高考物理大二輪總復習與增分策略 專題十九 機械振動 機械波（加試）課件

專題十九 機械振動 機械波(加試),考點基礎自清,考點互動探究,內(nèi)容索引,考點基礎自清,一、簡諧運動 1.定義 如果質(zhì)點的位移與時間的關系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律.即它的振動圖象(xt圖象)是一條正弦曲線，這樣的振動叫做簡諧運動. 2.平衡位置 物體在振動過程中 為零的位置. 3.回復力 (1)定義：使物體返回到 的力. (2)公式：F . (3)方向：總是指向 .,答案,回復力,平衡位置,kx,平衡位置,(4)來源：屬于 力，可以是某一個力，也可以是幾個力的 或某個力的 . 4.描述簡諧運動的物理量：,答案,效果,合力,分力,平衡位置,所在位置,最大,距離,平衡位置,強弱,答案,全振動,單位時間,快慢,二、簡諧運動的公式和圖象 1.表達式： (1)動力學表達式：F ，其中“”表示回復力與位移的方向相反. (2)運動學表達式：x ，其中A代表振幅，2f表示簡諧運動的快慢，(t)代表簡諧運動的相位， 叫做初相.,答案,kx,Asin(t),2.圖象： (1)從平衡位置開始計時，函數(shù)表達式為x ，圖象如圖1甲所示. (2)從最大位移處開始計時，函數(shù)表達式為x ，圖象如圖乙所示.,答案,圖1,Asin t,Acos t,三、單擺 1.單擺 在一條不可伸長的輕質(zhì)細線下端拴一可看做質(zhì)點的物體，上端固定，這樣的裝置就叫單擺；單擺振動在偏角很小(<5)的情況下，才可以看成是簡諧運動.單擺做簡諧運動的回復力為重力在垂直于擺線方向上的分力.,2.單擺周期公式,答案,(1)只要測出單擺的擺長l和周期T，就可以根據(jù)g 求出當?shù)氐闹亓铀俣萭. (2)l為等效擺長，表示從懸點到擺球重心的距離，要區(qū)分擺長和擺線長，懸點實質(zhì)為擺球擺動所在圓弧的圓心. (3)g為當?shù)氐闹亓铀俣?,四、自由振動、受迫振動和共振的關系比較,答案,驅(qū)動,驅(qū)動,系統(tǒng)本身,驅(qū)動力,答案,不變,最大,五、機械波、橫波和縱波 1.機械波的形成和傳播： (1)產(chǎn)生條件. 有 . 有 ，如空氣、水、繩子等. (2)傳播特點. 傳播 、能量和信息. 質(zhì)點不 . 介質(zhì)中各質(zhì)點振動頻率、振幅、起振方向等都與 相同.,答案,波源,介質(zhì),振動形式,隨波遷移,波源,2.機械波的分類：,答案,垂直,波峰,波谷,在同一條直線上,密部,疏部,六、橫波的圖象 1.坐標軸 橫軸表示各質(zhì)點的 ，縱軸表示該時刻各質(zhì)點的 .如圖2.,答案,圖2,2.物理意義 表示在波的傳播方向上，某時刻各質(zhì)點離開 的位移.,平衡位置,位移,平衡位置,3.圖象應用： (1)直接讀取振幅A和 ，以及該時刻各質(zhì)點的位移. (2)確定某時刻各質(zhì)點加速度和速度的 ，并能比較大小. (3)由波的傳播方向確定各質(zhì)點的振動方向或由各質(zhì)點的振動方向確定波的 .,答案,波長,方向,傳播方向,七、波速、波長和頻率(周期)的關系 1.波長 在波動中，振動相位總是 的兩個相鄰質(zhì)點間的距離. 2.波速v 波在介質(zhì)中的傳播速度，機械波的波速僅由 本身的性質(zhì)決定.波速 的計算方法為v f或v . 3.頻率f 由波源決定，等于 的振動頻率.,答案,相同,介質(zhì),波源,4.波長、波速和頻率(周期)的關系： (1)v . (2)v .,答案,f,八、波的干涉和衍射現(xiàn)象、多普勒效應 1.波的干涉和衍射：,答案,相同,尺寸,干涉圖樣,繞過障礙物,2.多普勒效應： (1)定義：當波源與觀察者互相靠近或者互相遠離時，觀察者接收到的 會發(fā)生變化. (2)規(guī)律. 波源與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的頻率 ； 波源與觀察者如果相互遠離，觀察者接收到的頻率 ； 波源和觀察者如果相對靜止，觀察者接收到的頻率 波源的頻率. (3)實質(zhì)：聲源頻率 ，觀察者接收到的頻率 .,答案,波的頻率,增大,減小,等于,不變,變化,1.在簡諧運動中，振子每次經(jīng)過同一位置時，下列各組描述振動的物理量總是相同的是() A.速度、加速度、動能 B.動能、回復力、位移 C.加速度、速度、勢能 D.速度、動能、回復力,解析通過對簡諧運動過程的分析可知，在同一位置，位移、加速度、回復力、動能、勢能一定相同，由于通過同一位置具有往復性，所以速度方向可能相同，也可能相反，故選項B正確.,解析,1,2,3,4,5,加試基礎練,1,2,3,4,5,2.(多選)下列關于機械波的說法中，正確的是() A.各質(zhì)點都在各自的平衡位置附近振動 B.相鄰質(zhì)點間必有相互作用力 C.前一質(zhì)點的振動帶動相鄰的后一質(zhì)點的振動，后一質(zhì)點的振動必定 落后于前一質(zhì)點 D.各質(zhì)點隨波的傳播而遷移,解析,1,2,3,4,5,解析振源依靠介質(zhì)中各相鄰質(zhì)點間的相互作用力使周圍的質(zhì)點依次振動起來，且后一質(zhì)點的振動必定落后于前一質(zhì)點，選項B、C正確； 質(zhì)點只在它們各自的平衡位置附近做受迫振動，它們振動的頻率均與波源的振動頻率相同，選項A正確； 質(zhì)點不隨波遷移，故選項D錯誤.,1,2,3,4,5,3.(多選)某振動系統(tǒng)的固有頻率為f0，在周期性驅(qū)動力的作用下做受迫振動，驅(qū)動力的頻率為f.若驅(qū)動力的振幅保持不變，下列說法正確的是() A.當ff0時，該振動系統(tǒng)的振幅隨f減小而增大 C.該振動系統(tǒng)的振動穩(wěn)定后，振動的頻率等于f0 D.該振動系統(tǒng)的振動穩(wěn)定后，振動的頻率等于f,解析,1,2,3,4,5,解析由共振條件及共振曲線可知：驅(qū)動力頻率f越接近振動系統(tǒng)的固有頻率f0，振幅越大，故知當ff0時，振幅隨f的減小而增大，選項B正確； 系統(tǒng)振動穩(wěn)定時，振動頻率等于驅(qū)動力的頻率f，與固有頻率f0無關，選項C錯誤，D正確.,1,2,3,4,5,4.“隔墻有耳”現(xiàn)象是指隔著墻，也能聽到墻另一側(cè)傳來的聲音，因為聲波() A.發(fā)生了干涉，聽者處于振動加強處 B.發(fā)生了干涉，聽者處于振動減弱處 C.波長較短，無法發(fā)生明顯衍射 D.波長較長，發(fā)生了明顯衍射,解析,解析“隔墻有耳”現(xiàn)象是指隔著墻也能聽到墻另一側(cè)傳來的聲音，因為聲波波長較長，發(fā)生了明顯衍射，選項D正確.,1,2,3,4,5,5.(多選)(2016嘉興市模擬)位于原點的波源在t0時開始沿y軸做簡諧運動，它激起橫波沿x軸傳播，當t0.15 s時，波的圖象如圖3所示，此時波恰好傳到P點，則() A.該波源的頻率是0.2 Hz B.波長是0.4 m C.P點將向下運動 D.P點將向上運動,解析,圖3,返回,1,2,3,4,5,解析根據(jù)波形圖可判斷 0.3 m，即0.4 m，選項B對.,對應的傳播時間t0.15 s T，周期T0.2 s，頻率f 5 Hz，選項A錯.,根據(jù)傳播方向和振動方向在波形圖同一側(cè)，質(zhì)點P沿y軸正方向振動，選項C錯，D正確.,返回,考點互動探究,簡諧運動的五個特征 (1)受力特征 簡諧運動的回復力滿足Fkx，位移x與回復力的方向相反.由牛頓第二定律知，加速度a與位移的大小成正比，方向相反. (2)運動特征 當v、a同向(即v、F同向，也就是v、x反向)時，v一定增大； 當v、a反向(即v、F反向，也就是v、x同向)時，v一定減小. 當物體靠近平衡位置時，a、F、x都減小，v增大；當物體遠離平衡位置時，a、F、x都增大，v減小.,(3)能量特征 對彈簧振子和單擺來說，振幅越大，能量越大，在振動過程中，動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機械能守恒. (4)周期性特征 物體做簡諧運動時，其位移、回復力、加速度、速度等矢量都隨時間做周期性的變化，它們的周期就是簡諧運動的周期T.物體的動能和勢能也隨時間做周期性的變化，其周期為 .,(5)對稱性特征 速率的對稱性：物體在關于平衡位置對稱的兩位置具有相等的速率. 時間的對稱性：物體通過關于平衡位置對稱的兩段位移的時間相等.在振動過程中，物體通過任意兩點A、B的時間與逆向通過這兩點的時間相等. 加速度的對稱性：物體在關于平衡位置對稱的兩位置具有等大、反向的加速度.,A.振動周期為5 s，振幅為8 cm B.第2 s末振子的速度為零，加速度為負向的最大值 C.第3 s末振子的速度為正向的最大值 D.從第1 s末到第2 s末振子在做加速運動,例1如圖4所示為某彈簧振子在05 s內(nèi)的振動圖象，由圖可知，下列說法中正確的是(),圖4,解析,解析根據(jù)題圖可知，彈簧振子的振動周期T4 s，振幅A8 cm，選項A錯誤； 第2 s末振子到達負向最大位移處，速度為零，加速度最大，且沿x軸正方向，選項B錯誤； 第3 s末振子經(jīng)過平衡位置，速度達到最大，且向x軸正方向運動，選項C正確； 從第1 s末到第2 s末振子經(jīng)過平衡位置向下運動到達負向最大位移處，速度逐漸減小，選項D錯誤.,規(guī)律總結,振動圖象提供的信息 (1)由圖象可以看出質(zhì)點振動的振幅、周期. (2)可以確定某時刻質(zhì)點離開平衡位置的位移. (3)可以確定各時刻質(zhì)點的振動方向. (4)可以確定某時刻質(zhì)點的回復力、加速度和速度的方向. (5)能夠比較不同時刻質(zhì)點的速度、加速度的大小.,1.把一個小球套在光滑細桿上，球與輕彈簧相連組成彈簧振子，小球沿桿在水平方向做簡諧運動，它圍繞平衡位置O在A、B間振動，如圖5所示，下列結論正確的是(),圖5,A.小球在O位置時，動能最大，加速度最小 B.小球在A、B位置時，動能最大，加速度最大 C.小球從A經(jīng)O到B的過程中，回復力一直做正功 D.小球從B到O的過程中，振動的能量不斷增加,解析,1,2,變式題組,解析小球在平衡位置時動能最大，加速度為零，因此A選項正確； 小球靠近平衡位置時，回復力做正功；遠離平衡位置時，回復力做負功.振動過程中總能量不變，因此B、C、D選項錯誤.,1,2,2.(2016杭州市月考)如圖6所示，一單擺懸于O點，擺長為L，若在O點的正下方的O點釘一個光滑釘子，使OO ，將單擺拉至A處釋放，小球?qū)⒃贏、B、C間來回擺動，若擺動中擺線與豎直方向夾角小于5，則此擺的周期是(),圖6,1,2,解析,1,2,1.波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判方法,2.對波速、波長和頻率(周期)的理解 (1)周期和頻率：只取決于波源，波的周期和頻率就是指波源的周期和頻率，與v、無任何關系. (2)速度v：決定于介質(zhì)的物理性質(zhì)，同一種均勻介質(zhì)，物理性質(zhì)相同，波在其中傳播的速度恒定. (3)波長：對于一列波，其波長、波速、周期的關系不會變化，始終是v f，既然v、T都由相關因素決定，所以這些因素同時又共同決定了波長，即波長由波源和介質(zhì)共同決定.,例2(多選)(2015浙江10月選考15)沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，振幅為5 cm，質(zhì)點A、B的平衡位置離O點的距離分別為1.8 m和3.0 m.t0時的波形如圖7所示，t0.6 s時質(zhì)點A恰好第二次到達波峰.下列說法正確的是(),圖7,A.波速為3 m/s B.頻率為2 Hz C.質(zhì)點B在00.6 s內(nèi)的路程為25 cm D.質(zhì)點B在t0.6 s時沿y軸正方向運動,解析,解析由波的圖象可知，波長4 m，波向右平移，由平移法可知，0.6 s波平移了1.2或者說質(zhì)點振動了1.2T，所以周期T0.5 s，頻率f 2 Hz，波速v8 m/s，故A錯，B正確. 質(zhì)點B振動了1.2T，路程小于25 cm，C錯誤； 由平移后的波形可知D正確.,規(guī)律總結,波的圖象特點： (1)質(zhì)點振動nT(波傳播n)時，波形不變. (2)在波的傳播方向上，當兩質(zhì)點平衡位置的距離為n(n1,2,3)時，它們的振動步調(diào)總相同；當兩質(zhì)點平衡位置間的距離為(2n1) (n0,1,2,3)時，它們的振動步調(diào)總相反. (3)波源的起振方向決定了它后面的質(zhì)點的起振方向，各質(zhì)點的起振方向與波源的起振方向相同.,解析,3,4,變式題組,3.平靜湖面?zhèn)鞑ブ涣兴娌?橫波)，在波的傳播方向上有相距3 m的甲、乙兩小木塊隨波上下運動，測得兩小木塊每分鐘都上下30次，甲在波谷時，乙在波峰，且兩木塊之間有一個波峰.這列水面波() A.頻率是30 Hz B.波長是3 m C.波速是1 m/s D.周期是0.1 s,解析,3,4,4.(2015浙江9月選考模擬16)(多選)如圖8所示為一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在某時刻的波形圖，B、C兩質(zhì)點沿x軸方向的距離為0.5 m，質(zhì)點B的平衡位置離O點的距離為 (為波長).經(jīng)過3 s(T3 s)，質(zhì)點B到達平衡位置，同時C到達波峰位置，則(),圖8,A.周期為4.8 s B.波長為2 m C.波速為 m/s D.此時質(zhì)點A到達波谷位置,3,4,解析,3,4,兩種圖象的比較,例3(多選)圖9甲為一列簡諧橫波在t0.10 s時刻的波形圖，P是平衡位置在x1.0 m處的質(zhì)點，Q是平衡位置在x4.0 m處的質(zhì)點；圖乙為質(zhì)點Q的振動圖象.下列說法正確的是(),圖9,A.在t0.10 s時，質(zhì)點Q向y軸正方向運動 B.在t0.25 s時，質(zhì)點P的加速度方向與y軸正方向相同 C.從t0.10 s到t0.25 s，該波沿x軸負方向傳播了6 m D.從t0.10 s到t0.25 s，質(zhì)點P通過的路程為30 cm,解析,解析由Q點的振動圖象可知，t0.10 s時質(zhì)點Q向y軸負方向振動，選項A錯誤；,由波動圖象可知，波向左傳播，t0.10 s時質(zhì)點P向上振動，再經(jīng)過0.15 s，即t0.25 s時，質(zhì)點P振動到x軸的下方，加速度沿y軸正方向，選項B正確；,由于在t0.10 s時，質(zhì)點P既不在波峰、波谷，也不在平衡位置，因此在 T的時間內(nèi)通過的路程不等于3A30 cm，選項D錯誤.,技巧點撥,“一分、一看、二找”巧解波的圖象與振動圖象綜合類問題 1.分清振動圖象與波的圖象.只要看清橫坐標即可，橫坐標為x則為波的圖象，橫坐標為t則為振動圖象. 2.看清橫、縱坐標的單位.尤其要注意單位前的數(shù)量級. 3.找準波的圖象對應的時刻. 4.找準振動圖象對應的質(zhì)點.,解析,5,6,變式題組,5.(多選)一簡諧機械橫波沿x軸正方向傳播，波長為，周期為T.t0時刻的波形如圖10甲所示，a、b是波上的兩個質(zhì)點.圖乙是波上某一質(zhì)點的振動圖象.下列說法中正確的是(),圖10,A.t0時刻質(zhì)點a的速度比質(zhì)點b的小 B.t0時刻質(zhì)點a的加速度比質(zhì)點b的小 C.圖乙可以表示質(zhì)點a的振動 D.圖乙可以表示質(zhì)點b的振動,5,6,解析質(zhì)點在平衡位置處的振動速度是最大的，所以在t0時刻a的速度小于b的速度，A正確； 而質(zhì)點偏離平衡位置越遠加速度越大，a的加速度大于b的加速度，B錯誤； 根據(jù)波的圖象可以判斷在t0時刻，b在平衡位置且向下振動，D正確，C錯誤.,解析,5,6,6.圖11甲為一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖，a、b兩質(zhì)點的橫坐標分別為xa2 m和xb6 m，圖乙為質(zhì)點b從該時刻開始計時的振動圖象.下列說法正確的是(),圖11,A.該波沿x方向傳播，波速為1 m/s B.質(zhì)點a經(jīng)過4 s振動的路程為4 m C.此時刻質(zhì)點a的速度沿y方向 D.質(zhì)點a在t2 s時速度為零,解析由題圖可知，該簡諧橫波波長為8 m，周期T8 s，所以波速為v 1 m/s，該時刻開始質(zhì)點b向上運動，所以該波沿x方向傳播，A錯誤；,經(jīng)過4 s(半個周期)質(zhì)點a振動的路程為2A1 m，B錯誤； 此刻質(zhì)點a運動方向與質(zhì)點b相反，沿y方向，C錯誤； 在t2 s時質(zhì)點a在波谷處，速度為0，D正確.,1.造成波動問題多解的主要因素 (1)周期性 時間周期性：時間間隔t與周期T的關系不明確. 空間周期性：波傳播的距離x與波長的關系不明確. (2)雙向性 傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定. 振動方向雙向性：質(zhì)點振動方向不確定.,2.解決波的多解問題的思路 一般采用從特殊到一般的思維方法，即找出一個周期內(nèi)滿足條件的關系t或x，若此關系為時間，則tnTt(n0,1,2，)；若此關系為距離，則xnx(n0,1,2，).,例4(多選)一列簡諧橫波在t0時刻的波形如圖12中的實線所示，t0.02 s時刻的波形如圖中虛線所示.若該波的周期大于0.02 s，則該波的傳播速度可能是(),圖12,A.1 m/s B.3 m/sC.4 m/s D.5 m/s,解析,解析由于該波的周期大于0.02 s，則波沿傳播方向傳播的距離小于一個波長，即x<8 cm.,求解波的多解問題的一般步驟 1.根據(jù)初、末兩時刻的波形圖確定傳播距離與波長的關系通式. 2.根據(jù)題設條件判斷是唯一解還是多解.,規(guī)律總結,7.(多選)(2014海南高考16(1)一列簡諧橫波沿x軸傳播，a、b為x軸上的兩質(zhì)點，平衡位置分別為x0，xxb(xb0).a點的振動規(guī)律如圖13所示.已知波速為v10 m/s，在t0.1 s時b的位移為0.05 m，則下列判斷可能正確的是(),解析,7,8,圖13,A.波沿x軸正向傳播，xb0.5 m B.波沿x軸正向傳播，xb1.5 m C.波沿x軸負向傳播，xb2.5 m D.波沿x軸負向傳播，xb3.5 m,解析由振動圖象可知，振動周期T0.2 s，所以vT100.2 m2 m；由題意可知在t0.1 s時，a在平衡位置且正向上振動，b在最大位移處，這時如果波沿x軸正向傳播，根據(jù)“同側(cè)法”，a、b之間的距離為(n )(n0,1,2,3)，所以xb(n )(2n1.5) m(n0,1,2,3)；這時如果波沿x軸負向傳播，根據(jù)“同側(cè)法”，a、b之間的距離為(n )(n0,1,2,3)，所以xb(n )(2n0.5) m(n0,1,2,3)，故選B、C.,7,8,8.如圖14甲所示，一列機械橫波沿ab直線向右傳播.已知a、b兩點間的距離為1 m，a、b兩點的振動情況如圖乙所示，下列說法中正確的是(),圖14,解析,返回,7,8,返回,7,8,