《（課標(biāo)版 5年高考3年模擬A版）2020年物理總復(fù)習(xí) 專題十六 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波課件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（課標(biāo)版 5年高考3年模擬A版）2020年物理總復(fù)習(xí) 專題十六 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波課件.ppt（39頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、專題十六機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波,高考物理（課標(biāo)專用）,考點(diǎn)一機(jī)械振動(dòng),考向基礎(chǔ) 一、振動(dòng)及描述振動(dòng)的物理量 1.機(jī)械振動(dòng):物體(或物體的一部分)在某一中心位置兩側(cè)所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱為機(jī)械振動(dòng),簡稱振動(dòng)。 2.回復(fù)力:振動(dòng)物體所受的總是指向平衡位置的力。它可以是某一個(gè)力,也可以是幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力,屬于效果力,在具體問題中要注意分析是什么力提供了回復(fù)力。 3.位移x:由平衡位置指向振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)所在位置的有向線段,是矢量,其最大值等于振幅。 無論振子從什么位置開始振動(dòng),其位移總是以平衡位置為初位置。,考點(diǎn)清單,4.振幅A:振動(dòng)物體離開平衡位置的最大距離,是標(biāo)量,表示振動(dòng)的 強(qiáng)弱。 5.周期T和頻率f:

2、表示振動(dòng)快慢的物理量,兩者互為倒數(shù)關(guān)系,當(dāng)T和f由振動(dòng)系統(tǒng)本身決定時(shí),則叫固有周期和固有頻率。 二、簡諧運(yùn)動(dòng),三、簡諧運(yùn)動(dòng)的兩種基本模型,四、自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振的關(guān)系比較,五、用單擺測(cè)定重力加速度,實(shí)驗(yàn)原理 單擺在偏角很小(小于5)時(shí),振動(dòng)周期跟偏角的大小和擺球的質(zhì)量無關(guān),由單擺的周期公式T=2即可求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的值。,實(shí)驗(yàn)步驟 1.讓線的一端穿過小球的小孔。 2.把線的上端用鐵夾固定在鐵架臺(tái)上,把鐵架臺(tái)放在實(shí)驗(yàn)桌邊,使鐵夾伸到桌面以外,讓小球自由下垂,在單擺平衡位置處做上標(biāo)記。 3.用刻度尺測(cè)量單擺的擺長(懸點(diǎn)到球心間的距離)。 4.把單擺從平衡位置拉開一個(gè)很小的角度(不超過5

3、),然后放開小球讓它擺動(dòng),用停表測(cè)出單擺完成30次或50次全振動(dòng)的時(shí)間,計(jì)算出平均完成一次全振動(dòng)的時(shí)間,這個(gè)時(shí)間就是單擺的振動(dòng)周期。 5.改變擺長,重做幾次實(shí)驗(yàn)。計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)的重力加速度,求出幾次實(shí)驗(yàn)得到的重力加速度的平均值,即本地區(qū)的重力加速度的值。,注意事項(xiàng) 1.擺線應(yīng)選擇細(xì)而不易伸長的輕線,長度一般不應(yīng)短于1 m。小球應(yīng)選用密度較大直徑較小的金屬球; 2.單擺懸線的上端應(yīng)夾緊在鐵夾中,以免擺動(dòng)時(shí)擺長改變; 3.擺動(dòng)時(shí)控制擺線偏離豎直方向不超過5; 4.擺動(dòng)時(shí),要使之保持在同一個(gè)運(yùn)動(dòng)平面內(nèi),不要形成圓錐擺; 5.計(jì)算單擺的振動(dòng)次數(shù)時(shí),應(yīng)在擺球通過最低位置時(shí)開始計(jì)時(shí),以后擺球從同一方向通過

4、最低位置時(shí)進(jìn)行讀數(shù),且在數(shù)“零”的同時(shí)按下停表,開始計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)。,考向突破,考向簡諧運(yùn)動(dòng) 一、簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像 1.如圖所示為一彈簧振子做簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像。它反映了振子的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律,而振子實(shí)際軌跡并非正弦曲線。 2.根據(jù)簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,利用該圖像可以得出以下判定 (1)振幅A、周期T以及各時(shí)刻振子的位置; (2)各時(shí)刻回復(fù)力、加速度、速度、位移的方向;,(3)某段時(shí)間內(nèi)位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、勢(shì)能的變化情況; (4)某段時(shí)間內(nèi)振子通過的路程。 二、做簡諧運(yùn)動(dòng)的物體的位移、速度和加速度及其變化規(guī)律 1.位移:從平衡位置指向振動(dòng)物體所在位置的有向線段。位移的表示方法是以平衡位置為坐標(biāo)

5、原點(diǎn),以振動(dòng)物體所在的直線為坐標(biāo)軸,規(guī)定正方向,則某一時(shí)刻振動(dòng)物體(偏離平衡位置)的位移用該時(shí)刻振動(dòng)物體所在的位置坐標(biāo)來表示。振動(dòng)物體通過平衡位置時(shí),位移改變方向。 2.速度:描述振動(dòng)物體在平衡位置附近振動(dòng)快慢的物理量。在所建立的坐標(biāo)軸上,速度的正負(fù)號(hào)表示振動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)方向與坐標(biāo)軸的正方向相同或相反。應(yīng)明確速度和位移是彼此獨(dú)立的物理量。如振動(dòng)物體通過同,一位置時(shí),它的位移矢量的方向是一定的,而其速度方向卻有兩種可能:指向或背離平衡位置。振動(dòng)物體在最大位移處速度為零,在平衡位置處速度最大,振動(dòng)物體在最大位移處時(shí),速度將改變方向。 3.加速度:根據(jù)牛頓第二定律,做簡諧運(yùn)動(dòng)的物體的加速度a=-x。由此

6、 可知,振動(dòng)物體加速度的大小跟位移成正比且方向相反。振動(dòng)物體在位移最大處加速度最大,通過平衡位置時(shí)加速度為零,此時(shí)加速度將改變方向。 4.動(dòng)能(標(biāo)量):質(zhì)量一定的物體,其動(dòng)能的大小取決于速度的大小,所以做簡諧運(yùn)動(dòng)的物體的動(dòng)能隨位移的增大而減小,隨位移的減小而增大。 5.勢(shì)能(標(biāo)量):隨高度(位移)增大而增大,隨高度(位移)減小而減小。,三、單擺周期公式的應(yīng)用 公式T=2中,g由單擺所在的空間位置決定。 由g=G可知,g因地球表面位置和高度的不同而不同,在不同星球上也 不同,因此應(yīng)求出單擺所在處的等效重力加速度值g代入公式,即g不一定等于9.8 m/s2。,例在某地,擺長為l1的擺鐘A在某一段時(shí)

7、間內(nèi)快了t(s),而另一擺長為l2的擺鐘B在同一段時(shí)間內(nèi)慢了t(s),那么,在該地走時(shí)準(zhǔn)確的擺鐘的擺長應(yīng)為多少?,解題導(dǎo)引,解析設(shè)該地走時(shí)準(zhǔn)確的擺鐘的擺長為l,則周期T=2,擺長為l1的擺 鐘的周期T1=2,擺長為l2的擺鐘的周期T2=2,再設(shè)某一段時(shí)間 為t,據(jù)題意有-=-。 解得l=。,答案,考點(diǎn)二機(jī)械波,考向基礎(chǔ) 一、機(jī)械波 1.機(jī)械波的產(chǎn)生 機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播形成了機(jī)械波。機(jī)械波產(chǎn)生的條件有兩個(gè):一是要有做機(jī)械振動(dòng)的波源;二是要有能夠傳播機(jī)械振動(dòng)的介質(zhì)。 有機(jī)械波必有機(jī)械振動(dòng),有機(jī)械振動(dòng)不一定有機(jī)械波。但是,已經(jīng)形成的波跟波源無關(guān),波源停止振動(dòng)后波仍會(huì)繼續(xù)傳播,直到機(jī)械能耗盡才停止

8、。 2.橫波和縱波 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波。凸起的最高處叫波峰,凹下的最低處叫波谷;質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的,傳播方向在同一直線上的波叫縱波。質(zhì)點(diǎn)分布最密的位置叫 密部,分布最疏的位置叫疏部。 3.描述機(jī)械波的物理量 (1)波長:兩個(gè)相鄰的、在振動(dòng)過程中相對(duì)平衡位置的位移總是相等的質(zhì)點(diǎn)間的距離叫波長。 在橫波中,兩個(gè)相鄰波峰(或波谷)間的距離等于波長; 在縱波中,兩個(gè)相鄰密部(或疏部)間的距離等于波長。 (2)頻率f:波的頻率由波源決定,在任何介質(zhì)中頻率不變。 (3)波速v:單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)形式向外傳播的距離。 波速與波長和頻率的關(guān)系是v=f,波速大小由介質(zhì)決定。,4.機(jī)械波的特

9、點(diǎn) (1)每一質(zhì)點(diǎn)都以它的平衡位置為中心做簡諧運(yùn)動(dòng);后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)總是落后于帶動(dòng)它的前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。 (2)波傳播的只是運(yùn)動(dòng)(振動(dòng))形式和振動(dòng)能量,介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移。 5.聲波 一切振動(dòng)著發(fā)聲的物體都叫聲源。聲源的振動(dòng)在介質(zhì)中形成縱波。頻率為 20 Hz到20 000 Hz的聲波能引起人的聽覺。頻率低于20 Hz的聲波稱為次聲波;頻率高于20 000 Hz的聲波稱為超聲波,超聲波的應(yīng)用十分廣泛,如聲吶、“B超”、探傷儀等。聲波在空氣中的傳播速度約為340 m/s。聲波具有反射、干涉、衍射等波的特有現(xiàn)象。,二、波的干涉和衍射 1.波的疊加:幾列波相遇時(shí),每列波都能夠保持各自的狀態(tài)繼續(xù)傳播

10、而不互相干擾,只是在重疊的區(qū)域里,任一質(zhì)點(diǎn)的總位移等于各列波分別引起的位移的矢量和。 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)象的條件是障礙物的尺寸或縫、孔的寬度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(dòng)加強(qiáng),某些區(qū)域的振動(dòng)減弱,并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的必要條件是兩列波的頻率相同。,說明(1)穩(wěn)定干涉中,振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域或振動(dòng)減弱區(qū)域的空間位置是不變的。加強(qiáng)區(qū)域中心質(zhì)點(diǎn)的振幅等于兩列波的振幅之和;減弱區(qū)域中心質(zhì)點(diǎn)的振幅等于兩列波的振幅之差。 (2)振動(dòng)加強(qiáng)的條件是兩波源到該區(qū)域中心的距離之差等于波長的整數(shù)倍;振動(dòng)減

11、弱的條件是兩波源到該區(qū)域中心的距離之差等于半波長的奇數(shù)倍。 (3)加強(qiáng)區(qū)永遠(yuǎn)是加強(qiáng)區(qū),減弱區(qū)永遠(yuǎn)是減弱區(qū),加強(qiáng)區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的振動(dòng)位移不一定都比減弱區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的振動(dòng)位移大。 4.干涉和衍射是波所特有的現(xiàn)象。 三、多普勒效應(yīng) 由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),使觀察者感到波的頻率發(fā)生變化的,現(xiàn)象,叫做多普勒效應(yīng)。 當(dāng)波源與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),如果二者相互接近,觀察者接收到的頻率增大;如果二者相互遠(yuǎn)離,觀察者接收到的頻率減小。 多普勒效應(yīng)是所有波動(dòng)過程共有的特征。根據(jù)聲波的多普勒效應(yīng)可以測(cè)定車輛行駛的速度;根據(jù)光波的多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)地球的運(yùn)行速度。,考向突破,考向機(jī)械波 一、波速與振速的區(qū)別

12、波源振動(dòng)幾個(gè)周期,振動(dòng)就向外傳播幾個(gè)波長,這個(gè)比值就表示了振 動(dòng)(或能量)向外傳播的速度,即波速。在同一均勻介質(zhì)中波的傳播是勻速的,與波的頻率無關(guān)。波動(dòng)中各質(zhì)點(diǎn)都在平衡位置附近做周期性振動(dòng),是變加速運(yùn)動(dòng),質(zhì)點(diǎn)并沒沿波的傳播方向隨波遷移。因此要區(qū)分開這兩個(gè)速度。,二、機(jī)械波的圖像 1.如圖所示為一橫波的圖像,它反映了在波傳播的過程中,某一時(shí)刻介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的位移在空間的分布,簡諧橫波的圖像為正弦(或余弦)曲線。 2.根據(jù)機(jī)械波的傳播規(guī)律,利用波的圖像可以得出以下的判定 (1)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振幅A和波長,以及該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移和加速度的方向。 (2)根據(jù)波的傳播方向確定該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向,且能畫出

13、在t前(或后)的波形圖像。 (3)根據(jù)某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向確定波的傳播方向。,例1如圖所示,圖甲為一列簡諧橫波在t=0.50 s時(shí)的波形圖像,P點(diǎn)是距平衡位置2.5 cm的質(zhì)點(diǎn),圖乙是Q點(diǎn)的振動(dòng)圖像。以下說法正確的是() A.0.05 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)Q具有最大的加速度和位移 B.0.05 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)P的速度正在減小,加速度正在增大 C.這列簡諧橫波的波速為15 m/s,D.這列波的傳播方向?yàn)?x方向 E.從0.60 s到0.90 s,質(zhì)點(diǎn)P通過的路程為30 cm,解析由圖乙可知0.05 s時(shí),Q質(zhì)點(diǎn)在正向最大位移處,具有最大的加速度,A正確。由題給條件可畫出0.05 s時(shí)波動(dòng)圖像如圖所示,再結(jié)合圖甲分析

14、可知波向x軸負(fù)方向傳播,此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P的速度在增大,加速度在減小,B、D錯(cuò)誤。由圖甲知波長=3 m,由圖乙知周期T=0.20 s,則波速v== 15 m/s,C正確。因t=0.90 s-0.60 s=0.30 s=1.5T,則質(zhì)點(diǎn)P通過的路程 s= 1.545 cm=30 cm,E正確。,答案ACE,三、振動(dòng)圖像和波的圖像的比較,例2(2014福建理綜,17,6分)在均勻介質(zhì)中,一列沿x軸正向傳播的橫波,其波源O在第一個(gè)周期內(nèi)的振動(dòng)圖像如圖所示,則該波在第一個(gè)周期末的波形圖是(),解析由振動(dòng)圖像可知,在t=T時(shí),波源O的振動(dòng)方向向下,再結(jié)合波形可知形成的波動(dòng)圖像為D圖。故選項(xiàng)D正確。,答案D,方法

15、1判斷波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向的方法,方法技巧,方法一帶動(dòng)法(特殊點(diǎn)法) 如圖甲所示為一沿x軸正方向傳播的橫波,根據(jù)波傳播過程中,后一質(zhì)點(diǎn)總是滯后于前一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特性,可判斷質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向。在質(zhì)點(diǎn)P附近靠近波源一方的圖線上另找一點(diǎn)P,若P在P上方,P帶動(dòng)P向上運(yùn)動(dòng),則P向上運(yùn)動(dòng);若P在P下方,P帶動(dòng)P向下運(yùn)動(dòng),則P向下運(yùn)動(dòng)。,方法二微平移法(波形移動(dòng)法) 作出經(jīng)微小時(shí)間t(t

16、向,那么這兩個(gè)箭頭總是在曲線的同側(cè)。(如圖所示),方法四上下坡法 沿波的傳播速度的正方向看,“上坡”的點(diǎn)向下振動(dòng),“下坡”的點(diǎn)向上振動(dòng),簡稱“上坡下,下坡上”。(如圖所示),例12017河南六市一聯(lián),34(1)某橫波在介質(zhì)中沿x軸傳播,圖甲為t= 0.75 s時(shí)的波形圖,圖乙為P質(zhì)點(diǎn)(x=1.5 m處的質(zhì)點(diǎn))的振動(dòng)圖像,那么下 列說法正確的是() A.該波向左傳播,波速為2 m/s B.質(zhì)點(diǎn)L與質(zhì)點(diǎn)N的運(yùn)動(dòng)方向總相反 C.t=1.0 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P處于平衡位置,并正在往y軸正方向運(yùn)動(dòng) D.在0.5 s時(shí)間內(nèi),質(zhì)點(diǎn)P向右運(yùn)動(dòng)了1 m E.若該波波長越大,則容易發(fā)生明顯的衍射, ,,解題導(dǎo)引,解析

17、由乙圖可知T=2 s,且P質(zhì)點(diǎn)在0.75 s時(shí)向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),結(jié)合甲圖可知該波向左傳播,由圖甲知=4 m,則波速v==2 m/s,A項(xiàng)正確。由圖 甲可知,質(zhì)點(diǎn)L和質(zhì)點(diǎn)N的平衡位置相距,則質(zhì)點(diǎn)L與質(zhì)點(diǎn)N的運(yùn)動(dòng)方 向總相反,B項(xiàng)正確。由圖乙可知t=1.0 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P處于平衡位置,并正在往y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),C項(xiàng)錯(cuò)誤。波動(dòng)過程中各質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近振動(dòng),并不隨波遷移,D項(xiàng)錯(cuò)誤。由發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知,E項(xiàng)正確。,答案ABE,方法2利用波傳播的周期性、雙向性解題 1.波的圖像的周期性:相隔時(shí)間為周期整數(shù)倍的兩個(gè)時(shí)刻的波形相同,從而使題目的解答出現(xiàn)多解的可能。 2.波傳播方向的雙向性:在題

18、目未給出傳播方向時(shí),要考慮到波可沿x軸正向或負(fù)向傳播的兩種可能性。,例22017河北冀州2月模擬,34(1)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,t時(shí)刻波形圖如圖中的實(shí)線所示,此時(shí)波剛好傳到P點(diǎn),t+0.6 s時(shí)刻的波形如圖中的虛線所示,a、b、c、P、Q是介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn),則下列說法正確的是() A.這列波的波速可能為50 m/s B.質(zhì)點(diǎn)a在這段時(shí)間內(nèi)通過的路程一定小于30 cm,C.質(zhì)點(diǎn)c在這段時(shí)間內(nèi)通過的路程可能為60 cm D.若周期T=0.8 s,則在t+0.5 s時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)b、P的位移相同 E.若周期T=0.8 s,從t+0.4 s時(shí)刻開始計(jì)時(shí),則質(zhì)點(diǎn)c的振動(dòng)方程為y= 0.1 sin m,

19、解析由波形圖可知波長=40 m,且0.6 s=nT+T(n=0,1,2,),解得周期 T= s(n=0,1,2,),當(dāng)n=0時(shí),T=0.8 s,波速v==50 m/s,選項(xiàng)A正確。 由傳播方向沿x軸正方向可知質(zhì)點(diǎn)a在t時(shí)刻向上運(yùn)動(dòng),當(dāng)n=0時(shí),T=0.8 s,則質(zhì)點(diǎn)a在0.6 s內(nèi)通過的路程小于30 cm,當(dāng)n=1時(shí),T= s,質(zhì)點(diǎn)a在0.6 s 內(nèi)通過的路程大于30 cm,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。若n=1,則T= s,波傳播到c點(diǎn)所 用時(shí)間為T,0.6 s=,質(zhì)點(diǎn)c振動(dòng)的時(shí)間為T-T=T,故在這段時(shí)間內(nèi) 質(zhì)點(diǎn)c通過的路程為6A=60 cm,選項(xiàng)C正確。若T=0.8 s,在t+0.5 s時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)b、P的位移均為負(fù)值,大小相等,選項(xiàng)D正確。若T=0.8 s,從t+0.4 s時(shí)刻開始計(jì)時(shí),則質(zhì)點(diǎn)c的振動(dòng)方程為y=0.1 sin m,選項(xiàng)E錯(cuò)誤。,答案ACD,