《（浙江版5年高考3年模拟A版）物理总复习专题十二机械振动和机械波课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（浙江版5年高考3年模拟A版）物理总复习专题十二机械振动和机械波课件（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题十二 机械振动和机械波 高考物理 浙江专用 考点一 机械振动 考向基础 一 振动及描述振动的物理量 1 机械振动 物体 或质点 在平衡位置附近所做的往复运动称为机械振 动 简称振动 2 回复力 振动物体所受的总是指向 平衡位置 的力 它可以是某 一个力 也可以是几个力的合力或某个力的分力 属于效果力 在具体问 题中要注意分析是什么力提供了回复力 考点清单单 3 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 无论振子从什么位置开始振动 其位移总是以 平衡 位置为初位 置 4 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 5 周期T和频率f
2、表示振动快慢的物理量 两者互为倒数关系 当T和f由振 动系统本身决定时 则叫固有周期和固有频率 定义如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律 即它的振动图像 x t图像 是一条正弦曲线 这样的振动叫做简谐运动 位移表达式x A sin t 特征动力学特征F kx 回复力大小与位移大小成正比 方向与位移方向相反 运动学特征a x 振动 图像 图像 意义反映质点的位移随时间变化的规律 不是质点的运动轨迹 特点所有简谐运动的图线都是正弦或余弦曲线 二 简谐运动 三 简谐运动的两种基本模型 模型弹簧振子 水平 单摆 简谐运 动条件 1 弹簧质量忽略不计 2 无摩擦等阻力 3 在弹性限度内 1 摆线
3、为不可伸长的轻细线 2 无空气等阻力 3 最大摆角 5 回复力弹簧的弹力提供F回 F弹 kx x为形变量 摆球重力沿与摆线垂直 即切线 方向的分力F 回 mg sin x l为摆长 x是相对平衡位 置的位移 平衡 位置 F回 0 a 0 弹簧处于原长 F回 0 a切 0 小球摆动的最低点 此时F向心 0 a a向心 0 能量转 化关系 弹性势能与动能的相互 转化 机械能守恒 重力势能与动能的相互转化 机械能守恒 固有 周期 T 2 T与振幅 无关 T 2 T与振幅 摆球质量无关 振动类型 项目 自由振动受迫振动共振 受力情况系统内部的相互作用力驱动力作用驱动力作用 振动周期或频 率 由系统本身
4、性质决定 即固有 周期或固有频率 由驱动力的周期或频 率决定 即T T驱或f f驱 T驱 T固或f驱 f固 振动能量振动系统的机械能不变由产生驱动力的物体 提供 振动物体获得的能量 最大 常见例子弹簧振子或单摆 5 机器工作时底座发生 的振动 共振筛 转速计等 四 固有振动 受迫振动和共振的关系比较 考向突破 考向一 简谐运动的描述 简谐运动的五个特征 1 动力学特征 F回 kx 表示回复力的方向与位移方向相反 k是比例 系数 不一定是弹簧的劲度系数 F kx是判定一个物体是否做简谐运动的依据 2 运动学特征 简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比而 方向相反 为变加速运动 远离平衡位
5、置时x F a均增大 v减小 靠近 平衡位置时则相反 3 运动的周期性特征 相隔nT n为正整数 的两个时刻振子处于同一位置 且运动状态相同 4 对称性特征 1 相隔T 2或 2n 1 T 2 n为正整数 的两个时刻 振子位置关于平衡位置 对称 位移 速度 加速度大小相等 方向相反 2 质点在距平衡位置相等距离的两个点上具有相等大小的速度 加速 度 在关于平衡位置对称相等距离上的运动时间也是相同的 3 经过1个周期 质点走过的路程一定为4倍振幅 经过半个周期 质点走 过的路程一定为2倍振幅 但经过四分之一个周期 质点走过的路程不一 定为1倍振幅 5 能量特征 振动的能量包括动能和势能 简谐运动
6、过程中 系统动能Ek 与势能Ep相互转化 系统的机械能守恒 例1 多选 读下表 如果表中给出的是做简谐运动的物体的位移x或速度v与时刻的对 应关系 T是振动周期 则下列选项中正确的是 A 若甲表示位移x 则丙表示相应的速度v B 若丁表示位移x 则甲表示相应的速度v C 若丙表示位移x 则甲表示相应的速度v D 若乙表示位移x 则丙表示相应的速度v 0T 4T 23T 4T 甲零正向最大零负向最大零 乙零负向最大零正向最大零 丙正向最大零负向最大零正向最大 丁负向最大零正向最大零负向最大 解析 仔细观察表中的每行便可发现 对于每一行 无论甲 或乙 丙 丁 是表示位移还是速度 该行所列出的与表中
7、几个特定时刻所对应的 状态都是符合简谐运动规律的 若甲表示位移x 根据甲行画出振动图像如图甲 符合以丙作为速度时 丙 行所给出的速度随时间的变化关系 故选项A正确 若丁表示位移x 根据丁行画出振动图像 见图乙 符合以甲作为速度时 甲行所给出的速度随时间的变化关系 故选项B也正确 同理 若以丙 乙表示位移x 画出振动图像如图丙 图丁 可见选项C D均错误 本题的正确选项为A B 答案 AB 考向二 单摆 对单摆周期公式T 2 的理解 1 公式成立的条件是单摆的摆角必须小于5 2 单摆的振动周期与单摆的振幅无关 与摆球的质量也无关 3 周期公式中摆长为l 摆长l是指摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离
8、4 单摆周期公式中的g值 1 只受重力和线拉力 且悬点静止或做匀速直线运动的单摆 g为当地重 力加速度 在地球上不同位置g的取值不同 不同星球表面g值也不相同 2 单摆处于超重或失重状态时等效重力加速度g g0 a或g g0 a 如在轨道上 运动的卫星加速度a g0 为完全失重 等效重力加速度g 0 例2 2017浙江宁波诺丁汉大学附中期中 15 将一单摆向左拉至水平 标志线上 从静止释放 当摆球运动到最低点时 摆线碰到障碍物 摆球继 续向右摆动 用频闪照相机拍到如图所示的单摆运动过程的频闪照片 以下说法正确的是 A 摆线碰到障碍物前后的摆长之比为9 4 B 摆线碰到障碍物前后的摆长之比为3
9、2 C 摆球经过最低点时 线速度变小 半径减小 摆线张力变大 D 摆球经过最低点时 角速度变大 半径减小 摆线张力不变 解析 由单摆的周期公式T 2 可知 L T2 由于是频闪照片 图中相 邻两小球的影像的时间间隔是相同的 所以周期之比是3 2 周期平方 之比是9 4 A正确 B错误 由机械能守恒知 摆球经过最低点时 线速 度不变 由T mg m 可知 r减小 摆线张力T变大 故C D错误 答案 A 考点二 机械波 考向基础 一 机械波 定义 机械振动 在介质中的传播形成机械波 产生条件 有波源 有介质 形成原因介质中的质点受波源或邻近质点的驱动做 受迫振动 分类横波振动方向与传播方向 垂直
10、的波 如绳波 纵波振动方向与传播方向 在同一直线上 的波 如声波 二 机械波的描述 1 波长 在波动中 振动相位总是 相同 的两个相邻质点间的距离 叫做波长 2 频率f 波的频率就是 波源 的振动频率 3 波速v 波在介质中的传播速度 4 波速与波长和频率的关系 v f 三 波的图像 1 图像的建立 在平面直角坐标系中 用横坐标表示介质中各质点 平 衡位置 用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的 位移 连接各位移矢量的末端 得出的曲线即波的图像 简谐波的图像是正弦 或余弦 曲线 2 图像的物理意义 某一时刻介质中各质点相对 平衡位置 的位移 四 波的特性 1 波的干涉 1 波的叠加 几列波相
11、遇时能够保持各自的运动状态继续传播 在它们 重叠的区域里 介质的质点同时参与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引起的 位移的矢量和 2 波的干涉 稳定的叠加 a 定义 频率相同的两列波叠加时 某些区域的振幅 加大 某些区 域的振幅 减小 这种现象叫波的干涉 b 产生干涉的条件 两列波的 频率 必须相同 相位差恒定 注意 加强区的质点振动加强只是其振幅变大 并不是质点一直处于位 移最大处 质点的位移随时间仍然按照正弦 或余弦 规律变化 2 波的衍射 1 定义 波绕过障碍物继续传播的现象 2 产生明显衍射现象的条件 障碍物的尺寸或孔 缝 的宽度跟波长 相差不多 或者比波长 更小
12、 3 多普勒效应 1 定义 由于波源和观察者之间有相对运动 使观察者接收到的波的频 率发生变化的现象叫多普勒效应 2 产生条件 波源和观察者之间有 相对运动 3 规律 当波源与观察者相互靠近时 观察者感受到的频率 升高 当波源与观察者相互远离时 观察者感受到的频率 降低 发生多普勒效应时 波源的真实频率不会发生任何变化 只是观察者接 收到的频率发生了变化 五 惠更斯原理 1 波面与波线 1 波面 在波的传播过程中 任一时刻任何振动状态都 相同 的点 所组成的面 2 波线 与波面 垂直 的那些线 代表了波的 传播方向 2 波的分类 1 球面波 由空间一点发出的波 它的波面是以 波源 为球心的一
13、个个球面 波线就是这些球面的半径 2 平面波 指波面是 平面 的波 3 惠更斯原理 介质中任一波面上的各点 都可以看作发射子波的 波源 其后任意时刻 这些子波在波前进方向的 包络面 就是新 的波面 六 惠更斯原理的应用 如果知道某时刻一列波的某个 波面 的位置 还知道 波速 利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个 波面 的位置 从而确定 波的 传播方向 但无法说明衍射现象与 狭缝 或 障碍 物 的大小的关系 考向突破 考向 波的图像 1 导致 波动问题多解性 的原因 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 若题目加设一定的条 件 可使
14、无限系列解转化为有限解或唯一解 具体表现有 1 波的传播方向不确定必有两种可能解 2 波形移动的距离x与波长 的关系不确定 必有系列解 若x与 有一定 的约束关系 可使系列解转化为有限解或唯一解 3 波形变化的时间 t与周期T的关系不确定 必有系列解 若 t与T有一 定的约束关系 可使系列解转化为有限解或唯一解 4 两质点间的波形不确定形成多解 例如一列简谐横波沿水平方向向 右传播 M N为介质中相距为 x的两质点 M在左 N在右 t时刻 M N两 质点正好振动经过平衡位置 而且M N之间只有一个波峰 经过 t时间 N质点恰好第一次处在波峰位置 求这列波的波速 可能的波形如图所示 对应的波速如
15、下 v v v v 例3 一列简谐横波在x轴上传播如图所示 实线为t 0时刻的波形图 虚 线为 t 0 2 s后的波形图 则 1 此波的波速多大 2 若2T tT 且波速为85 m s 波传播的方向如何 解题思路 由于题中未交代波的传播方向 故需考虑波传播方向的双 向性 分别对波沿x轴正向与沿x轴负向传播进行分析 解析 1 若波沿x轴正方向传播 波形向右至少要平移 的距离 由于 题中没有给出时间间隔与周期之间的大小关系 因而波传播的距离 x1 n 波速v1 由图知 4 m 故v1 20 m s n 0 1 2 若波沿x轴负方向传播 波形向左至少要平移 的距离 同上 波传播 的距离 x2 n 波
16、速v2 故v2 20 m s n 0 1 2 2 当2T t 3T时 由波的传播特点 波源每完成一次全振动 波向前推进 一个波长 故可将时间限制条件转换成空间限制条件 2 x x2 所以 a1 a2 例2 一弹簧振子做简谐运动 周期为T 则 A 若t时刻和 t t 时刻振子运动的位移大小相等 方向相同 则 t一定 等于T的整数倍 B 若t时刻和 t t 时刻振子运动的速度大小相等 方向相反 则 t一定 等于T 2的整数倍 C 若 t T 则在t时刻和 t t 时刻振子运动的加速度一定相等 D 若 t T 2 则在t时刻和 t t 时刻弹簧的长度一定相等 解析 设弹簧振子的振动图像如图所示 B C两点的位移大小相等 方向相同 但B C两点的时间间隔 t nT n为整数 A错误 B C两点的 速度大小相等 方向相反 但 t n为整数 B错误 因为A D两点的 时间间隔 t T A D两点的位移大小相等 所以A D两点的加速度一定 相等 C正确 A C两点的时间间隔 t T 2 A点与C点位移大小相等 方 向相反 在A点弹簧若是伸长的 则在C点弹簧是压缩的 所以在A C两 点弹簧的形变量大小
