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1、 一、機械振動 1物體做簡諧運動的動力學特征：回復力及加速度與位移大小成正比，方向總是與位移的方向相反，始終指向平衡位置回復力表達式為：F=-kx，回復力的來源是物體在振動方向所受到的合力 2物體做簡諧運動的運學特征是周期性運動，位移、回復力、加速度、速度都隨時間按正弦或余弦的規(guī)律變化，它們的周期均相同其位移隨時間變化的表達式為：x=Asin(wt+ ) . 3簡諧運動的能量特征是：振動的能量與振幅有關隨振幅的增大而增大.振動系統(tǒng)的動能和勢能相互轉化，總機械能守恒，能量的轉化周期是位移周期的1/2. 4簡諧運動的兩種典型實例是彈簧振子和單擺.當單擺擺動的角度a 10時，可以看成簡諧運動，其周期
2、公式為 . 二、機械波 1機械波的產(chǎn)生條件：波源；介質(zhì). 2機械波的特點 (1)機械波傳播的是振動的形式、能量和信息，質(zhì)點在各自的平衡位置附近做受迫振動，并不隨波遷移 (2)介質(zhì)中各質(zhì)點的振動周期和波的傳播周期都與波源的振動周期相同 (3)同種機械波的傳播速度只由介質(zhì)決定2Tlg 3波速、波長、周期、頻率的關系：v=lf . 4振動圖象和波動圖象的物理意義不同： 波的圖象反映了介質(zhì)中各個質(zhì)點在某一時刻相對平衡位置的位移從圖象中我們可以讀出該時刻各個質(zhì)點的位置、波長、振幅等 振動圖象反映了振動物體的位移隨時間變化的規(guī)律反映了振動質(zhì)點在所有時刻的位移從圖象中可讀出的信息有某時刻的位置、振幅、速度、
3、周期等 振動圖象隨時間推移圖象延續(xù)，但是已有的形態(tài)不變，而波動圖象隨時間的推移，圖象沿傳播方向傳播 5波長：在波的傳播方向上，相對平衡位置的位移總是相等的兩個相鄰質(zhì)點間的距離，叫波長一個周期時間內(nèi)波傳播的距離是一個波長波長是由波源和介質(zhì)共同決定的 6波的疊加原理(獨立傳播原理)幾列波相遇時能夠保持各自的狀態(tài)而不互相干擾在幾列波重疊的區(qū)域里，任何一個質(zhì)點的位移，都等于這幾列波分別在該質(zhì)點處引起的位移的矢量和 7波的現(xiàn)象 (1)波的疊加、干涉、衍射、多普勒效應 (2)波的干涉 必要條件：頻率相同 設兩列波到某一點的波程差為Dx.若兩波源振動情況完全相同，則 加強區(qū)始終加強，減弱區(qū)始終減弱 若兩波源
4、的振動情況相反，則加強區(qū)、減弱區(qū)的條件與上述相反 方法指導： 1判斷簡諧運動各物理量變化的方法： 兩組物理量：位移(回復力、加速度、勢能) 速度(動能)同組物理量大小變化趨勢相同，不同組物理量大小變化趨勢相反故只要分析出位移的變化趨勢就可以知道所有的其他量大小變化趨勢 2根據(jù)波的圖象判斷質(zhì)點振動方向法： (1)依次帶動法：前帶后，后跟前，運動狀態(tài)向后傳 (2)上下坡法：“上坡下，下坡上”答案：A本題考查簡諧運動中振子加速度【切入點】的特點xxA做簡諧運動的彈簧振子其加速度的方向指向平衡位置，加速度的大小與位移成正比四分之一周期，振子具有沿 軸正方向的最大加速度，說明四分之一周期時振子處于 軸的
5、負半軸且位移最大所以【解析】正確【點評】 分析振動過程中各物理量變化時，一定要以位移為橋梁，理清各物理量與位移的關系：位移增大時，回復力、加速度、勢能均增大，速度、動能減??；位移減小時，回復力、加速度、勢能均減小，速度、動能增大2受迫振動、共振【例2】一砝碼和一輕彈簧構成彈簧振子，如圖所示的裝置可用于研究該彈簧振子的受迫振動勻速轉動把手時，曲桿給彈簧振子一驅動力，使振子做受迫振動把手勻速轉動的周期就是驅動力的周期，改變把手勻速轉動的速度就可以改變驅動力的周期若保持把手不動，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡諧運動，振動圖線如圖甲所示當把手以某一速度勻速轉動，振 動達 到穩(wěn)定 時，砝碼的振動圖線如
6、圖乙所示 若用T0表示彈簧振子的固有周期，T表示驅動力的周期，y表示受迫振動達到穩(wěn)定后砝碼振動的振幅，則()A由圖線可知T0=4s B由圖線可知T0=8sC當T在4s附近時，y顯著增大；當T比4s小得多或 大得多時，y很小D當T在8s附近時，y顯著增大；當T比8s小得多或 大得多時，y很小. 【切入點】當外界周期性外力(策動力)的頻率(周期)等于彈簧振子的固有頻率(周期)時，振子的振動幅度達到最大，實現(xiàn)共振【解析】由題意可知，圖甲給出的是彈簧振子自由振動時的振動圖線，由圖線可知，彈簧振子自由振動時的固有周期T0=4s .所以A選項正確，B選項錯誤由共振現(xiàn)象發(fā)生的條件可知，當外界周期性外力(策動
7、力)的頻率(周期)等于彈簧振子的固有頻率(周期)時，振子的振動幅度達到最大，實現(xiàn)共振當外界周期性外力( 策動力 )的頻率(周期)比彈簧振子的固有頻率(周期)大許多或小許多時，振子的振動幅度都很小，故當外界周期性外力的周期T在4s附近時，振子的振動幅度y顯著增大，當T比4s小得多或大得多時，y都很小，所以C選項正確，D選項錯誤 【點評】 要正確理解受迫振動的頻率與驅動力的頻率之間的關系，以及做受迫振動的系統(tǒng)的振幅與驅動力頻率的關系是解決本題的關鍵，從圖線中獲取的信息的理解、消化、吸收和遷移能力也是高考要考查的重要能力 3波形圖象和振動圖象的關系 【切入點】本題考查波動圖象和振動圖象的綜合分析 【
8、答案】正向0.8【點評】波傳播的是能量和運動形式，各質(zhì)點在各自的平衡位置振動，不隨波一起遷移，振動圖象與波的圖象的結合問題，要注意深刻理解每種圖象表達的本質(zhì)，波形圖象反映的是波在傳播過程中同一時刻不同質(zhì)點的位置，而振動圖象則是同一質(zhì)點不同時刻的位置，解題時注意聯(lián)系與區(qū)別，防止干擾，比如振動圖象中時間軸是單向的，波動圖象中，波的傳播方向有兩種可能 4振動與波的多解問題【例4】(2012全國理綜卷)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，圖914(a)是t0時刻的波形圖，圖(b)和圖(c)分別是x軸上某兩處質(zhì)點的振動圖象由此可知，這兩質(zhì)點平衡位置之間的距離可能是() 4振動與波的多解問題【例4】(2012全
9、國理綜卷)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，圖914(a)是t0時刻的波形圖，圖(b)和圖(c)分別是x軸上某兩處質(zhì)點的振動圖象由此可知，這兩質(zhì)點平衡位置之間的距離可能是() 【切入點】本題考查波的圖象和振動圖象的聯(lián)系 【答案】 BD 5波的傳播特點 【例5】所示表示兩列相干水波的疊加情況，圖中的實線表示波峰，虛線表示波谷設兩列波的振幅均為5cm,且圖示的范圍內(nèi)振幅不變，波速和波長分別為1m/s和0.5m.C點是BE連線的中點，下列說法中正確的是()AC、E兩點都保持靜止不動B圖示時刻A、B兩點的豎直高度差為20cmC圖示時刻C點正處于平衡位 置且向水面上運動D從圖示的時刻起經(jīng)0.25s， B點通
10、過的路程為20cm 【解析】 由波的干涉知識可知圖中的質(zhì)點A、B、E的連線處波峰和波峰或波谷和波谷疊加是加強區(qū)，D、F和P、Q處波峰和波谷疊加是減弱區(qū)C、E兩點是振動的加強點，不可能靜止不動所以選項A錯誤 在圖示時刻，A在波峰，B在波谷，它們振動是 加強的，振幅均為兩列波的振幅之和，均為10cm，此時的高度差為20cm，所以選項B正確 A、B、C、E均在振動加強區(qū)，且在同一條直線上，由題圖可知波是由E處向A處傳播，在圖示時刻的波形圖線如圖所示，由圖可知C點向水面運動，所以C選項正確 波的周期T=l/v=0.5s，經(jīng)過0.25s，即經(jīng)過半個周期在半個周期內(nèi)，質(zhì)點的路程為振幅的2倍,所以振動加強點B的路程為20cm，所以D選項正確答案：BCD 【點評】 關于波的干涉，要正確理解穩(wěn)定的干涉圖樣是表示加強區(qū)和減弱區(qū)的相對穩(wěn)定，但加強區(qū)和減弱區(qū)還是在振動，加強區(qū)里兩列波分別引起質(zhì)點分振動的方向是相同的，減弱區(qū)里兩列波分別引起質(zhì)點分振動的方向是相反的，發(fā)生變化的是振幅增大和減少的區(qū)別，而且波形圖沿著波的傳播方向在前進
高考物理二輪總復習 專題9 第1講 機械振動與機械波課件 新人教版
