《大高考》2016屆高考物理(全國通用)配套課件：專題十四機械振動與機械波

1、知識點一知識點一 簡諧運動簡諧運動 單擺及其周期公式單擺及其周期公式1.簡諧運動簡諧運動(1)定義定義：物體在跟位移大小成正比并且總是指向：物體在跟位移大小成正比并且總是指向_的回復的回復力作用下的振動力作用下的振動. 平衡位置平衡位置(2)簡諧運動的特征簡諧運動的特征動力學特征：動力學特征：F回回_.運動學特征：運動學特征：x、v、a均按正弦或余弦規(guī)律發(fā)生周期性變化均按正弦或余弦規(guī)律發(fā)生周期性變化(注意注意v、a的變化趨勢相反的變化趨勢相反).能量特征：系統(tǒng)的機械能守恒，振幅能量特征：系統(tǒng)的機械能守恒，振幅A不變不變. kx2.簡諧運動的兩種模型簡諧運動的兩種模型模型模型彈簧振子彈簧振子單擺

2、單擺示意圖示意圖彈簧振子彈簧振子(水平水平)簡諧運動條簡諧運動條件件(1)彈簧質(zhì)量可忽略彈簧質(zhì)量可忽略(2)無摩擦等阻力無摩擦等阻力(3)在彈簧彈性限度內(nèi)在彈簧彈性限度內(nèi)(1)擺線為不可伸縮的擺線為不可伸縮的輕細線輕細線(2)無空氣等阻力無空氣等阻力(3)最大擺角小于最大擺角小于10自由伸長自由伸長彈力彈力重力重力【易錯防范易錯防范】(1)周期、頻率是表征物體做簡諧運動快慢程度的物理量周期、頻率是表征物體做簡諧運動快慢程度的物理量.()(2)振幅等于振子運動軌跡的長度振幅等于振子運動軌跡的長度.()(3)彈簧振子每次經(jīng)過平衡位置時，位移為零、動能為零彈簧振子每次經(jīng)過平衡位置時，位移為零、動能為

3、零.()(4)振動物體在平衡位置時所處的狀態(tài)一定是平衡狀態(tài)振動物體在平衡位置時所處的狀態(tài)一定是平衡狀態(tài).()知識點二知識點二 簡諧運動的公式和圖象簡諧運動的公式和圖象1.簡諧運動的表達式簡諧運動的表達式(1)動力學表達式：動力學表達式：F_，其中，其中“”表示回復力與位移的方表示回復力與位移的方向相反向相反.(2)運動學表達式：運動學表達式：x_，其中，其中A代表振幅，代表振幅，2f表表示簡諧運動的快慢，示簡諧運動的快慢，(t)代表簡諧運動的相位，代表簡諧運動的相位，叫做叫做_.kxAsin(t)初相初相2.簡諧運動的圖象簡諧運動的圖象(1)從從_開始計時，函數(shù)表達式為開始計時，函數(shù)表達式為x

4、Asin t，圖象如圖，圖象如圖甲所示甲所示.平衡位置平衡位置(2)從從_開始計時，函數(shù)表達式為開始計時，函數(shù)表達式為xAcos t，圖象如，圖象如圖乙所示圖乙所示.最大位移處最大位移處知識點三知識點三 受迫振動和共振受迫振動和共振1.受迫振動：物體在受迫振動：物體在_驅(qū)動力作用下的振動叫受迫振動驅(qū)動力作用下的振動叫受迫振動.2.頻率特征頻率特征:做受迫振動的物體做受迫振動的物體,它的頻率等于驅(qū)動力的頻率它的頻率等于驅(qū)動力的頻率(f驅(qū)驅(qū))，與固有頻率與固有頻率 (f固固)無關無關.3.共振：驅(qū)動力的頻率越接近固有頻率，振幅越大；當共振：驅(qū)動力的頻率越接近固有頻率，振幅越大；當f驅(qū)驅(qū)_時，振幅最

5、大，這種現(xiàn)象叫共振時，振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振.周期性周期性f固固【易錯防范易錯防范】(1)由圖象可以判定物體做簡諧運動速度、加速度的方向由圖象可以判定物體做簡諧運動速度、加速度的方向.()(2)簡諧運動的圖象描述的是振動質(zhì)點的軌跡簡諧運動的圖象描述的是振動質(zhì)點的軌跡.()(3)物體做受迫振動時，其振動頻率與固有頻率無關物體做受迫振動時，其振動頻率與固有頻率無關.()知識點四知識點四 機械波機械波 橫波和縱波橫波和縱波1.機械波的形成條件機械波的形成條件(1)有發(fā)生機械振動的波源有發(fā)生機械振動的波源.(2)有傳播介質(zhì)，如空氣、水等有傳播介質(zhì)，如空氣、水等.2.傳播特點傳播特點(1)機械波傳播的

6、只是振動的機械波傳播的只是振動的_和和_，質(zhì)點只在各自的平衡位，質(zhì)點只在各自的平衡位置附近做簡諧運動，并不隨波置附近做簡諧運動，并不隨波_.(2)介質(zhì)中各質(zhì)點的振幅相同，振動周期和頻率都與介質(zhì)中各質(zhì)點的振幅相同，振動周期和頻率都與_振動周期振動周期和頻率相同和頻率相同.(3)一個周期內(nèi)，質(zhì)點完成一次全振動一個周期內(nèi)，質(zhì)點完成一次全振動,通過的路程為通過的路程為_,位移為位移為_.形式形式能量能量遷移遷移波源的波源的4A03.機械波的分類機械波的分類(1)橫波橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互_的波，有的波，有_(凸部凸部)和和_(凹部凹部).(2)縱波縱波

7、：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向_的波的波,有有_和和_.垂直垂直波峰波峰波谷波谷平行平行密部密部疏部疏部知識點五知識點五 橫波的圖象橫波的圖象 波速、波長和頻率（周期）的關系波速、波長和頻率（周期）的關系1.橫波的圖象橫波的圖象(1)坐標軸：橫軸表示各質(zhì)點的坐標軸：橫軸表示各質(zhì)點的_，縱軸表示該時刻各質(zhì)點，縱軸表示該時刻各質(zhì)點的的_.(2)意義：表示在波的傳播方向上，某時刻各質(zhì)點離開意義：表示在波的傳播方向上，某時刻各質(zhì)點離開_的的位移位移.(3)圖象：圖象：平衡位置平衡位置位移位移平衡位置平衡位置(4)應用：應用：直接讀取直接讀取_和和_，以及該時刻各質(zhì)點的，以

8、及該時刻各質(zhì)點的位移位移.確定某時刻各質(zhì)點加速度和速度的確定某時刻各質(zhì)點加速度和速度的_，并能比較大小，并能比較大小.結合波的傳播方向可確定各質(zhì)點的結合波的傳播方向可確定各質(zhì)點的_或由各質(zhì)點的振動或由各質(zhì)點的振動方向確定波的方向確定波的_. 振幅振幅波長波長方向方向振動方向振動方向傳播方向傳播方向相同相同介質(zhì)介質(zhì)頻率頻率f【易錯防范易錯防范】(1)在機械波傳播過程中，介質(zhì)中的質(zhì)點隨波的傳播而遷移在機械波傳播過程中，介質(zhì)中的質(zhì)點隨波的傳播而遷移.()(2)周期或頻率，只取決于波源，而與周期或頻率，只取決于波源，而與v、無直接關系無直接關系.()(3)波速波速v取決于介質(zhì)的性質(zhì)取決于介質(zhì)的性質(zhì),它

9、與它與T、無直接關系無直接關系.只要介質(zhì)不變，只要介質(zhì)不變，v就不變；如果介質(zhì)變了，就不變；如果介質(zhì)變了，v也會改變也會改變.()(4)波可以傳遞振動形式和能量波可以傳遞振動形式和能量.() 知識點六知識點六 波的干涉和衍射現(xiàn)象波的干涉和衍射現(xiàn)象 多普勒效應多普勒效應1.波的干涉和衍射波的干涉和衍射 波的干涉波的干涉波的衍射波的衍射條件條件 兩列波的頻率兩列波的頻率必須必須_明顯條件：障礙物或孔明顯條件：障礙物或孔的的_比比波長小或相差不多波長小或相差不多現(xiàn)象現(xiàn)象形成加強區(qū)和減弱區(qū)相互形成加強區(qū)和減弱區(qū)相互隔開的穩(wěn)定隔開的穩(wěn)定的的_波波能夠能夠_或或孔繼孔繼續(xù)向前傳播續(xù)向前傳播相同相同尺寸尺寸

10、干涉圖樣干涉圖樣繞過障礙物繞過障礙物2.多普勒效應多普勒效應 (1)條件：聲源和觀察者之間有條件：聲源和觀察者之間有_. (2)現(xiàn)象：觀察者感到現(xiàn)象：觀察者感到_發(fā)生變化發(fā)生變化. (3)實質(zhì)：聲源頻率實質(zhì)：聲源頻率_，觀察者接收到的頻率，觀察者接收到的頻率_. 相對運動相對運動頻率頻率不變不變變化變化【易錯防范易錯防范】(1)兩列波在介質(zhì)中疊加，一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象兩列波在介質(zhì)中疊加，一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象.()(2)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象.()(3)多普勒效應說明波源的頻率發(fā)生變化多普勒效應說明波源的頻率發(fā)生變化.() 要點一簡諧運動的五個特征要點一簡諧運動的五個特征突破指南突

11、破指南1.動力學特征動力學特征Fkx，“”表示位移的方向與回復力的方向相反表示位移的方向與回復力的方向相反.2.運動學特征運動學特征做變加速運動做變加速運動.當物體靠近平衡位置時，當物體靠近平衡位置時，a、F、x都減小，都減小，v、Ek增增大；當物體遠離平衡位置時，大；當物體遠離平衡位置時，a、F、x都增大，都增大，v、Ek減小減小.3.能量特征能量特征對單擺和彈簧振子來說，振幅越大，能量越大對單擺和彈簧振子來說，振幅越大，能量越大.在運動過程中，動能在運動過程中，動能和勢能相互轉化，機械能守恒和勢能相互轉化，機械能守恒.4.周期性特征周期性特征相隔相隔T或或nT的兩個時刻，振子處于同一位置且

12、振動狀態(tài)相同的兩個時刻，振子處于同一位置且振動狀態(tài)相同.5.對稱性特征對稱性特征(1)如圖所示，振子經(jīng)過關于平衡位置如圖所示，振子經(jīng)過關于平衡位置O對稱對稱(OPOP)的兩點的兩點P、P時，速度的大小、動能、勢能相等，相對于平衡位置的位移大時，速度的大小、動能、勢能相等，相對于平衡位置的位移大小相等小相等.(2)振子由振子由P到到O所用時間等于由所用時間等于由O到到P所用時間，即所用時間，即tPOtOP.(3)振子往復運動過程中通過同一段路程振子往復運動過程中通過同一段路程(如如OP段段)所用時間相等，即所用時間相等，即tOPtPO. 答案答案ACD【借題發(fā)揮借題發(fā)揮】 分析簡諧運動的技巧分析

13、簡諧運動的技巧(1)分析簡諧運動中各物理量的變化情況時分析簡諧運動中各物理量的變化情況時，一定要以位移為橋梁一定要以位移為橋梁，位移增大時位移增大時，振動質(zhì)點的回復力、加速度、勢能均增大，速度、動，振動質(zhì)點的回復力、加速度、勢能均增大，速度、動能均減小；反之，能均減??；反之，則產(chǎn)生相反的變化則產(chǎn)生相反的變化.另外另外，各矢量均在其值為零時各矢量均在其值為零時改變方向改變方向.(2)分析過程中要特別注意簡諧運動的周期性和對稱性分析過程中要特別注意簡諧運動的周期性和對稱性. 要點二簡諧運動圖象的應用要點二簡諧運動圖象的應用突破指南突破指南簡諧運動圖象提供的信息簡諧運動圖象提供的信息1.可以確定振動

14、物體在任一時刻的位移可以確定振動物體在任一時刻的位移.2.確定振動的振幅確定振動的振幅A和周期和周期T.3.確定各時刻質(zhì)點的振動方向確定各時刻質(zhì)點的振動方向.判斷方法：振動方向可以根據(jù)下一判斷方法：振動方向可以根據(jù)下一時刻位移的變化來判定時刻位移的變化來判定.下一時刻位移若增加，質(zhì)點的振動方向是下一時刻位移若增加，質(zhì)點的振動方向是遠離平衡位置；下一時刻位移如果減小，質(zhì)點的振動方向指向平遠離平衡位置；下一時刻位移如果減小，質(zhì)點的振動方向指向平衡位置衡位置. 4.比較各時刻質(zhì)點的加速度比較各時刻質(zhì)點的加速度(回復力回復力)的大小和方向的大小和方向.5.比較不同時刻質(zhì)點的勢能和動能的大小比較不同時刻

15、質(zhì)點的勢能和動能的大小.質(zhì)點的位移越大，它所具質(zhì)點的位移越大，它所具有的勢能越大，動能則越小有的勢能越大，動能則越小.【典例典例2】 一個彈簧振子沿一個彈簧振子沿x軸做簡諧運動，取平衡位置軸做簡諧運動，取平衡位置O為為x軸坐軸坐標原點標原點.從某時刻開始計時，經(jīng)過四分之一周期，振子具有沿從某時刻開始計時，經(jīng)過四分之一周期，振子具有沿x軸正軸正方向的最大加速度方向的最大加速度.能正確反映振子位移能正確反映振子位移x與時間與時間t關系的圖象是關系的圖象是()解析解析彈簧振子做簡諧運動彈簧振子做簡諧運動，由回復力公式由回復力公式Fkx，結合牛頓第結合牛頓第二定律二定律Fma可知可知，經(jīng)四分之一的周期

16、有沿經(jīng)四分之一的周期有沿x軸正方向的最大加速軸正方向的最大加速度度，則其位移為負的最大值則其位移為負的最大值.t0時刻振子應該自平衡位置向時刻振子應該自平衡位置向x軸負軸負向運動向運動，故選項故選項A正確正確.A要點三對機械波的圖象的理解和應用要點三對機械波的圖象的理解和應用突破指南突破指南1.機械波的特點及各物理量之間的關系機械波的特點及各物理量之間的關系(1)介質(zhì)依存性：機械波離不開介質(zhì)介質(zhì)依存性：機械波離不開介質(zhì).(2)能量信息性：機械波傳播的是振動的形式、能量和信息能量信息性：機械波傳播的是振動的形式、能量和信息.(3)傳播不移性：在傳播方向上傳播不移性：在傳播方向上,各質(zhì)點只在各自平

17、衡位置附近振動各質(zhì)點只在各自平衡位置附近振動,并不隨波遷移并不隨波遷移.(4)時空重復性：機械波傳播時，介質(zhì)中的質(zhì)點不斷地重復著振源的時空重復性：機械波傳播時，介質(zhì)中的質(zhì)點不斷地重復著振源的振動形式振動形式. (5)周期、頻率同源性：介質(zhì)中各質(zhì)點的振動周期均等于振源的振動周期、頻率同源性：介質(zhì)中各質(zhì)點的振動周期均等于振源的振動周期且在傳播中保持不變周期且在傳播中保持不變.(6)起振同向性：各質(zhì)點開始振動的方向與振源開始振動方向相同起振同向性：各質(zhì)點開始振動的方向與振源開始振動方向相同.(7)波長、波速和頻率的關系：波長、波速和頻率的關系：vf，f由波源決定，由波源決定，v由介質(zhì)決定由介質(zhì)決定.

18、 【典例典例3】 (多選多選)如圖所示，如圖所示，a、b、c、d是均勻媒質(zhì)中是均勻媒質(zhì)中x軸上的四軸上的四個質(zhì)點，相鄰兩點的間距依次為個質(zhì)點，相鄰兩點的間距依次為2 m、4 m和和6 m.一列簡諧橫波以一列簡諧橫波以2 m/s的波速沿的波速沿x軸正軸正 向傳播，在向傳播，在t0時刻到達質(zhì)點時刻到達質(zhì)點a處，質(zhì)點處，質(zhì)點a由由平衡位置開始豎直向下運動，平衡位置開始豎直向下運動，t3 s時時a第一次到達最高點第一次到達最高點.下列說下列說法正確的是法正確的是()A.在在t6 s時刻波恰好傳到質(zhì)點時刻波恰好傳到質(zhì)點d處處B.在在t5 s時刻質(zhì)點時刻質(zhì)點c恰好到達最高點恰好到達最高點C.質(zhì)點質(zhì)點b開始

19、振動后，其振動周期為開始振動后，其振動周期為4 sD.在在4 st6 s的時間間隔內(nèi)質(zhì)點的時間間隔內(nèi)質(zhì)點c向上運動向上運動E.當質(zhì)點當質(zhì)點d向下運動時，質(zhì)點向下運動時，質(zhì)點b一定向上運動一定向上運動答案答案ACD【借題發(fā)揮借題發(fā)揮】 波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判方法波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判方法內(nèi)容內(nèi)容圖象圖象“上下上下坡坡”法法沿波的傳播方向沿波的傳播方向，“上坡上坡”時時質(zhì)點向下振動質(zhì)點向下振動，“下坡下坡”時質(zhì)時質(zhì)點向上振動點向上振動“同側同側”法法波形圖上某點表示傳播方向和波形圖上某點表示傳播方向和振動方向的箭頭在圖線同側振動方向的箭頭在圖線同側“微平微平移移”法法將波形沿傳

20、播方向進行微小的將波形沿傳播方向進行微小的平移平移，再由對應同一再由對應同一x坐標的兩坐標的兩波形曲線上的點來判斷振動方波形曲線上的點來判斷振動方向向要點四波的多解問題要點四波的多解問題突破指南突破指南波的傳播過程中時間上的周期性、空間上的周期性以及傳播方向上波的傳播過程中時間上的周期性、空間上的周期性以及傳播方向上的雙向性是導致的雙向性是導致“波動問題多解波動問題多解”的主要原因的主要原因.若題目加設一定的條若題目加設一定的條件，可使無限系列解轉化為有限解或唯一解件，可使無限系列解轉化為有限解或唯一解.具體表現(xiàn)有：具體表現(xiàn)有：1.波的傳播方向不確定必有兩種可能解；波的傳播方向不確定必有兩種可

21、能解；2.波形移動的距離波形移動的距離x與波長與波長的關系不確定，必有系列解，若的關系不確定，必有系列解，若x與與有有一定的約束關系，可使系列解轉化有限解或唯一解；一定的約束關系，可使系列解轉化有限解或唯一解；3.波形變化的時間波形變化的時間t與周期與周期T的關系不確定，必有系列解，若的關系不確定，必有系列解，若t與與T有一定的有一定的約束關系，可使系列解轉化為有限解或唯一解；約束關系，可使系列解轉化為有限解或唯一解； 4.兩質(zhì)點間的波形不確定形成多解，例如一列簡諧橫波沿水平直線兩質(zhì)點間的波形不確定形成多解，例如一列簡諧橫波沿水平直線方向向右傳播，方向向右傳播，M、N為介質(zhì)中相距為為介質(zhì)中相距

22、為x的兩質(zhì)點，的兩質(zhì)點，M在左，在左，N在在右，右，t時刻，時刻，M、N兩質(zhì)點正好振動經(jīng)過平衡位置，而且兩質(zhì)點正好振動經(jīng)過平衡位置，而且M、N之間之間只有一個波峰，經(jīng)過只有一個波峰，經(jīng)過t時間時間N質(zhì)點恰好第一次處在波峰位置，求這質(zhì)點恰好第一次處在波峰位置，求這列波的波速列波的波速.波形可能如圖所示波形可能如圖所示 對應的波速如下對應的波速如下甲甲vx/2t 乙乙v3x/4t丙丙vx/4t 丁丁vx/2t【典例典例4】 (2013天津理綜天津理綜，7，6分分)(多選多選)一列簡諧橫波沿直線一列簡諧橫波沿直線傳播，該直線上平衡位置相距傳播，該直線上平衡位置相距9 m的的a、b兩質(zhì)點的振動圖象如圖

23、兩質(zhì)點的振動圖象如圖所示，下列描述該波的圖象可能正確的是所示，下列描述該波的圖象可能正確的是()答案答案AC要點五波的圖象與振動圖象的綜合應用要點五波的圖象與振動圖象的綜合應用突破指南突破指南1.巧解圖象問題巧解圖象問題求解波動圖象與振動圖象綜合類問題可采用求解波動圖象與振動圖象綜合類問題可采用“一分、一看、二找一分、一看、二找”的方法的方法(1)分清振動圖象與波動圖象分清振動圖象與波動圖象.此問題最簡單此問題最簡單,只要看清橫坐標即可，只要看清橫坐標即可，橫坐標為橫坐標為x則為波動圖象，橫坐標為則為波動圖象，橫坐標為t則為振動圖象則為振動圖象.(2)看清橫、縱坐標的單位看清橫、縱坐標的單位.

24、尤其要注意單位前的數(shù)量級尤其要注意單位前的數(shù)量級.(3)找準波動圖象對應的時刻找準波動圖象對應的時刻.(4)找準振動圖象對應的質(zhì)點找準振動圖象對應的質(zhì)點. 2.振動圖象和波的圖象的比較振動圖象和波的圖象的比較 圖象名稱圖象名稱對比內(nèi)容對比內(nèi)容振動圖象振動圖象波的圖象波的圖象研究對象研究對象單個振動質(zhì)點單個振動質(zhì)點連續(xù)介質(zhì)中的大量質(zhì)點連續(xù)介質(zhì)中的大量質(zhì)點橫坐標軸橫坐標軸時間時間介質(zhì)中各質(zhì)點的平衡位介質(zhì)中各質(zhì)點的平衡位置與所選坐標原點的距置與所選坐標原點的距離離(即質(zhì)點平衡位置的坐即質(zhì)點平衡位置的坐標標)縱坐標軸縱坐標軸振動質(zhì)點各個時刻對振動質(zhì)點各個時刻對平衡位置的位移平衡位置的位移同一時刻各質(zhì)點

25、對平衡同一時刻各質(zhì)點對平衡位置的位移位置的位移物理意義物理意義描述一個振動質(zhì)點的描述一個振動質(zhì)點的位移隨時間變化的規(guī)位移隨時間變化的規(guī)律律.能直觀表示一個振能直觀表示一個振動質(zhì)點在一段時間內(nèi)動質(zhì)點在一段時間內(nèi)的運動情況的運動情況描述介質(zhì)中大量質(zhì)點在描述介質(zhì)中大量質(zhì)點在某一時刻的位移相對質(zhì)某一時刻的位移相對質(zhì)點平衡位置的變化情況點平衡位置的變化情況.能直觀表示一列波在某能直觀表示一列波在某時刻的波形時刻的波形兩個相鄰峰值兩個相鄰峰值間沿橫軸的距間沿橫軸的距離離等于質(zhì)點振動的周期，等于質(zhì)點振動的周期，顯示出振動的時間對顯示出振動的時間對稱性稱性等于一個波長，顯示出等于一個波長，顯示出波動的位移對稱性波動的位移對稱性【典例典例5】 圖甲是一列簡諧橫波在圖甲是一列簡諧橫波在t1.25 s時的波形圖，已知時的波形圖，已知c位位置的質(zhì)點比置的質(zhì)點比a位置的晚位置的晚0.5 s起振，則圖乙所示振動圖象對應的質(zhì)起振，則圖乙所示振動圖象對應的質(zhì)點可能位于點可能位于()A.axb B.bxc C.cxd D.dx