专题04 机械振动和机械波（期末复习课件）高二物理上学期鲁科版

期末复习·考点清单 物理必修第三册+选必一 •鲁科版 专题04 机械振动和机械波 01 02 03 方法模型归纳 巩固提升 知识清单 目 录 04 课堂小结 PART-01 知识清单 简谐运动 一 1.定义：如果物体的位移与时间的关系遵从__________的规律，即它的振动图像(x－t图像)是一条______曲线，这样的振动是一种简谐运动。 2.特点：简谐运动是最______的振动。弹簧振子的运动就是简谐运动。 正弦函数 正弦 基本 3.描述简谐运动的物理量 (1)振幅(A) ①定义：振动物体离开平衡位置的__________。 ②物理意义 表示振动强弱，是______ (选填“矢量”或“标量”)。 振幅越大表示振动越强。振动物体运动的范围是振幅的两倍。 最大距离 标量 简谐运动 一 (3)全振动 一个______的振动过程，称为一次全振动。不管从哪儿作为开始研究的起点，振动物体完成一次全振动的时间总是______的。此时，位移、速度第一次同时与初始状态相同，即物体从同一方向回到出发点。 完整 相同 简谐运动 一 (3)周期(T)和频率(f) ①周期T：做简谐运动的物体完成一次________所需要的时间，叫作振动的周期。单位：__________。 ②频率f：单位时间内完成________的次数，叫作振动的频率。单位：______，简称赫，符号是______。 全振动 秒(s) 全振动 赫兹 Hz 简谐运动 一 (1)命名：回复力是根据力的______ (填“效果”或“性质”)命名的。 (2)效果：把物体拉回到______位置。 (3)方向：总是与位移x的方向相反，即总是指向__________。 (4)表达式：F＝________，该式表明做简谐运动的物体的回复力与位移的关系，“－”表明回复力与位移的方向始终______。 (5)简谐运动的动力学定义：如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成______，并且总是指向__________，质点的运动就是简谐运动。 效果 平衡 平衡位置 －kx 相反 正比 平衡位置 4.回复力 简谐运动 一 5.简谐运动的能量：指振动系统的机械能。振动过程就是______和______相互转化的过程。 (1)在最大位移处，______最大，______最小为零。 (2)在平衡位置处，______最大，______最小。 6.决定能量大小的因素 (1)振动系统的机械能跟振幅有关，振幅越大，机械能越大，振动越强。 (2)在简谐运动中，振动系统的机械能______，所以简谐运动是等幅振动，是一种理想化模型。 动能 势能 势能 动能 动能 势能 守恒 简谐运动 一 7.简谐运动的表达式：x＝Asin (ωt＋φ) 单摆周期公式 二 受迫振动 三 1.驱动力 如果存在阻尼作用，振动系统最终会停止振动。为了使系统持续振动下去，对振动系统施加的周期性的______，外力对系统______，______系统的能量损耗，这种________的外力叫作驱动力。 2.受迫振动 (1)定义：系统在________作用下的振动，叫作受迫振动。 (2)受迫振动的频率(周期) 做受迫振动的物体，其振动频率总等于________的频率，与物体的__________无关。 外力 做功 补偿 周期性 驱动力 驱动力 固有频率 受迫振动 三 3.共振 驱动力频率f ______系统的固有频率f0时，受迫振动的______最大，这种现象叫作共振。 4.共振曲线(如图所示) 等于 振幅 波长、频率和波速 四 1.波长(λ) (1)定义：在波动中，振动相位______相同的两个______质点间的距离。通常用 ____表示。 (2)在横波中，两个______波峰或两个______波谷之间的距离等于一个波长。在纵波中，两个______密部或两个______疏部之间的距离等于一个波长。波长反映了波在空间的周期性。 总是 相邻 λ 相邻 相邻 相邻 相邻 波长、频率和波速 四 波的干涉 五 1.定义：______相同的两列波叠加时，某些区域的振幅______、某些区域的振幅______，这种现象叫作波的干涉，形成的图样常常叫作__________。 2.产生干涉的两个必要条件是：两列波的______必须相同和两个波源的________必须保持不变。满足这两个条件的一切波都能发生干涉，干涉是波所______的现象。 3.产生稳定干涉图样的两列波的振幅越接近，干涉图样越明显。 频率 加大 减小 干涉图样 频率 相位差 特有 波的衍射和多普勒效应 五 1.发生明显衍射现象的条件 缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长__________，或者比波长______。 相差不多 更小 2.多普勒效应 波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的__________都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应。 波的频率 波的衍射和多普勒效应 五 3.多普勒效应产生的原因 (1)当波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是______的，观察到的频率______波源振动的频率。 (2)当波源与观察者相向运动时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目______，观察到的频率_____；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率_____。 一定 等于 增加 增加 变小 PART-02 方法模型归纳 简谐运动的基本规律 一 1.简谐运动的特征 简谐运动的基本规律 一 2．简谐运动的表达式 (1)动力学表达式：F＝-kx，其中“－”表示回复力与位移的方向相反。 (2)运动学表达式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝2πf表示简谐运动的快慢。 3．对简谐运动图像的认识 (1)简谐运动的图像是一条正弦或余弦曲线，如图所示。 (2)图像反映的是位移随时间的变化规律，随时间的增加而延伸，图像不代表质点运动的轨迹。 简谐运动的基本规律 一 (3)由简谐运动图像可判定振动的振幅A和周期T。(如图所示) (4)由简谐运动图像可判定振动物体在某一时刻的位移。 (5)由简谐运动图像可判定某时刻质点的振动方向： ①下一时刻位移若增加，质点的振动方向是远离平衡位置； ②下一时刻位移如果减小，质点的振动方向指向平衡位置。 简谐运动的基本规律 一 (6)由简谐运动图像可判定某时刻质点的加速度(回复力)的大小和方向。 (7)由简谐运动图像可比较不同时刻质点的势能和动能的大小。质点的位移越大，它所具有的势能越大，动能则越小。 1．钓鱼是古老的中华文化，陕西省西安半坡村仰韶文化遗址发现了许多骨制鱼钩。上古三个有名的钓鱼人分别是帝舜、周穆王姬满和姜太公。《庄子·刻意》：就数泽，处闲旷，钓鱼闲处、无为而已矣。”钓鱼时当鱼漂受到扰动后会上下振动，忽略水的阻力和水面波动影响，以竖直向下为正方向，某一时刻开始鱼漂的振动图像如图所示，则鱼漂（　　） A．在时刻加速度为零 B．振动过程中机械能守恒 C．在时刻动量最小 D．在时间内所受到合力的冲量方向竖直向下 简谐运动的基本规律 一 D 简谐运动的两类模型 二 简谐运动的两类模型 二 2．如图甲所示，弹簧振子以点O为平衡位置，在M、N两点之间做简谐运动。取向右为正方向，振子的位移x随时间t的变化如图乙所示，下列说法正确的是（　　） A．到内，振子的加速度逐渐增大 B．和时，振子的速度相同 C．t=0.8s时，振子受到的回复力最大 D．0.4s到内，振子的动能先减小后增大 简谐运动的两类模型 二 A 3．如图甲所示是一个单摆振动的情形，O是它的平衡位置，B、C是摆球所能到达的最高点。规定向右为正方向，图乙所示是其振动图像。取π2≈10，g=10m/s2，下列说法正确的是（　　）  A．摆球摆到平衡位置O点时合力为零 B．在0.6s~0.8s时间内，小球的动能逐渐增大 C．t=0.4s时摆球位于B点 D．此单摆的摆长约为0.16m 简谐运动的两类模型 二 D 受迫振动和共振 三 1．受迫振动：系统在驱动力作用下的振动。物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率)，与物体的固有周期(或频率)无关。 2．简谐运动、受迫振动和共振的比较 受迫振动和共振 三 1．共振：做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者相等时，振幅达到最大，这就是共振现象。受迫振动的振幅与驱动力频率的关系如图所示。 2.共振曲线：如图所示，横坐标为驱动力频率f，纵坐标为振幅A，它直观地反映了驱动力的频率对某固有频率为f0的振动系统做受迫振动振幅的影响，由图可知，f与f0越接近，振幅A越大；当f＝f0时，振幅A最大。 3.受迫振动中系统能量的转化：做受迫振动的系统的机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换。 4．如图甲所示在一条张紧的绳子上挂几个摆，a、c摆的摆长相同且小于b摆的摆长。当a摆振动的时候，通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力，使其余各摆也振动起来。图乙是c摆稳定以后的振动图像，重力加速度为g，不计空气阻力，则下列说法正确的是（　　） A．单摆的固有周期关系为 B．摆振动达到稳定时，c摆振幅较大 C．达到稳定时b摆的振动周期最大 D．由图乙可知，此时b摆的振动周期小于 受迫振动和共振 三 B 波动图像和振动图像 四 1．波动图像和振动图像 内容 图像 “上下坡”法 沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动 “同侧”法 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧 “微平移”法 将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向 注意：波的图像、波的传播方向与质点振动方向三者之间可以互相判定。 波动图像和振动图像 四 波动图像和振动图像 四 波动图像和振动图像 四 2．两种图像问题的易错点 (1)不理解振动图像与波的图像的区别。 (2)误将振动图像看作波的图像或将波的图像看作振动图像。 (3)不知道波传播过程中任意质点的起振方向就是波源的起振方向。 (4)不会区分波的传播位移和质点的振动位移。 (5)误认为质点随波迁移。 波动图像和振动图像 四 3．求解波的图像与振动图像综合问题的三关键：“一分、一看、二找” 5．一列简谐横波沿x轴方向传播，传播速度为10m/s，振幅为10cm。图甲为图乙中质点P的振动图像，图乙是时刻波的图像。则（　　） A．该波沿x轴负方向传播 B．质点P平衡位置的坐标为 C．图乙中质点Q比质点P先回到平衡位置 D．从时刻起再过1.26s，质点P通过的路程 波动图像和振动图像 四 B 波的多解问题 五 (1)周期性 ①时间周期性:时间间隔Δt与周期T的关系不明确; ②空间周期性:波传播距离Δx与波长λ的关系不明确。 (2)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。 (3)波形的隐含性 在波动问题中,往往只给出完整波形的一部分,或给出几个特殊点,而其余信息均处于隐含状态。这样,波形就有多种情况,形成波动问题的多解性。 1.造成波动问题多解的主要因素 波的多解问题 五 2.解决波的多解问题的思路 6．如图所示，实线和虚线分别是沿轴负方向传播的一列简谐横波在和时刻的波形图。该波（　　） A．周期可能为 B．传播的速度大小可能为 C．在到时间内，的质点通过的位移可能为 D．在到时间内，的质点通过的路程可能为 波的多解问题 五 B 机械波的干涉 六 7．如图所示，介质中有两个相距6 m的波源S1和S2，两波源的振动方向与纸面垂直，所形成的机械波在纸面内传播，传播速度均为0.25 m/s。图2是S1的振动图像，图3是S2的振动图像。M点在S1和S2的连线上，与波源S1相距2.5 m，N和S1的连线与S1和S2的连线垂直，N点到S1的距离为8 m。下列说法正确的是（　　） A．M是振动加强点 B．N是振动加强点 C．M和N的连线上必定有一振动加强点 D．S1和S2振动步调相反，不能形成稳定的干涉图样 机械波的干涉 六 C PART-03 巩固提升 1．如图所示，一质点做简谐运动，先后以相同的速度依次通过M、N两点，历时1 s，质点通过N点后再经过1 s又第2次通过N点，在这2 s内质点通过的总路程为12 cm。则质点的振动周期和振幅分别为（　　）  A．3 s、6 cm B．4 s、6 cm C．4 s、9 cm D．2 s、8 cm 巩固提升 01 B 2．如图甲所示，悬挂在竖直方向上的弹簧振子，在C、D两点之间做简谐运动，O点为平衡位置。振子到达D点开始计时。以竖直向上为正方向，在一个周期内的振动图像如图乙所示，下列说法正确的是（    ） A．振子在O点受到的弹簧弹力等于零 B．振子做简谐运动的表达式为 C．和时，振子的速度不同，但加速度大小相等 D．在的时间内，振子通过的路程为 巩固提升 02 D 10．如图所示为两个单摆的受迫振动的共振曲线，则下列说法正确的是（　　） A．若两个受迫振动是在地球上同一地点进行，则两个摆长之比 B．若两个受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相同，则图线Ⅱ表示地球上单摆的共振曲线 C．若图线Ⅰ表示是在地面上完成的，则该单摆摆长约为1m D．若图线Ⅱ表示是在地面上完成的，则该单摆摆长约为2m 巩固提升 03 B 4．如图所示，实线是沿x轴传播的一列简谐横波在时刻的波形图，虚线是这列波在时刻的波形图。则（　　） A．这列波的波长为10m B．这列波的周期可能是1.0s C．这列波可能向左传播2m D．这列波的波速可能是20m/s 巩固提升 04 D 5．手机上一般会有两个麦克风，顶部的麦克风为降噪麦克风。降噪麦克风产生与外界噪音相位相反的声波，与噪音叠加从而实现降噪效果。理想情况下的降噪过程如图所示，下列说法正确的是（　　） A．降噪过程应用的是声波的干涉原理，P点振动减弱 B．降噪声波的频率与环境噪声的频率不相同 C．降噪声波与环境噪声声波的波长大小不相等 D．再经过四分之一周期P点振动加强 巩固提升 05 A PART-04 课堂小结 课堂小结 课堂小结 (1)A表示简谐运动的______。 (2)ω是简谐运动的________。它也表示简谐运动振动的快慢，ω＝eq \f(2π,T)＝_____。 (3)______代表简谐运动的相位，____是t＝0时的相位，称做初相位，或______。 振幅 圆频率 2πf ωt＋φ φ 初相 1.提出：周期公式是荷兰物理学家________首先提出的。 2.公式：T＝________，即单摆做简谐运动的周期T与摆长l的二次方根成______，与重力加速度g的二次方根成______，而与振幅、摆球质量无关。 惠更斯 2πeq \r(\f(l,g)) 正比 反比 2.周期(T)和频率(f) (1)在波动中，各个质点的振动周期或频率是______的，它们都等于______的振动周期或频率，这个周期或频率也叫作波的周期或频率。 (2)周期和频率的关系：周期T与频率f互为倒数，即f＝____。 3.波速(v) (1)波速：机械波在介质中传播的速度。 (2)波速和波长、频率、周期的关系：v＝____＝______。 (3)机械波在介质中的传播速度由______________决定。 相同 波源 eq \f(1,T) eq \f(λ,T) λf 介质本身性质 $$