【理想樹600分考點-700分考法】-2016屆高考物理專題復(fù)習(xí)課件專題15-機械振動與機械波共38張

1、1,專題15 機械振動與機械波,考點53 簡諧運動,考點54 用單擺測定重力加速度,考點55 機械波與波的圖像,考點56 機械振動和機械波的綜合應(yīng)用,2,考點53 簡諧運動,1. 簡諧運動的基本模型,3,2. 簡諧運動的特點 (1) 動力學(xué)特征：F回＝－kx.“－”表示位移的方向與回復(fù)力的方向總是相反．(2) 運動學(xué)特征：做變加速運動．①遠離平衡位置的過程：由F＝－kx＝ma可知，x增大，F(xiàn)增大，a增大，但a與v反向，

2、故v減小，動能減?。诳拷胶馕恢玫倪^程：由F＝－kx＝ma可知，x減小，F(xiàn)減小，a減小，但a與v同向，故v增大，動能增大．x、v、a均按正弦或余弦規(guī)律發(fā)生周期性變化(注意：v與a的變化趨勢相反)．(3) 能量特征：對單擺和彈簧振子來說，振幅越大，能量越大．在運動過程中，動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)的機械能守恒，振幅A不變．,考點53 簡諧運動,4,(4) 周期性特征：相隔T或者nT的兩個時刻，振子處于同一位置且振動狀態(tài)相同．3．

3、簡諧運動圖像(1) 簡諧運動圖像的建立簡諧運動的位移—時間圖像反映的是物體偏離平衡位置的位移隨時間變化的規(guī)律，圖像是正弦(或余弦)曲線．改變紙帶運動的速度，可以改變簡諧運動的圖像，但并不能改變質(zhì)點運動的軌跡．,考點53 簡諧運動,5,(2) 振動圖像的一般表達式：x＝Asin(ωt＋φ)，也可以表示為：x＝𝐴𝑠𝑖𝑛( 2𝜋 𝑇 

4、9905;+𝜑)或x＝Asin(2πft＋φ)．①從平衡位置開始計時，函數(shù)表達式為x＝Asinωt，圖像如圖甲．②從最大位移處開始計時，函數(shù)表達式為x＝Acosωt，圖像如圖乙．,考點53 簡諧運動,6,考法1　考查簡諧運動的動力學(xué)特征★★1．物體運動是否是簡諧運動,通過分析做簡諧運動的物體所受的力是否滿足F＝－kx來判斷，回復(fù)力F與位移x成正比且方向總相反．此時，一般首先要確定運動物體的平衡位置，其次在物體離平

5、衡位置x處分析出回復(fù)力，再根據(jù)簡諧運動中回復(fù)力的特點進行判斷．,7,2．考查影響簡諧運動周期及能量的因素簡諧運動振子的周期，由振子的機械特性決定，是固有周期，基本公式為𝑇=2𝜋 𝑙 𝑔 .其中單擺運動的周期與質(zhì)量無關(guān)，𝑇=2𝜋 𝑙 𝑔 ，振幅是表征簡諧運動能量大小的物理量．考法2　考查簡諧運動

6、的運動學(xué)特征★★★這個角度一般會要求定性分析振子運動位置、位移、速度、加速度等物理量的關(guān)系，也可能會定量求解某位置、位移或時間．總結(jié)如下：,考點53 簡諧運動,8,1．簡諧運動的位移、速度、加速度及對稱性(1) 位移：方向為從平衡位置指向振子位置，大小為平衡位置到該位置的距離．位移的表示方法：以平衡位置為原點，以振動所在的直線為坐標(biāo)軸，規(guī)定正方向，則某一時刻振子(偏離平衡位置)的位移用該時刻振子所在位置的坐標(biāo)來表示．振子通過平衡

7、位置時，位移改變方向．(2) 速度：描述振子在振動過程中經(jīng)過某一位置或某一時刻運動的快慢．在所建立的坐標(biāo)軸上，速度的正負號表示振子運動方向與坐標(biāo)軸的正方向相同或相反．振子在最大位移處速度為零，在平衡位置時速度最大，振子在最大位移處速度方向發(fā)生改變．,考點53 簡諧運動,9,(4) 理解簡諧運動的對稱性①瞬時量的對稱性：做簡諧運動的物體，在關(guān)于平衡位置對稱的兩點，回復(fù)力、位移、加速度具有等大反向的關(guān)系．另外速度的大小具有對稱性，方

8、向可能相同或相反．②過程量的對稱性：振動質(zhì)點來回通過相同的兩點間的時間相等，如：質(zhì)點經(jīng)過關(guān)于平衡位置對稱的等長的兩線段的時間相等，如tBC＝tB′C′，如圖所示．,考點53 簡諧運動,10,2．簡諧運動中路程和時間的關(guān)系(1) 若質(zhì)點運動時間t與周期T的關(guān)系滿足t＝nT(n＝1，2，3，…)，則s＝ ×4A成立．【關(guān)鍵點撥】不論計時起點對應(yīng)質(zhì)點在哪個位置向哪個方向運動，經(jīng)歷一個周期就完成一次全振動，完成任何一次全

9、振動質(zhì)點通過的路程都等于4A.(2) 若質(zhì)點運動時間t與周期T的關(guān)系滿足 (n＝1，2，3，…)，則 成立．(3) 若質(zhì)點運動時間t與周期T的關(guān)系滿足 ，此種情況最復(fù)雜，分三種情形：①計時起點對應(yīng)質(zhì)點在三個特殊位置(兩個最大位移處，一個平衡位置)，由簡諧運動的周期性和對稱性知，s＝A成立．,考點53 簡諧運動,11,②計時起點對應(yīng)質(zhì)點在最大位移和平衡位置之間，向

10、平衡位置運動，則s>A.③計時起點對應(yīng)質(zhì)點在最大位移處和平衡位置之間，向最大位移處運動，則s<A.(4) 質(zhì)點運動時間t為非特殊值，則需要利用簡諧運動的振動圖像進行計算．考法3　對簡諧運動圖像的考查★★★★這是對簡諧運動考點最常見的考查方式，主要有以下兩種考法，前者易，后者難．1．簡諧運動的圖像體現(xiàn)的基本信息通過簡諧運動圖像可以確定振動物體在任一時刻的位移．從而知道位移x隨時間t的變化情況．,考點53 簡諧運動

11、,12,確定振動的振幅、周期和頻率．如圖中，對應(yīng)t1、t2時刻的位移分別為x1＝＋7 cm，x2＝－5 cm.振幅A＝10 cm，周期T＝0.2 s，頻率f＝5 Hz.2．依據(jù)對圖像的幾何分析判斷質(zhì)點運動性質(zhì)(1) 確定質(zhì)點的振動方向．振動方向判定有兩種方法：①可依據(jù)“上坡正，下坡負”，例如圖中的t1、t3時刻，質(zhì)點正在“上坡”，則其振動方向為正方向；t2時刻，質(zhì)點正在“下坡”，則其振動方向為負方向．②可用作曲線上某點切線的方法

12、，切線斜率為正則速度方向為正；切線斜率為負則速度方向為負．(2) 質(zhì)點的速度大小判定有兩種方法：①可依據(jù)切線斜率的絕對值大小，斜率的絕對值越大，速度越大；斜率的絕對值越小，速度越?。诳筛鶕?jù)運動情況來判斷速度大小，由平衡位置向兩側(cè)運動，速度減小；由兩,考點53 簡諧運動,13,側(cè)向平衡位置運動，速度增大．例如t1、t2時刻質(zhì)點遠離平衡位置，速度減小，t3時刻質(zhì)點靠近平衡位置，速度增大．(3) 比較各時刻質(zhì)點加速度的大小和方向．由于

13、 ，故可以根據(jù)圖像上各個時刻的位移變化情況確定質(zhì)點加速度的變化情況．例如在圖中t1時刻質(zhì)點位移x1為正，則加速度a1為負，t2時刻質(zhì)點位移x2為負，則加速度a2為正，又因為|x1|＞|x2|，所以|a1|＞|a2|.,考點53 簡諧運動,14,返回專題首頁,考點53 簡諧運動,15,考點54 用單擺測定重力加速度,16,(3) 用停表測出擺球擺動30次的時間t，算出周期T；(4) 重復(fù)上述步驟，將每次

14、對應(yīng)的擺長l、周期T填于表中，按公式g＝ 算出每次g值，然后求出結(jié)果．4．?dāng)?shù)據(jù)處理根據(jù) 的變換公式g＝ 計算出每次g值，然后求出平均值．,考點54 用單擺測定重力加速度,17,考法4　用游標(biāo)卡尺測小球直徑★(注：游標(biāo)卡尺的介紹可見本書P232)1．游標(biāo)卡尺使用方法使測量爪并攏，查看游標(biāo)尺與主尺零刻線是否對齊，檢查無誤后即可測量．讀數(shù)之前要用緊固螺釘把游標(biāo)尺固定．按

15、下列步驟讀數(shù)：(1)以游標(biāo)尺零刻線位置為準(zhǔn)，在主尺上讀取毫米數(shù)L.(2)看游標(biāo)尺上第幾條刻線與主尺上的某一刻線(不管是第幾條刻線)對齊，從游標(biāo)尺上讀出毫米以下的小數(shù)為nΔL，式中n為與主尺某刻線對齊的游標(biāo)尺第n條刻線，ΔL為該游標(biāo)卡尺的精確度．(3)最后讀數(shù)為L＋nΔL.,18,2．測量讀數(shù) 第一步：看游標(biāo)尺總刻度確定精確度(10分度、20分度、50分度的精確度見表格)；,考點54 用單擺測定重力加速度,19,第二步：讀出游標(biāo)尺零刻

16、線左側(cè)的主尺整毫米數(shù)(X)；如例題中為X＝41 mm；第三步：找出游標(biāo)尺與主尺刻線“正對”的位置，并在游標(biāo)尺上讀出對齊線到零刻線的小格數(shù)(n)(不要估讀)；如例題中為10小格， 即n＝10；第四步：按讀數(shù)公式讀出測量值．讀數(shù)公式：測量值(L)＝主尺讀數(shù)(X)＋游標(biāo)尺對齊格數(shù)(n×精確度)如例題的測量值L＝41 mm＋10×0.02 mm＝41.20 mm，單位換算后其讀數(shù)為4.120 cm.,考點54 用單

17、擺測定重力加速度,20,考法5　對實驗操作和理解的考查★★★1．本實驗系統(tǒng)誤差主要來源于單擺模型本身是否符合要求．因此選擇材料時擺線應(yīng)選擇細而不易伸長的線，比如用單根尼龍線、胡琴絲弦或蠟線等，長度一般不應(yīng)短于1 m．小球應(yīng)選用密度較大的金屬球，直徑應(yīng)較小，最好不超過2 cm.2．?dāng)[動時控制擺線偏離豎直方向不超過5°；擺動時，要使之保持在同一個運動平面內(nèi)，不要形成圓錐擺．,,考點54 用單擺測定重力加速度,21,返回專題首

18、頁,考點54 用單擺測定重力加速度,22,考點55 機械波與波的圖像,1．機械波 (1) 機械波產(chǎn)生的條件有兩個：一是要有做機械振動的物體作為波源；二是要有能夠傳播機械振動的介質(zhì)．質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波．質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波．(2) 機械波的特點 ①每一質(zhì)點都以它的平衡位置為中心做簡諧運動；后一質(zhì)點的振動總是落后于帶動它的前一質(zhì)點的振動．②波傳播的只是運動(振動)形式和振動

19、能量，介質(zhì)中的質(zhì)點并不隨波遷移．,23,2．描述機械波的物理量(1) 波長λ：兩個相鄰的、在振動過程中相對平衡位置的位移總是相同的質(zhì)點間的距離叫波長．橫波中，兩個相鄰波峰(或波谷)間的距離等于一個波長；縱波中，兩個相鄰密部(或疏部)間的距離等于一個波長．(2) 頻率f：波的頻率由波源的頻率決定，在任何介質(zhì)中頻率均不變．(3) 波速v：單位時間內(nèi)波向外傳播的距離．(4) 波速與波長和頻率之間的關(guān)系：v＝λf，波速的大小由介質(zhì)決

20、定．3．振動圖像與波的圖像比較,考點55 機械波與波的圖像,24,振動是一個質(zhì)點隨時間的推移而呈現(xiàn)的現(xiàn)象，波動是全部質(zhì)點聯(lián)合起來共同呈現(xiàn)的現(xiàn)象．簡諧運動和其引起的簡諧波的振幅、頻率相同，二者圖像有相同的正弦(余弦)曲線形狀，但兩個圖像是有本質(zhì)區(qū)別的，見表．,考點55 機械波與波的圖像,25,4. 波的干涉和衍射(1) 波的疊加：幾列波相遇時，每列波都能夠保持各自的狀態(tài)繼續(xù)傳播而不互相干擾，只是在重疊的區(qū)域里，任一質(zhì)點的總位移等于

21、各列波分別引起的位移的矢量和．,考點55 機械波與波的圖像,26,(2) 衍射：波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或孔的尺寸比波長小或與波長相差不多．(3) 干涉：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象．產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件是兩列波的頻率相同．,考點55 機械波與波的圖像,27,考法6　由波的圖像分析波的振動特點和傳播特點★★★波的圖像表示

22、的是波傳播過程中某個時刻各個質(zhì)點振動的位移，是一瞬間的靜態(tài)圖片，但它包含了一些基本的信息，既有波的傳播特征信息，也有振動特征信息，這是必須掌握的．1．振動信息：從波動圖像中，可以看到各個質(zhì)點的位移、振幅大?。粢阎ㄋ伲梢酝ㄟ^波長求出振動周期；若已知波的傳播方向可以判斷任一質(zhì)點振動方向．,28,2．波動信息：從波動圖像中可以看出波長，若已知波速或周期中的任一個可以求出另一個．若已知任一質(zhì)點的振動方向，可以判斷波的傳播方向．從而可以畫

23、出另一個時刻的波形圖．3．波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的相互判定(1) 帶動法(特殊點法)如圖甲所示，若已知波為向x軸正方向傳播的橫波，那么根據(jù)波的形成，靠近波源的點能帶動它鄰近的離波源稍遠的點，可判斷質(zhì)點P的振動方向．在質(zhì)點P附近靠近波源一方的圖線上另找一點P′，P′在,考點55 機械波與波的圖像,29,P上方，P′帶動P向上運動，則P向上運動(若P′在P下方，P′帶動P向下運動，則P向下運動)．反過來，若已知質(zhì)點P沿y

24、軸正方向運動，由于它是跟隨P′運動的，說明波由P′傳向P，即向x軸正方向傳播．(2) 如圖乙所示，已知波的傳播方向，作出經(jīng)微小時間Δt(Δt<T/4)后的波形(如圖乙中虛線所示)，就知道了各質(zhì)點經(jīng)過Δt時間到達的位置，振動方向就知道了．反過來，已知各質(zhì)點振動方向，沿振動方向描點，畫出下一時刻的波形圖，就能看出波的傳播方向．,考點55 機械波與波的圖像,30,(3) 上下坡法沿波的傳播速度的正方向看，“上坡”的點向下振動，“下

25、坡”的點向上振動，簡稱“上坡下，下坡上”．(見圖丙),考點55 機械波與波的圖像,31,考法7　質(zhì)點振動圖像與波動圖像相互轉(zhuǎn)化分析★★★★★波的傳播與質(zhì)點振動的結(jié)合考查，振動圖像與波動圖像的結(jié)合考查是高考對本考點最主要的考法，因為波本質(zhì)是振動的傳播．這類題目主要分成兩類情況：已知一個質(zhì)點的振動圖像來求某個時刻的波動圖像；已知某時刻的波動圖像與一個質(zhì)點的振動圖像，來判定質(zhì)點的位置及相關(guān)問題．無論哪種情況，我們首先明確波的圖像是描述波的

26、傳播路徑上,考點55 機械波與波的圖像,32,所有質(zhì)點的某個時刻的位移狀態(tài)．這個時候的質(zhì)點振動圖像是波的傳播路徑上某個質(zhì)點所有時刻的振動變化情況．然后，依據(jù)已知條件，突破以下兩個關(guān)鍵點，問題就能解決．(1) 定位：依據(jù)已知條件明確波的圖像的時刻，依據(jù)質(zhì)點振動圖像找出該時刻質(zhì)點振動的位移及振動方向．再根據(jù)此位移及振動方向，在波動圖像中找出質(zhì)點，則所有問題將解決；,考點55 機械波與波的圖像,33,(2) 定時：依據(jù)已知條件找到波的圖

27、像中質(zhì)點，讀出位移并判斷振動方向，依據(jù)位移到振動圖像中確定該質(zhì)點處在此位移時的時刻．考法8　波的傳播過程中的波形與振動分析★★★波的傳播過程和路徑中，涉及波形的變化，遠近不同質(zhì)點的振動狀態(tài)，本考法也是高考中重要的考查方式之一．,考點55 機械波與波的圖像,34,本考點關(guān)鍵突破點是：(1)理解波的傳播原理與特點，波是振動的傳播，由振源相繼將振動由近及遠傳播．(2)波傳播的周期規(guī)律，一個振動周期內(nèi)傳動一個波長，

28、 或v＝λf.每隔整數(shù)倍的波長振動相同，每隔奇數(shù)倍的波長振動相反．所以計算出波的傳播時間，或兩個質(zhì)點間的距離與波長的關(guān)系，是解決本類問題的關(guān)鍵．本考法中，有時會與波的疊加知識綜合，這時會有兩種波傳向一個質(zhì)點，需要分別計算兩個波源到質(zhì)點的距離，判斷兩列波傳播到該質(zhì)點時的振動狀態(tài)，然后矢量疊加．,考點55 機械波與波的圖像,35,返回專題首頁,考點55 機械波與波的圖像,36,考點56 機械振動和機械波的綜合應(yīng)用,考法9　簡諧運動為

29、背景的力與運動關(guān)系的分析★★簡諧運動是機械運動的一種形式，同樣適用于牛頓運動定律、功與能的原理，考試時有時會出現(xiàn)以彈簧振子模型為對象的力學(xué)問題，這類問題我們以簡諧運動知識作為背景去解決，會顯得駕輕就熟，但這類問題一般不以考查簡諧運動的特點為主，而更多的是應(yīng)用到它的動力學(xué)特點．主要注意以下幾點：(1)彈簧振子受到的是變力，做變加速運動．(2)若分析力，應(yīng)關(guān)注平衡位置時，加速度為零，受到的合外力為零．運動到最大位移時是運動的臨界點，加速度

30、最大，受到合外力最大．(3)若有關(guān)速度、位移的求解，一般應(yīng)用動能定理或機械能守恒定律求解．,37,考法10　波的傳播過程的多解問題與不確定性★★★波的傳播有一定的周期規(guī)律，這會引起問題的多解，另外波的傳播的方向等條件的不確定也會引起多個可能的解答．這類問題在高考中可能會出現(xiàn)，有一定難度或陷阱題的意思，需要特別注意．具體表現(xiàn)有：1．波形移動的距離x與波長λ的關(guān)系不確定，必有系列解，若x與λ有一定的約束關(guān)系，可使系列解轉(zhuǎn)化為有限解或唯

31、一解；2．波形變化的時間Δt與周期T的關(guān)系不確定，必有系列解，關(guān)鍵式為t＝kT＋Δt，若Δt與T有一定的約束關(guān)系，可使系列解轉(zhuǎn)化為有限解或唯一解；3．波的傳播方向不確定必有兩種可能解；,考點56 機械振動和機械波的綜合應(yīng)用,38,4．兩質(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方向向右傳播，M、N為介質(zhì)中相距為Δx的兩質(zhì)點，M在左，N在右，t時刻，M、N兩質(zhì)點正好振動經(jīng)過平衡位置，而且M、N之間只有一個波峰，經(jīng)過Δt時