/,最后又回到0的周期性的过程叫全振动。
例1:从A至o,从o至A/,是一次全振动吗?
例2:振动物体从A/,出发,试说出它的一次全振动过程;
四、振幅:振动物体离开平衡位置的最大距离。
1、振幅用A表示;
2、最大回复力F大=KA;
3、物体完成一次全振动的路程为4A;
4、振幅是表示物体振动强弱的物理量;振幅越大,振动越强,能量越大;
五、周期:振动物体完成一次全振动所用的时间;
1、T=t/n (t表示所用的总时间,n表示完成全振动的次数)
2、振动物体从平衡位置到最远点,从最远点到平衡为置所用的时间相等,等于T/4;
六、频率:振动物体在单位时间内完成全振动的次数;
1、f=n/t;
2、f=1/T;
3、固有频率:由物体自身性质决定的频率;
七、简谐运动的图像:表示作简谐运动的物体位移和时间关系的图像。
1、若从平衡位置开始计时,其图像为正弦曲线;
2、若从最远点开始计时,其图像为余弦曲线;
3、简谐运动图像的作用:
(1)确定简谐运动的周期、频率、振幅;
(2)确定任一时刻振动物体的位移;
(3)比较不同时刻振动物体的速度、动能、势能的大小:离平衡位置跃进动能越大、速度越大,势能越小;
(4)判断某一时刻振动物体的运动方向:质点必然向相邻的后一时刻所在位置运动
4、作受迫振动的物体的振动频率等于驱动力的频率与其固有频率无关;物体发生共振的条件:物体的固有频率等于驱动力的频率;
八、单摆:用一轻质细绳一端固定一小球,另一端固定在悬点的装置。
1、当单摆的摆角很小(小于5度)时,所作的运动是简谐运动;
2、单摆的周期公式:T=2π(l/g)1/2
3、单摆在摆动过程中的能量关系:在平衡位置动能最大、重力势能最小;在最远点动能为零,重力势能最大;
九、机械波:机械振动在介质中的传播就形成了机械波。
1、产生机械波的条件:
(1)有波源; (2)有介质;
2、机械波的实质:机械波只是机械振动这种运动形式的传播,介质本身不会沿播的传播方向移动;
3、波在传播时,各质点所作的运动形式:在波的传播过程中,各质点只在平衡位置两侧作往复运动,并不随波的前进而前移。
4、波的作用:
(1)传播能量; (2)传播信息;
5、机械波的种类:
(1)横波:质点的振动方向和播的传播方向垂直,这样的波叫横波。
如:水波、绳波、人浪等等;
(A)波峰:凸起的最高点叫波峰;
(B)波谷:凹下的最低点叫波谷;
(2)纵波:质点的振动方向和波的传播方向平行的波叫纵波;
(A)疏部:质点分布最稀疏的部分叫疏部;
(B)密部:质点分布最密集的部分叫密部;
(C)声波是纵波;
6、机械波的图像:建立一直角坐标系,横轴表示各质点的位置,纵轴表示各质点偏离平衡位置的位移,联接各点(x,y)所成的曲线就是机械波的图像; 机械波的图像是正弦曲线;
7、波长:两个相邻的,在振动过程中对平衡位置位移总是相等的质点间的距离叫波长;
(1)波长用 λ 表示;
(2)两个相邻的波峰或波谷间的距离等于波长;
8、介质中各质点的振动频率(周期)等于波源的振动频率(周期),这个频率就叫波动频率(周期);在一个周期内各质点传播的距离等于一个波长;
9、波速、波在介质中的传播速度叫波速;
(1)波速等于单位时间内波峰或波谷(密部或疏部)向前移动的距离;
(2)波在介质中是匀速传波的(波速恒定不变);
10、波长、波速、频率间的关系;V=λf
11、机械波在介质中的传播速度只与介质有关;
12、在波形图中质点向相邻的前一质点所在位置运动;
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