第十一单元机械振动和机械波 讲义 -2024届上海市高三物理二轮专题等级总复习精讲

第十一单元机械振动和机械波 目录 第1讲机械振动 3 第2讲机械波 10 第3讲实验:用单摆测量重力加速度的大小 20 课标要求: 1认识简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动。 2.通过实验,探究单摆的周期与摆长的定量关系。知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。会用单摆测量重力加速度的大小。 3.认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件及其应用。 4.认识波的特征。能区别横波和纵波。能用图像描述横波。理解波速、波长和频率的关系。 5.知道波的反射和折射现象。了解波的干涉与衍射现象。 6.认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。能列举多普勒效应的应用实例。 知识结构 第1讲机械振动 内容梳理 一、机械振动 1.定义 物体(质点)在某一__________两侧所做的往复运动就叫做机械振动。 2.回复力 物体能够围绕着平衡位置做往复运动,必然受到使它能够回到平衡位置的力即回复力。回复力是以__________命名的力,它可以是一个力或一个力的分力,也可以是几个力的合力。产生振动的必要条件是:物体离开平衡位置后要受到指向平衡位置的回复力作用。 二、简谐振动 1.定义 物体所受回复力跟__________成正比,并且总是指向__________的振动叫简谐振动。即,其中“一”号表示力方向和相反。 2.简谐振动的描述 (1)描述振动的物理量 振幅:振幅是振动物体离开平衡位置的__________,它是标量,为正值。 位移:由__________指向__________的有向线段,是矢量,其最大值等于__________。 周期和频率:周期是振子完成__________的时间,频率是一秒钟内振子完成__________的次数。振动的周期跟频率之间是__________关系,即__________。振动的周期和频率都是描述振动快慢的物理量。 (2)简谐运动的表达式和振动图像 振动的图像:反映了质点位移随时间变化的规律,即图像,是一条__________。从图像上可以得到(1)振幅、周期,即各时刻质点的位移;(2)各时刻的回复力、加速度、速度的方向;(3)某段时间内,位移、加速度、动能、势能的变化情况。 3.弹簧振子的理想化条件 (1)弹簧的质量比小球的质量小得多,可以认为质量集中于振子(小球)。 (2)小球需体积很小,可当做质点处理。 (3)忽略一切摩擦及阻力作用。 (4)小球从平衡位置拉开的位移在弹性限度内。 4.单摆 定义:如果细线的长度不可改变,细线的质量与小球相比可以忽略,球的直径与线的长度相比也可以忽略,这样的装置叫做单摆。 单摆做简谐运动的条件：__________。 单摆的回复力:。 单摆的周期公式:__________。 为等效摆长,表示从悬点到摆球球心的距离,为当地的重力加速度。 单摆的等时性：单摆的振动周期取决于__________和__________。与振幅和摆球的质量__________。 三、受迫振动和共振 受迫振动：系统在作__________用下的振动,物体做受迫振动达到稳定后,物体振动的频率等于__________的频率,与物体的固有频率无关。 共振：当驱动力的频率等于物体的固有频率时,物体的受迫振动的达到__________最大的现象。 答案:一、中心位置 效果 二、位移 平衡位置 位移方向 最大距离 平衡位置 振动质点所在位置 振幅 一次 全振动 全振动 倒数 正弦曲线 摆长 重力加速度 无关 三、驱动力 驱动力 振幅 【问题情境举隅】 机械振动 汽车、火车、飞机在运行时都发生振动;很多昆虫翅膀每秒振动数百次,可以发出我们听得见的声音;各种乐器正是由于振动才能产生美妙的音乐;对于人体来说,心脏跳动、肺的呼吸、脑电波的涨落等也都是振动;地震则是一种强烈的、有很大破坏性的振动。 单摆 “空中飞人”杂技演员的运动,其与秋千、钟摆在竖直平面内的运动类似,都周期性地在最低点附近来来回回地“摆动”。如果细线的质量与小球的质量相比可以忽略,小球的大小与细线的长度相比也可以忽略,这样的装置就称为单摆。 受迫振动 建筑工人正在用振捣器捣实混凝土。振捣器工作时,混凝土内部的颗粒发生受迫振动,颗粒间的空隙被砂浆填充,气泡被挤出,从而增加混凝土的强度。洗衣机运转时底座发生的振动、扬声器发声时纸盆的振动等都是受迫振动。微波炉加热食品时,炉内产生很强的电磁场振荡,使食物中的水分子做受迫振动。由于电磁场驱动力频率与水分子的固有频率相近,水分子发生共振,将电磁辐射能转化为内能。 关键点拨 简谐运动的基本特征 【例题1】做简谐运动的物体,当物体的位移为负值时,下面说法中正确的是 ( ) A.速度一定为正值,加速度一定为负值 B。速度一定为负值,加速度一定为正值 C.速度不一定为正值,加速度一定为正值 D.速度不一定为负值