第二、三章 机械振动 机械波 复习课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件系统梳理了机械振动与机械波的核心知识，通过“建构网络”将简谐运动、单摆、受迫振动等振动模块，与波的传播、图像、干涉衍射等波动模块整合，串联定义、公式及弹簧振子、单摆等模型，构建完整知识体系。 其亮点在于以科学思维为核心，通过振动与波动图像对比培养分析能力，结合多解问题训练推理逻辑，典型例题从基础应用到拓展证明分层设计，助力学生巩固知识，也为教师提供精准复习支持。

完成一个小目标，需要一个大智慧！ 授课教师： 学习目标 第二.三章 机械振动 机械波 1.理解和掌握简谐运动的基本规律和图像。 2.能够利用简谐运动的基本规律处理有关弹簧振子和单摆模型的有关问题。 3.理解和掌握受迫振动和共振。 1 金牌班主任 波的特点 波的三要素 波的特性 波的图像 波长（λ） 波速（v） 周期（T） 图像结合 机械波 机械振动 F =-kx x =A sin（ωt+ φ） 振幅（A） 周期（T） 相位（ωt+ φ） 波的衍射） 波的干涉） 多普勒效应） 机械振动与机械波联系 振动规律 三要素 两类振动 一个图像 两个模型 振动是波动的根源 波动是振动的传播 振动 波动 建构网络 纵览全章 振动和波 ⑴定义：使物体返回到 _________的力。 ⑵方向：总是指向__________。 ⑶来源：属于效果力，可以是某一个力，也可以是几个力的 ____ 或某个力的_____。 考点一 简谐运动的基本特征 1.定义：物体在跟位移大小成正比并且总是指向_______ _ 的回复力作用下的振动。 2.平衡位置：物体在振动过程中_______为零的位置。 3.回复力 平衡位置 回复力 平衡位置 平衡位置 合力 分力 3 4.描述简谐运动的物理量 物理量 定义 物义 位移 振幅 周期 频率 相位 物理量间关系 T、f、ω与振幅A无关。 ⑴ ⑵ 由平衡位置指向物体所在位置的有向线段。 描述物体振动中某时刻的位置相对于平衡位置的位移。 振动物体离开平衡位置的最大距离。 描述振动的强弱和能量。 振动物体完成一次全振动所需要的时间。 描述振动的快慢。 φ=ωt+φ0 φ：描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态； φ0：初相位,描述计时时刻振子所处的状态。 振动物体完成全振动的次数与所用时间之比。 5.简谐运动的五个特征 ⑴运动学特征 x=Asin(ωt+φ) ⑵动力学特征 或者 F = -kx ⑶能量特征： x、v、a 均按正弦或余弦规律发生周期性变化。 ⑷周期性特征 相隔 T 或 nT 的两个时刻，振子处于同一位置且振动状态相同。 系统的机械能守恒，振幅A不变。 变加速运动 ①相隔_____或_________(n为正整数)的两个时刻，振子位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度大小相等，方向相反。 ⑸对称性特征 ②如图所示，振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P′ (OP＝OP′)时，速度的大小、动能、势能相等，相对于平衡位置的位移大小相等。 总结：(1)在简谐运动中，位移、回复力、加速度和势能四个物理量同时增大或减小，与速度和动能的变化步调相反. (2)平衡位置是位移、加速度和回复力方向变化的转折点. (3)最大位移处是速度方向变化的转折点. 300 900 1200 1800 A T T 12 A/2 T 8 T 3 T 4 -A 3T 4 T 2 2700 A/2 450 A/2 3600 2π t x 0 周期T： ①1T走4A。 ②T/2走2A。 ③T/4不一定走A 1T后回到原位置 T/2后到达O点对称位置 x.v.a大小相等方向相反 F合=-kx=F回  6.简谐运动的两类模型 模型 弹簧振子 单摆 示意图     简谐运动条件 回复力 平衡位置 周期 能量转化 (1)弹簧质量可忽略； (2)无摩擦等阻力； (3)在弹簧弹性限度内。 (1)摆线为不可伸缩的轻细线； (2)无空气等阻力； (3)最大摆角小于5°。 弹簧的弹力 摆球重力沿摆线垂直(即切向)方向的分力 弹簧处于原长处 最低点 与振幅无关 弹性势能与动能的相互转化，机械能守恒。 重力势能与动能的相互转化，机械能守恒。 从单摆的振动图象（x-t图像）判断 考点二 简谐运动表达式和图像 1.简谐运动的表达式 ⑴物义：图像表示做简谐运动的物体的_______随时间变化的规律，是一条正弦曲线,它随时间的增加而延伸，不代表质点运动的轨迹。 x：质点在t时刻相对于平衡位置的位移 A：简谐运动的振幅 T：简谐运动的周期 φ0：初相位 可得 2.简谐运动的振动图像 位移 ①判定振动的振幅A 和周期T，如图所示。 ②任意时刻质点位移的大小和方向。 ③)判定某时刻质点的振动方向 判断方法： 考察下一时刻质点的位置 ⑵由简谐运动图像可获取的信息 ⑤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。 ④某段时间内位移、速度、加速度的变化情况 先判断质点在这段时间内的振动方向，从而确定各物理量的变化。 判断方法： 考点三 单摆及其周期公式 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，这样的装置叫作单摆。 1.定义： 2.平衡位置： 3.摆球向心力： 重力沿切线的分力提供回复力 4.单摆的回复力： 指摆球静止时的位置。 B A O P θ G2 G1 FT G 摆角很小(<50)的单摆可认为做简谐运动。 5.单摆做简谐运动的条件 6.周期公式 (1)l为等效摆长，表示从悬点到摆球重心的距离。 (2)g为当地重力加速度。 7.单摆的等时性：单摆的振动周期取决于________和______________，与振幅和摆球质量______。  摆长l 重力加速度g　 无关 ①在不同星球表面： ②当单摆处于超重或失重状态时，重力加速度为等效重力加速度。 设a为单摆系统整体竖直向上或竖直向下的加速度大小，则有 g'=g+a 和 g'=g-a。 其中M为星球的质量，R为星球的半径。 考点四 受迫振动和共振 1.固有振动和固有频率 ⑴定义： 如果振动系统不受外力的作用，此时系统的振动叫做固有振动，其振动频率称为固有频率。 ⑵特点 ①无外力干预 ②频率为固有频率 ⑴定义：振动中克服摩擦、介质阻力做功，机械能减少，导致振幅不断衰减，直到振动停止，这样的振动称为阻尼振动。 ⑵特点：振幅衰减（生热或辐射） 2．阻尼振动 3.受迫振动 ⑴定义： 物体在周期性的驱动力作用下的振动叫做受迫振动。 ⑵受力特点： 阻力驱动力共存 f迫=f驱，跟f固无关 ⑶频率特点： f迫 = f驱，与物体自身的固有频率无关。 ⑷能量特点： 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着能量交换。 4.共振 ⑶共振曲线 ⑴共振 ⑵共振的条件 当f驱＝f固时，受迫振动的振幅最大， 称共振现象。 图象 意义 f驱＝f固 实质：特殊的受迫振动 f驱 = f固时，振幅有最大值； f驱 与 f固 差别越大时，振幅越小。 考点一 波的传播与图像 1.机械波的形成条件：______；_____。 ⑴机械波传播的只是振动的_____和能量，质点只在各自的平衡位置附近做简谐 运动，并不随波迁移。 ⑵波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同。 波源的起振方向决定了各质点的起振方向，各质点的起振方向与波源的起振方向相同。 ⑶介质中每个质点都做受迫振动，因此，任一质点的振动频率和周期都与波源的振动频率和周期相同。 ⑷波源经过一个周期T完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离。 传播特点： 传播T时间 传播λ距离 形式 介质 波源 ⑴坐标轴：横轴表示各质点的_________，纵轴表示该时刻各质点的______。  ⑵意义：  平衡位置 位移 描述某一时刻介质中各质点相对___________的位移。 平衡位置 2.波的图像 3.机械波的分类 分类 质点振动方向和波的传播方向的关系 形状 举例 横波 凹凸相间；有波峰、波谷 绳波等 纵波 疏密相间；有密部、疏部 弹簧波、声波等 垂直 在同一直线上 ⑶图像（如图） 4. 描述机械波的物理量 ⑷波长、波速、频率和周期的关系：___________ ⑶频率f：由波源决定，等于波源的振动频率； 与周期的关系为___________。 ⑵波速v：波在介质中的传播速度，由_____本身的性质决定。 ⑴波长λ：在波的传播方向上，振动相位总是_____的两个相邻质点间的距离。 相同 介质 波从一种介质进入另一种介质，由于介质不同，波长和波速会改变，但频率和周期不会改变。 探讨 方法指导：波的传播方向与质点振动方向的互判方法 项目 方法解读 图像演示 波的成因法 前一质点依次_____后一质点延迟振动。   “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   波的成因法，又称质点带动法或模仿法；“前一质点”：介质中相邻的两个质点，靠近波源一侧的质点称前一质点。 带动 考点二 波的图像与振动图像的关联应用 比较：振动图像和波的图像 动画模拟：模拟绳波的形成 项目 振动图象 波动图象 相同点 图线形状 纵坐标 纵坐标最大值 不同点 研究对象 物理意义 横坐标 图线变化 运动特点 x t 0 y x 0 都表示质点离开平衡位置的位移 表示振幅或波幅 不同时刻的一个质点 某一时刻介质中的各个质点 不同时刻的一个质点偏离平衡位置的位移 某一时刻的各个质点偏离平衡位置的位移 时间的延续，可求周期T 各质点平衡位置离波源的距离，可求波长λ 变加速运动，速度周期性变化 同种均匀介质中匀速运动 x t 0 y x 0 延伸 平移 放录像带 拍合影 波的图像和振动图像综合应用 典题7 (多选)(2024重庆卷)一列沿x轴传播的简谐波，在某时刻的波形图如图甲所示，一平衡位置与坐标原点距离为3m的质点从该时刻开始的振动图像如图乙所示，若该波的波长大于3m。则 (　　) A.最小波长为m B.频率为Hz C.最大波速为m/s D.从该时刻开始2 s内该质点 运动的路程为cm BD 分析：找准波的图像对应的时刻；找准振动图像对应的质点。 解析：根据乙图写出平衡位置与坐标原点距离为3m的质点的振动方程 y=sin(ωt+φ)，代入点和(2，0)解得φ=，ω=，可得T=2.4s，f=Hz，故B正确； 在题图甲中标出位移为cm的质点，若波沿x轴正方向传播则为Q点，沿x轴负方向传播则为P点，则波长可能为λ=3m，即λ=18m，或λ'=3m， 即λ'=9m，故A错误； 根据v=，可得v=7.5m/s，v'=3.75m/s，故C错误； 根据题图乙计算该质点在2s内运动的路程为 s=(1+1+1+1-)cm=cm，故D正确。 1.产生波动问题多解的主要因素 考点三 波的多解问题 双向性 传播方向双向性：波的传播方向不确定 振动方向双向性：质点的振动方向不确定 周期性 时间周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确 空间周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不明确 隐含性 在波动问题中，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。 波的周期性 ⑴质点振动nT(n=1，2，3，…)时，波形不变。 ⑵在波的传播方向上： 当两质点平衡位置间的距离为nλ(n=1，2，3，…)时，它们的振动步调总相同； 当两质点平衡位置间的距离为(2n+1)(n=0，1，2，3，…)时，它们的振动步调总相反。 2.解决波的多解问题的思路 ⑵根据周期性列式， 若题目给出的是时间条件，则列出t=nT+Δt（n=0，1，2，…）； 若给出的是距离条件，则列出x=nλ+Δx（n=0，1，2，…）进行求解。 或 ⑶根据需要进一步求与波速（ ）等有关的问题。 ⑴找出造成多解的原因 例：考虑传播方向的双向性，可先假设波向右传播，再假设波向左传播，分别进行分析。 波形相同——（空间）周期性 考点四 波的衍射、干涉和多普勒效应 1.波的叠加原理 质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。 内容 波的衍射 波的干涉 定义 波可以绕过_______继续传播的现象。 频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动__________、某些区域的振动_________的现象。 现象 波偏离直线而传播到直线以外的空间。 两列波叠加区域形成相互间隔的稳定的振动加强区和振动减弱区，产生稳定的干涉图样。 条件 明显发生的条件：缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长 ________________________。 两列波的______相同； _______恒定； __________相同。 相同点 干涉和衍射是波特有的现象 2.波的衍射与干涉现象 障碍物 总是加强 频率 相位差 振动方向 相差不多，或者比波长更小 总是减弱 加强点： 减弱点： 波的干涉图样中振动最强点和最弱点的条件 某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差ΔS。 ①当两波源振动步调一致时 ②当两波源振动步调相反时 加强点： 减弱点： s1 s2 由于波源和观察者之间有__________，使观察者接收到的波的______发生变化的现象叫做多普勒效应。 3.多普勒效应 ⑴成因： 波源与观察者之间存在____________。 相对运动 观察者与波源均相对于介质静止时： 观察者与波源相互接近时： 观察者与波源相互远离时： ⑵现象 f测 = f源 f测 > f源 f测 < f源 频率 相对运动 【引领】在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者接收到波的频率与波源的频率不一致。 接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。 m 的平板小车 m m m fm M N1 Mg F m f m mg N2 N1 m =Ma x 0 x x0 原长 mg F mg 0 F 平衡位置： 任意位置： F0  kx0  mg F 回  F - mg x x0 原长 F mg 0 F 平衡位置： 任意位置： F0  kx0  mg F 回  F - mg  k（x  x0 ) - mg  F  kx 回  F回  -kx mg 又∵ F回 与 x 方向相反 ∴ 小球的运动是简谐运动 x 0 x 原长 x0 x mg mg 0 F 0 2mg 2mgA mgA/2 mg F F N1 x mg O L l g T  2 x/m y/m 0 v 2 4 6 8 x/m 10 12 14 16  x  v  t 经过 时间波向前传播 （波形平移）的距离： Δx Δx 计算各个质点在 内 振动的周期数： 0.2 3 4 3 4 波形相同——（空间）周期性 $