《大高考》2016屆高考物理全國通用配套課件配套練習(xí)專題十四--機械振動與機械波

1、知識點一 簡諧運動 單擺及其周期公式1.簡諧運動(1)定義：物體在跟位移大小成正比并且總是指向_________的回復(fù)力作用下的振動.,平衡位置,(2)簡諧運動的特征①動力學(xué)特征：F回＝_______.②運動學(xué)特征：x、v、a均按正弦或余弦規(guī)律發(fā)生周期性變化(注意v、a的變化趨勢相反).③能量特征：系統(tǒng)的機械能守恒，振幅A不變.,－kx,2.簡諧運動的兩種模型,自由伸長,彈力,重力,【易錯防范】(1)周期、頻率是表征物

2、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.(　　)(3)彈簧振子每次經(jīng)過平衡位置時，位移為零、動能為零.(　　)(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).(　　),√,×,×,×,知識點二 簡諧運動的公式和圖象1.簡諧運動的表達式(1)動力學(xué)表達式：F＝_____，其中“－”表示回復(fù)力與位移的方向相反.(2)運動學(xué)表達式：x＝___________，其

3、中A代表振幅，ω＝2πf表示簡諧運動的快慢，(ωt＋φ)代表簡諧運動的相位，φ叫做_____.,－kx,Asin(ωt＋φ),初相,2.簡諧運動的圖象(1)從__________開始計時，函數(shù)表達式為x＝Asin ωt，圖象如圖甲所示.,平衡位置,(2)從____________開始計時，函數(shù)表達式為x＝Acos ωt，圖象如圖乙所示.,最大位移處,知識點三 受迫振動和共振1.受迫振動：物體在_______驅(qū)動力作用下的振動叫受

4、迫振動.2.頻率特征:做受迫振動的物體,它的頻率等于驅(qū)動力的頻率(f驅(qū))，與固有頻率 (f固)無關(guān).3.共振：驅(qū)動力的頻率越接近固有頻率，振幅越大；當(dāng)f驅(qū)＝_____時，振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振.,周期性,f固,【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.(　　)(2)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(guān).(　　),√,×,√,知識點四

5、 機械波 橫波和縱波1.機械波的形成條件(1)有發(fā)生機械振動的波源.(2)有傳播介質(zhì)，如空氣、水等.2.傳播特點(1)機械波傳播的只是振動的_____和_____，質(zhì)點只在各自的平衡位置附近做簡諧運動，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______振動周期和頻率相同.(3)一個周期內(nèi)，質(zhì)點完成一次全振動,通過的路程為____,位移為__.,形式,能量,遷移,波源的,4A,0,3.機械

6、波的分類(1)橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互_____的波，有______(凸部)和______(凹部).(2)縱波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向_____的波,有_____和______.,垂直,波峰,波谷,平行,密部,疏部,知識點五 橫波的圖象 波速、波長和頻率（周期）的關(guān)系1.橫波的圖象(1)坐標(biāo)軸：橫軸表示各質(zhì)點的________，縱軸表示該時刻各質(zhì)點的_____.(2)意義：表示在波的傳播方向上，某時刻

7、各質(zhì)點離開_________的位移.(3)圖象：,平衡位置,位移,平衡位置,(4)應(yīng)用：①直接讀取_____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結(jié)合波的傳播方向可確定各質(zhì)點的_________或由各質(zhì)點的振動方向確定波的_________.,振幅,波長,方向,振動方向,傳播方向,相同,介質(zhì),頻率,λf,【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

8、移.(　　)(2)周期或頻率，只取決于波源，而與v、λ無直接關(guān)系.(　　)(3)波速v取決于介質(zhì)的性質(zhì),它與T、λ無直接關(guān)系.只要介質(zhì)不變，v就不變；如果介質(zhì)變了，v也會改變.(　　)(4)波可以傳遞振動形式和能量.(　　),×,√,√,√,知識點六 波的干涉和衍射現(xiàn)象 多普勒效應(yīng)1.波的干涉和衍射,相同,尺寸,干涉圖樣,繞過障礙物,2.多普勒效應(yīng) (1)條件：聲源和觀察者之間有_________. (

9、2)現(xiàn)象：觀察者感到_____發(fā)生變化. (3)實質(zhì)：聲源頻率_____，觀察者接收到的頻率______.,相對運動,頻率,不變,變化,【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.(　　)(2)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象.(　　)(3)多普勒效應(yīng)說明波源的頻率發(fā)生變化.(　　),×,√,×,要點一　簡諧運動的五個特征[突破指南]1.動力學(xué)特征F＝－kx，“－”表示位移的方向與回復(fù)力的方向相反.

10、2.運動學(xué)特征做變加速運動.當(dāng)物體靠近平衡位置時，a、F、x都減小，v、Ek增大；當(dāng)物體遠離平衡位置時，a、F、x都增大，v、Ek減小.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，機械能守恒.,4.周期性特征相隔T或nT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(1)如圖所示，振子經(jīng)過關(guān)于平衡位置O對稱(OP＝OP′)的兩點P、P′時，速度的大小、動能、勢能相等，

11、相對于平衡位置的位移大小相等.,(2)振子由P到O所用時間等于由O到P′所用時間，即tPO＝tOP′.(3)振子往復(fù)運動過程中通過同一段路程(如OP段)所用時間相等，即tOP＝tPO.,答案　ACD,【借題發(fā)揮】 分析簡諧運動的技巧(1)分析簡諧運動中各物理量的變化情況時，一定要以位移為橋梁，位移增大時，振動質(zhì)點的回復(fù)力、加速度、勢能均增大，速度、動能均減?。环粗瑒t產(chǎn)生相反的變化.另外，各矢量均在其值為零時改變方向.(2)分析過

12、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(yīng)用[突破指南]簡諧運動圖象提供的信息1.可以確定振動物體在任一時刻的位移.2.確定振動的振幅A和周期T.3.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.,4.比較各時刻質(zhì)點的加速度(回復(fù)力)的大小和方向.,5.比較不同時刻質(zhì)點的勢

13、能和動能的大小.質(zhì)點的位移越大，它所具有的勢能越大，動能則越小.,【典例2】 一個彈簧振子沿x軸做簡諧運動，取平衡位置O為x軸坐標(biāo)原點.從某時刻開始計時，經(jīng)過四分之一周期，振子具有沿x軸正方向的最大加速度.能正確反映振子位移x與時間t關(guān)系的圖象是(　　),解析　彈簧振子做簡諧運動，由回復(fù)力公式F＝－kx，結(jié)合牛頓第二定律F＝ma可知，經(jīng)四分之一的周期有沿x軸正方向的最大加速度，則其位移為負的最大值.t＝0時刻振子應(yīng)該自平衡位置向x軸負

14、向運動，故選項A正確.,A,要點三　對機械波的圖象的理解和應(yīng)用[突破指南]1.機械波的特點及各物理量之間的關(guān)系(1)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.(3)傳播不移性：在傳播方向上,各質(zhì)點只在各自平衡位置附近振動,并不隨波遷移.(4)時空重復(fù)性：機械波傳播時，介質(zhì)中的質(zhì)點不斷地重復(fù)著振源的振動形式.,(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且在傳播

15、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.(7)波長、波速和頻率的關(guān)系：v＝λf，f由波源決定，v由介質(zhì)決定.,【典例3】 (多選)如圖所示，a、b、c、d是均勻媒質(zhì)中x軸上的四個質(zhì)點，相鄰兩點的間距依次為2 m、4 m和6 m.一列簡諧橫波以2 m/s的波速沿x軸正向傳播，在t＝0時刻到達質(zhì)點a處，質(zhì)點a由平衡位置開始豎直向下運動，t＝3 s時a第一次到達最高點.下列說法正確的是(　　),A.在t

16、＝6 s時刻波恰好傳到質(zhì)點d處B.在t＝5 s時刻質(zhì)點c恰好到達最高點C.質(zhì)點b開始振動后，其振動周期為4 sD.在4 s<t<6 s的時間間隔內(nèi)質(zhì)點c向上運動E.當(dāng)質(zhì)點d向下運動時，質(zhì)點b一定向上運動,答案　ACD,【借題發(fā)揮】 波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判方法,要點四　波的多解問題[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的雙向性是導(dǎo)致“波動問題多解”的主要原因.若題目加設(shè)一定

17、的條件，可使無限系列解轉(zhuǎn)化為有限解或唯一解.具體表現(xiàn)有：1.波的傳播方向不確定必有兩種可能解；2.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)化有限解或唯一解；3.波形變化的時間Δt與周期T的關(guān)系不確定，必有系列解，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；,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

18、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時間N質(zhì)點恰好第一次處在波峰位置，求這列波的波速.波形可能如圖所示,對應(yīng)的波速如下甲v＝Δx/2Δt　　 乙v＝3Δx/4Δt丙v＝Δx/4Δt　　 丁v＝Δx/2Δt,【典例4】 (2013·天津理綜，7，6分)(多選)一列簡諧橫波沿直線傳播，該直線上平衡位置相距9 m的a、b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

19、的是(　　),答案　AC,要點五　波的圖象與振動圖象的綜合應(yīng)用[突破指南]1.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“一分、一看、二找”的方法(1)分清振動圖象與波動圖象.此問題最簡單,只要看清橫坐標(biāo)即可，橫坐標(biāo)為x則為波動圖象，橫坐標(biāo)為t則為振動圖象.(2)看清橫、縱坐標(biāo)的單位.尤其要注意單位前的數(shù)量級.(3)找準波動圖象對應(yīng)的時刻.(4)找準振動圖象對應(yīng)的質(zhì)點.,2.振動圖象和波的圖象的比較,【典例5】 圖

20、甲是一列簡諧橫波在t＝1.25 s時的波形圖，已知c位置的質(zhì)點比a位置的晚0.5 s起振，則圖乙所示振動圖象對應(yīng)的質(zhì)點可能位于(　　),A.a<x<b B.b<x<c C.c<x<d D.d<x<e,解析　質(zhì)點a、c間距為半個波長，而c比a晚0.5 s起振，說明該波向x軸正方向傳播，周期為1 s.由圖乙可知，t＝1.25 s時刻該質(zhì)點位于橫軸上方，且向下振動，D正確.,D,

21、【借題發(fā)揮】 圖象問題的易錯點：(1)不理解振動圖象與波的圖象的區(qū)別.(2)誤將振動圖象看做波的圖象或?qū)⒉ǖ膱D象看做振動圖象.(3)不知道波傳播過程中任意質(zhì)點的起振方向與波源的起振方向相同.(4)不會區(qū)分波的傳播位移和質(zhì)點的振動位移.(5)誤認為質(zhì)點隨波遷移.,2.多普勒效應(yīng)的成因分析(1)接收頻率：觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù).(2)當(dāng)波源與觀察者相互靠近時，觀察者接收到的頻率變大，當(dāng)波源