课标专用5年高考3年模拟A版2020高考物理专题十六机械振动与机械波课件

考点二 机械波
考向基础 一、机械波 1.机械波的产生 机械振动在介质中的传播形成了机械波。机械波产生的条件有两个:一 是要有做机械振动的波源;二是要有能够传播机械振动的介质。 有机械波必有机械振动,有机械振动不一定有机械波。但是,已经形成 的波跟波源无关,波源停止振动后波仍会继续传播,直到机械能耗尽才 停止。 2.横波和纵波 质点的振动方向与波的传播方向① 垂直 的波叫横波。凸起的最高 处叫② 波峰 ,凹下的最低处叫③ 波谷 ;质点的振动方向与波的
机器工作时底座发生的振动
共振筛、转速计等
五、用单摆测定重力加速度 实验原理 单摆在偏角很小(小于5°)时,振动周期跟偏角的大小和摆球的质量无关,
由单摆的周期公式T=2π l 即可求出当地的重力加速度g的值。
g
实验步骤 1.让线的一端穿过小球的小孔。 2.把线的上端用铁夹固定在铁架台上,把铁架台放在实验桌边,使铁夹伸 到桌面以外,让小球自由下垂,在单摆平衡位置处做上标记。 3.用刻度尺测量单摆的摆长(悬点到球心间的距离)。 4.把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度(不超过5°),然后放开小球让 它摆动,用停表测出单摆完成30次或50次全振动的时间,计算出平均完 成一次全振动的时间,这个时间就是单摆的振动周期。 5.改变摆长,重做几次实验。计算出每次实验的重力加速度,求出几次实 验得到的重力加速度的平均值,即本地区的重力加速度的值。
反映质点的位移随时间变化的规律(不是质点的运动轨迹)
所有简谐运动的图线都是正弦或余弦曲线
a.振幅A、周期T以及各时刻质点的位置、某段时间内质点的位移 b.各时刻回复力、加速度、速度、位移的方向。判断速度方向可以作曲线上某点的切线, 若切线的斜率为正,则说明该时刻的⑤ 速度方向 为正方向 c.某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况
二、波的干涉和衍射 1.波的叠加:几列波相遇时,每列波都能够保持各自的状态继续传播而不 互相⑩ 干扰 ,只是在重叠的区域里,任一质点的总位移等于各列波 分别引起的位移的 矢量和 。 2.衍射:波绕过障碍物继续传播的现象。产生明显衍射现象的条件是障 碍物的尺寸或缝、孔的宽度比波长 小或与波长相差不多 。 3.干涉:频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振 动减弱,并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔的现象。产生稳定干 涉现象的必要条件是两列波的 频率 相同。
例1 如图所示,图甲为一列简谐横波在t=0.50 s时的波形图像,P点是距 平衡位置2.5 cm的质点,图乙是Q点的振动图像。以下说法正确的是( )
A.0.05 s时质点Q具有最大的加速度和位移 B.0.05 s时质点P的速度正在减小,加速度正在增大 C.这列简谐横波的波速为15 m/s D.这列波的传播方向为+x方向 E.从0.60 s到0.90 s,质点P通过的路程为30 cm
l
置的位移)
F回=0,a切=0, 小球摆动的最低点(此时F向心≠0,a=a向心≠0)
能量转 化关系
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
固有 周期
T=2π m ,T与振幅无关
k
T=2π l ,T与振幅、摆球质量无关
g
四、自由振动、受迫振动和共振的关系比较
振动类型 项目 受力情况 振动周期或频率
考向 机械波 一、波速与振速的区别 波源振动几个周期,振动就向外传播几个波长, 这个比值就表示了振
T
动(或能量)向外传播的速度,即波速。在同一均匀介质中波的传播是匀 速的,与波的频率无关。波动中各质点都在平衡位置附近做周期性振 动,是变加速运动,质点并没沿波的传播方向随波迁移。因此要区分开 这两个速度。
解题导引
解析
设该地走时准确的摆钟的摆长为l,则周期T=2π
l g
,摆长为l1的摆
钟的周期T1=2π
l1 g
,摆长为l2的摆钟的周期T2=2π
l2 ,再设某一段时间
g
为t,据题意有 t - t = t - t 。
T1 T T T2
解得l= 4l1l2 。1 l2 )2
说明 (1)稳定干涉中,振动加强区域或振动减弱区域的空间位置是不 变的。加强区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之和;减弱区域中心 质点的振幅等于两列波的振幅之差。 (2)振动加强的条件是两波源到该区域中心的距离之差等于波长的整数 倍;振动减弱的条件是两波源到该区域中心的距离之差等于半波长的奇 数倍。 (3)加强区永远是加强区,减弱区永远是减弱区,加强区内各点的振动位 移不一定都比减弱区内各点的振动位移大。 4.干涉和衍射是波所特有的现象。 三、多普勒效应 由于波源和观察者之间有相对运动,使观察者感到波的频率发生变化的
三、简谐运动的两种基本模型
模型
弹簧振子(水平)
单摆
简谐运 动条件
(1)弹簧质量忽略不计 (2)无摩擦等阻力 (3)在弹性限度内
(1)摆线为⑥ 不可伸长 的轻细线 (2)无空气等阻力 (3)最大摆角θ<5°
回复力
平衡 位置
弹簧的弹力提供F回=F弹=-kx(x为形变量)
F回=0,a=0 弹簧处于原长
摆球重力沿与摆线垂直(即切线)方向的分力提供 F回=-mg sin α=- mg x(l为摆长,x是相对平衡位
现象,叫做多普勒效应。 当波源与观察者有相对运动时,如果二者相互接近,观察者接收到的频 率 增大 ;如果二者相互远离,观察者接收到的频率 减小 。 多普勒效应是所有波动过程共有的特征。根据声波的多普勒效应可以 测定车辆行驶的速度;根据光波的多普勒效应可以判断遥远天体相对地 球的运行速度。
考向突破
考向突破 考向 简谐运动 一、简谐运动的图像 1.如图所示为一弹簧振子做简谐运动的图像。它反映了振子的位移随 时间变化的规律,而振子实际轨迹并非正弦曲线。
2.根据简谐运动的规律,利用该图像可以得出以下判定 (1)振幅A、周期T以及各时刻振子的位置; (2)各时刻回复力、加速度、速度、位移的方向;
(3)某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情 况; (4)某段时间内振子通过的路程。 二、做简谐运动的物体的位移、速度和加速度及其变化规律 1.位移:从平衡位置指向振动物体所在位置的有向线段。位移的表示方 法是以平衡位置为坐标原点,以振动物体所在的直线为坐标轴,规定正 方向,则某一时刻振动物体(偏离平衡位置)的位移用该时刻振动物体所 在的位置坐标来表示。振动物体通过平衡位置时,位移改变方向。 2.速度:描述振动物体在平衡位置附近振动快慢的物理量。在所建立的 坐标轴上,速度的正负号表示振动物体运动方向与坐标轴的正方向相同 或相反。应明确速度和位移是彼此独立的物理量。如振动物体通过同
4.机械波的特点 (1)每一质点都以它的平衡位置为中心做简谐运动;后一质点的振动总 是落后于带动它的前一质点的振动。 (2)波传播的只是运动(振动)形式和振动能量,介质中的质点并不随波迁移。 5.声波 一切振动着发声的物体都叫声源。声源的振动在介质中形成纵波。频率为 20 Hz到20 000 Hz的声波能引起人的听觉。频率低于20 Hz的声波称为次声 波;频率高于20 000 Hz的声波称为超声波,超声波的应用十分广泛,如声呐、 “B超”、探伤仪等。声波在空气中的传播速度约为340 m/s。声波具有反 射、干涉、衍射等波的特有现象。
注意事项 1.摆线应选择细而不易伸长的轻线,长度一般不应短于1 m。小球应选 用密度较大直径较小的金属球; 2.单摆悬线的上端应夹紧在铁夹中,以免摆动时摆长改变; 3.摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过5°; 4.摆动时,要使之保持在同一个运动平面内,不要形成圆锥摆; 5.计算单摆的振动次数时,应在摆球通过最低位置时开始计时,以后摆球 从同一方向通过最低位置时进行读数,且在数“零”的同时按下停表, 开始计时计数。
三、单摆周期公式的应用
l
公式T=2π g 中,g由单摆所在的空间位置决定。
M
由g=GR2 可知,g因地球表面位置和高度的不同而不同,在不同星球上也 不同,因此应求出单摆所在处的等效重力加速度值g'代入公式,即g不一 定等于9.8 m/s2。
例 在某地,摆长为l1的摆钟A在某一段时间内快了Δt(s),而另一摆长为l2 的摆钟B在同一段时间内慢了Δt(s),那么,在该地走时准确的摆钟的摆长 应为多少?
解析 由图乙可知0.05 s时,Q质点在正向最大位移处,具有最大的加速 度,A正确。由题给条件可画出0.05 s时波动图像如图所示,再结合图甲 分析可知波向x轴负方向传播,此时质点P的速度在增大,加速度在减小, B、D错误。由图甲知波长λ=3 m,由图乙知周期T=0.20 s,则波速v= =
T
15 m/s,C正确。因Δt=0.90 s-0.60 s=0.30 s=1.5T,则质点P通过的路程 s= 1.5×4×5 cm=30 cm,E正确。
高考物理（课标专用）
专题十六 机械振动与机械波
考向基础
考点清单
考点一 机械振动
一、振动及描述振动的物理量
1.机械振动:物体(或物体的一部分)在某一中心位置两侧所做的往复运
动称为机械振动,简称振动。
2.回复力:振动物体所受的总是指向① 平衡位置 的力。它可以是某
一个力,也可以是几个力的合力或某个力的分力,属于效果力,在具体问
传播方向④ 在同一直线上 的波叫纵波。质点分布最密的位置叫 ⑤ 密部 ,分布最疏的位置叫⑥ 疏部 。 3.描述机械波的物理量 (1)波长λ:两个相邻的、在振动过程中相对平衡位置的位移总是相等的 质点间的距离叫波长。 在横波中,两个相邻波峰(或波谷)间的距离等于波长; 在纵波中,两个相邻密部(或疏部)间的距离等于波长。 (2)频率f:波的频率由⑦ 波源 决定,在任何介质中频率不变。 (3)波速v:单位时间内振动形式向外传播的距离。 波速与波长和频率的关系是⑧ v=λf ,波速大小由⑨ 介质 决定。
定义
位移表达式 特征