《高考物理一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題十四 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題十四 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波課件（26頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、專(zhuān)題十四 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波,高考物理,知識(shí)清單,方法一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的分析與判斷方法 1.利用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特性解題 (1)遠(yuǎn)離平衡位置的過(guò)程:由F=-kx=ma可知,x增大,F增大,a增大,但a與v反向,故v減小,動(dòng)能減小。 (2)靠近平衡位置的過(guò)程:由F=-kx=ma可知,x減小,F減小,a減小,但a與v同向,故v增大,動(dòng)能增大。 (3)經(jīng)過(guò)同一位置時(shí),位移、回復(fù)力、加速度、速率、動(dòng)能一定相同,但速度、動(dòng)量不一定相同,方向可能相反。 2.在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中,回復(fù)力的特點(diǎn)是大小和位移成正比,方向與位移的方向相反,即滿足公式F=-kx。所以對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的判定,首先要確定運(yùn)動(dòng)物體的平衡位置,其次在物體離平衡位置為

2、x處分析出回復(fù)力,再根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中回復(fù)力的特點(diǎn)進(jìn)行判定。 例1如圖所示,豎直懸掛的輕質(zhì)彈簧的勁度系數(shù)為k,下端掛一質(zhì)量為m的小球,小球靜止時(shí)彈簧伸長(zhǎng)x0,若將小球從靜止位置再向下拉一小段距離x后放手,小球的運(yùn)動(dòng)是否屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)?,突破方法,解析小球在豎直方向上振動(dòng)時(shí),除受到彈力作用外還受重力的作用,設(shè)向下為正方向,取小球靜止時(shí)的位置O為平衡位置,此時(shí)小球所受到的合力為零,即: mg-kx0=0 若小球向下偏離平衡位置x,則小球所受到的合力為: F合=mg-k(x0+x) 由和式可以解得:F合=-kx 即小球在振動(dòng)中所受到的合力與其相對(duì)平衡位置的位移成正比,而方向相反。所以懸掛在彈簧下端的小球所

3、做的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),且回復(fù)系數(shù)k等于彈簧的勁度系數(shù)k。 答案小球的運(yùn)動(dòng)屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),且回復(fù)系數(shù)k等于彈簧的勁度系數(shù)k。 1-1如圖所示,質(zhì)量為M=0.5 kg的框架B放在水平地面上。勁度系數(shù)為k=100 N/m的輕彈簧豎直放在框架B中,輕彈簧的上端和質(zhì)量為m=0.2 kg的物體C連在一起。輕彈簧的下端連在框架B的底部。物體C在輕彈簧的上方靜止不動(dòng)。現(xiàn)將物體C豎直向下緩慢壓下一段距離x=0.03 m后,釋放,物體C就在框架B中上下做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,框架B始終不離開(kāi)地面,物體C始終不碰撞框架B的頂部。已知重力加速度大小為g=10 m/s2。試求:當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),物體C的加速度大小和此

4、時(shí)物體B對(duì)地面的壓力大小。 答案15 m/s210 N 解析物體C放上之后靜止時(shí):設(shè)彈簧的壓縮量為x0, 對(duì)物體C,有:mg=kx0 解得:x0=0.02 m 當(dāng)物體C從靜止向下壓縮彈簧x后釋放,物體C就以原來(lái)的靜止位置為中心上下做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng), 振幅A=x=0.03 m 當(dāng)物體C運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),,對(duì)物體C,有:k(x+x0)-mg=ma 解得:a=15 m/s2 當(dāng)物體C運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),設(shè)地面對(duì)框架B的支持力大小為F,對(duì)框架B,有:F=Mg+k(x+x0) 解得:F=10 N 由牛頓第三定律知,框架B對(duì)地面的壓力大小為10 N 例2設(shè)x軸方向的一條細(xì)繩上有O、A、B、C、D、E、F、G八個(gè)點(diǎn),=

5、==== ==1 m,質(zhì)點(diǎn)O在垂直于x軸方向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),沿x軸方向傳播形成橫波。t=0時(shí)刻,O點(diǎn)開(kāi) 始向上運(yùn)動(dòng),經(jīng)t=0.2 s,O點(diǎn)第一次到達(dá)上方最大位移處,這時(shí)A點(diǎn)剛好開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。那么在t=2.5 s時(shí)刻,以下說(shuō)法中正確的是() A.B點(diǎn)位于x軸下方B.A點(diǎn)與E點(diǎn)的位移相同 C.D點(diǎn)的速度最大D.C點(diǎn)正向上運(yùn)動(dòng) E.這列波的波速為5 m/s 解析由題可知,=0.2 s,周期T=0.8 s,=1 m,波長(zhǎng)=4 m,由v=得波速v=5 m/s,則可判斷E項(xiàng)正,確;當(dāng)t=2.5 s時(shí),波源O已振動(dòng)了3個(gè)周期,此時(shí)O位于x軸上方向上振動(dòng),B點(diǎn)與O點(diǎn)之間相距半個(gè) 波長(zhǎng),可判斷B點(diǎn)位于x軸下方,A項(xiàng)正

6、確;2.5 s時(shí)E點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)了一段時(shí)間,A點(diǎn)與E點(diǎn)間距1個(gè)波長(zhǎng),兩點(diǎn)振動(dòng)情況完全一樣,則B項(xiàng)正確;O點(diǎn)與D點(diǎn)間距1個(gè)波長(zhǎng),兩點(diǎn)的振動(dòng)情況完全一樣,此時(shí),O點(diǎn)已經(jīng)離開(kāi)平衡位置向上振動(dòng),D點(diǎn)也一樣,則D點(diǎn)的速度不是最大,C項(xiàng)錯(cuò)誤;O點(diǎn)與C點(diǎn)間距為 波長(zhǎng),2.5 s時(shí),O點(diǎn)剛離開(kāi)平衡位置向上振動(dòng),則C點(diǎn)應(yīng)向下振動(dòng),則D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案ABE,方法二已知振幅A和周期T,求振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移和路程的方法 求振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在t時(shí)間內(nèi)的路程和位移,由于牽涉質(zhì)點(diǎn)的初始狀態(tài),用正弦函數(shù)求解較復(fù)雜,但t若為半周期的整數(shù)倍,則容易求: 在半周期內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的路程為2A,若t=n(n=1,2,3,),則路程s=2An。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)的初始位移

7、(相對(duì)平 衡位置)為x0時(shí),經(jīng)的奇數(shù)倍時(shí)x1=-x0,經(jīng)的偶數(shù)倍時(shí),x2=x0。 例32014課標(biāo),34(1),5分圖(a)為一列簡(jiǎn)諧橫波在t=0.10 s時(shí)刻的波形圖,P是平衡位置在x=1.0 m處的質(zhì)點(diǎn),Q是平衡位置在x=4.0 m處的質(zhì)點(diǎn);圖(b)為質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖象。下列說(shuō)法正確的是。,A.在t=0.10 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)Q向y軸正方向運(yùn)動(dòng) B.在t=0.25 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P的加速度方向與y軸正方向相同 C.從t=0.10 s到t=0.25 s,該波沿x軸負(fù)方向傳播了6 m D.從t=0.10 s到t=0.25 s,質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程為30 cm E.質(zhì)點(diǎn)Q簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y=0.10 sin

8、10t(國(guó)際單位制) 解析由圖(a)得=8 m,由圖(b)得T=0.2 s,所以v==40 m/s。由圖(b)知,在t=0.10 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)Q通過(guò) 平衡位置向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤。結(jié)合圖(a),由“同側(cè)法”判得波沿x軸負(fù)方向傳播,畫(huà)出t=0.25 s時(shí)的波形圖,標(biāo)出P、Q點(diǎn),如圖,此時(shí)P點(diǎn)在x軸下方,其加速度向上,B正確。t=0.25 s-0.10 s=0.15 s,x=vt=6 m,C正確。P點(diǎn)起始位置不在平衡位置或最大位移處,故D錯(cuò)誤。由圖知A=0.10 m,==10 rad/s,所以Q點(diǎn)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)表達(dá)式為y=0.10 sin 10t(國(guó)際單位制),E正確。,答案BCE 3-1如圖所示,在

9、xOy平面內(nèi)有一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波,振幅為4 cm,波速為1 m/s,頻率為2.5 Hz。在t=0時(shí)刻,P點(diǎn)位于其平衡位置上方最大位移處,則距P為0.2 m的Q點(diǎn)(),A.在0.1 s時(shí)的位移為4 cm B.在0.1 s時(shí)速度最大 C.在0.1 s時(shí)速度向下 D.在0到0.1 s時(shí)間內(nèi)的路程為4 cm 答案BD 解析== m=0.4 m,P、Q相距。 先畫(huà)出t=0時(shí)刻的部分波形圖,如圖所示,已知波的傳播方向和P點(diǎn)所在位置,再確定Q點(diǎn)所在位置。 經(jīng)過(guò)0.1 s,也就是后,Q點(diǎn)回到平衡位置,并向上運(yùn)動(dòng)。選項(xiàng)B正確。,在00.1 s時(shí)間內(nèi)Q點(diǎn)通過(guò)的路程為振幅,即4 cm,選項(xiàng)D正確。,方法

10、三判斷波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向的方法 1.方法一: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(jiǎn)稱(chēng)“上坡下,下坡上”。(如圖甲所示) 2.方法二:同側(cè)法 在波的圖象上的某一點(diǎn),沿縱軸方向畫(huà)出一個(gè)箭頭表示質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向,并設(shè)想在同一點(diǎn)沿x軸方,向畫(huà)個(gè)箭頭表示波的傳播方向,那么這兩個(gè)箭頭總是在曲線的同側(cè)。(如圖乙所示) 3.方法三: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)波的形成,靠近波源的點(diǎn)能帶動(dòng)它鄰近的離波源稍遠(yuǎn)的點(diǎn),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

11、下方,P帶動(dòng)P向下運(yùn)動(dòng),則P向下運(yùn)動(dòng)。 4.方法四:微平移法(波形移動(dòng)法) 作出經(jīng)微小時(shí)間t(t

12、衡位置,速度最大,加速度為0,且振動(dòng)方向沿y軸負(fù)向,圖2可以表示質(zhì)點(diǎn)b的振動(dòng),選項(xiàng)A、B、C都錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確。,答案D,4-1一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播,t=0時(shí)刻的波形如圖甲所示,此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P正沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),其振動(dòng)圖象如圖乙所示,則該波的傳播方向和波速分別是() A.沿x軸負(fù)方向,60 m/s B.沿x軸正方向,60 m/s C.沿x軸負(fù)方向,30 m/s D.沿x軸正方向,30 m/s 答案A,解析因t=0時(shí)質(zhì)點(diǎn)P向下振動(dòng),而由波形圖甲可以看出與質(zhì)點(diǎn)P相鄰的右側(cè)質(zhì)點(diǎn)位于質(zhì)點(diǎn)P下方,故質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)是由其右側(cè)質(zhì)點(diǎn)引起的,波沿x軸負(fù)方向傳播,B、D皆錯(cuò)誤。由圖甲可得該波波長(zhǎng)=24 m,由圖乙可得周期T=0.4 s,故波速v==60 m/s,A正確,C錯(cuò)誤。,