第9讲 机械振动和机械波-2024年高考物理二轮复习二十五讲

2024高考二轮复习二十五讲 第9讲、机械振动和机械波 第一部分 织网点睛，纲举目张 一、机械振动和机械波知识体系 二．简谐运动的五大特征 受力 特征 回复力F＝－kx，F(或a)的大小与x的大小成正比，方向相反 运动 特征 靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小 能量 特征 振幅越大，能量越大，在运动过程中，系统的动能和势能相互转化，机械能守恒 周期性特征 质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为 对称性特征 关于平衡位置O对称的两点，速度的大小、动能、势能相等，相对平衡位置的位移大小相等；由对称点到平衡位置O用时相等 三、单摆周期公式的应用 1．对单摆周期公式的理解 (1)单摆的周期公式在单摆偏角很小时成立。 (2)公式中l是摆长，即悬点到摆球球心的距离，l＝l线＋r球。 (3)公式中g是单摆所在地的重力加速度，由单摆所在的空间位置决定。 (4)周期T只与l和g有关，与摆球质量m及振幅无关。 2．有关周期T的常见情况 (1)同一单摆，在地球的不同位置上，由于重力加速度不同，其周期也不同。 (2)同一单摆，在不同的星球上，其周期也不相同。例如单摆放在月球上时，由于g月<g地，所以同一单摆在月球上的周期比在地球上的周期大。 (3)当单摆处在绕地球运行的卫星中时，由于卫星处于完全失重状态，等效重力加速度g＝0，则周期T为无穷大，即单摆不会振动。 (4)当单摆放在竖直方向的电场中，若单摆带电，则类似于超(失)重，等效加速度g′＝g＋a(g′＝g－a)，其中a＝(g>a)，故周期T变化。 (5)当带电单摆放到跟振动平面垂直的磁场中时，由于洛伦兹力始终与速度方向垂直，不改变回复力，故周期T不变。 四、受迫振动和共振 1．受迫振动 (1)驱动力：作用于振动系统的周期性的外力。 (2)受迫振动：振动系统在驱动力作用下的振动。 (3)受迫振动的频率：物体做受迫振动达到稳定后，物体振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。 2.共振 (1)定义：当驱动力的频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值的现象。 (2)条件：驱动力频率等于物体的固有频率。 (3)特征：共振时受迫振动的振幅最大。 (4)共振曲线：如图所示。表示受迫振动的振幅A与驱动力频率f的关系图像，图中f0为振动物体的固有频率。 五、机械波 1. 波的传播 ①沿波的传播方向上各质点的起振方向与波源的起振方向一致。 ②介质中各质点随波振动，但并不随波迁移。 ③沿波的传播方向上波每个周期传播一个波长的距离。 ④在波的传播过程中，同一时刻如果一个质点处于波峰，而另一质点处于波谷，则这两个质点一定是反相点。 2. 波的叠加 ①两个振动情况相同的波源形成的波，在空间某点振动加强的条件为Δx＝nλ，振动减弱的条件为Δx＝nλ＋。两个振动情况相反的波源形成的波，在空间某点振动加强的条件为Δx＝nλ＋，振动减弱的条件为Δx＝nλ。 ②振动加强点的位移随时间而改变，振幅最大。振动减弱点的位移随时间而改变，振幅最小。 3. 波的多解 由于振动具有周期性，介质中振动的质点会在不同时刻多次达到同一位置，故波在传播过程中容易出现多解问题。 (1)．造成波的多解的主要因素 (i)周期性 ①时间周期性：相隔周期整数倍时间的两个时刻的波形完全相同，时间间隔Δt与周期T的关系不明确造成多解。 ②空间周期性：沿传播方向上，相隔波长整数倍距离的两质点的振动情况完全相同，质点间距离Δx与波长λ的关系不明确造成多解。 (ii)双向性 ①传播方向双向性：波的传播方向不确定。 ②振动方向双向性：质点振动方向不确定。 (2)．波动问题的几种可能性 ①质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能。 ②质点由平衡位置开始振动，则有起振方向向上、向下(或向左、向右)两种可能。 ③只告诉波速不指明波的传播方向时，应考虑波沿两个方向传播的可能。 只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能。 六、波的常见现象的比较 发生条件 定义 现象 共同点 波的反射 遇到障碍物或两种介质的分界面时 波在障碍物或两种介质分界面上返回到原介质中继续传播的现象 波返回到原介质，波线关于界面法线对称 都是波传播过程中发生的现象，波的干涉、波的衍射、多普勒效应都是波特有的现象 波的折射 遇到两种介质的分界面时 波从一种介质进入另一种介质传播方向发生改变的现象 v入＞v折时，折射后的波线靠近法线；v入＜v折时，折射后的波线远离法线 波的衍射 遇到较小的障碍物或小孔时 波可以绕过障碍物继续传播的现象 波能偏离直线而传到直线传播以外的空间 波