高中物理选修3-4知识点机械振动与机械波解析复习过程

高中物理选修3-4知识点机械振动与机械波解析复习过程
高中物理选修3-4知识点机械振动与机械波解析复习过程

机械振动与机械波

简谐振动

一、学习目标

1.了解什么是机械振动、简谐运动

2.正确理解简谐运动图象的物理含义,知道简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线。

二、知识点说明

1.弹簧振子(简谐振子):

(1)平衡位置:小球偏离原来静止的位置;

(2)弹簧振子:小球在平衡位置附近的往复运动,是一种机械

运动,这样的系统叫做弹簧振子。

(3)特点:一个不考虑摩擦阻力,不考虑弹簧的质量,不考虑振子的大小和形状的理想化的物理模型。

2.弹簧振子的位移—时间图像

弹簧振子的s—t图像是一条正弦曲线,如图所示。

3.简谐运动及其图像。

(1)简谐运动:如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律,即它的振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线,这样的振动叫做简谐运动。

(2)应用:心电图仪、地震仪中绘制地震曲线装置等。

三、典型例题

例1:简谐运动属于下列哪种运动()

A.匀速运动 B.匀变速运动

C.非匀变速运动 D.机械振动

解析:以弹簧振子为例,振子是在平衡位置附近做往复运动,并且平衡位置处合力为零,加速度为零,速度最大.从平衡位置向最大位移处运动的过程中,由F=-kx可知,振子的受力是变化的,因此加速度也是变化的。故A、B错,C正确。简谐运动是最简单的、最基本的机械振动,D正确。

答案:CD

简谐运动的描述

一、学习目标

1.知道简谐运动的振幅、周期和频率的含义。

2.知道振动物体的固有周期和固有频率,并正确理解与振幅无关。

二、知识点说明

1.描述简谐振动的物理量,如图所示:

(1)振幅:振动物体离开平衡位置的最大距离,。

(2)全振动:振子向右通过O点时开始计时,运动到A,然后向左回到O,又继续向左达到,之后又回到O,这样一个完整的振动过程称为一次全振动。

(3)周期:做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间,符号T表示,单位是秒(s)。

(4)频率:单位时间内完成全振动的次数,符号用f表示,且有,单位是赫兹(Hz),。

(5)周期和频率都是表示物体振动快慢的物理量,周期越小,频率越大,振动越快。

(6)相位:用来描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态。

2.简谐运动的表达式:。

(1)理解:A代表简谐运动的振幅;叫做简谐运动的圆频率,表示简谐运动的快慢,且;(代表简谐运动的相位,是t=0时的相位,称作初相位或初相;两个具有相同频率的简谐运动存在相位差,我们说2的相位比1超前。

(2)变形:

三、典型例题

例1:某振子做简谐运动的表达式为x=2sin(2πt+6π)cm则该振子振动的振幅和周期为() A.2cm1s B.2cm2πs

C.1cmπ6s D.以上全错

解析:由x=Asin(ωt+φ)与x=2sin(2πt+6π)对照可得:A=2cm,ω=2π=2πT,∴T=1s,A选项正确。

答案:A

例2:周期为2s的简谐运动,在半分钟内通过的路程是60cm,则在此时间内振子经过平衡位置的次数和振子的振幅分别为()

A.15次,2cm

B.30次,1cm

C.15次,1cm

D.60次,2cm

解析:振子完成一次全振动经过轨迹上每点的位置两次(除最大位移处),而每次全振动振子通过的路程为4个振幅。

答案:B

例3:一简谐振子沿x轴振动,平衡位置在坐标原点。t=0时刻振子的位移x=-0.1m;t=s 时刻x=0.1m;t=4s时刻x=0.1m。该振子的振幅和周期可能为( )

A.0. 1 m,B.0.1 m,8s C.0.2 m,D.0.2 m,8s

解析:t=s和t=4s两时刻振子的位移相同,第一种情况是此时间差是周期的整数倍,当n=1时T=s。在s的半个周期内振子的位移由负的最大变为正的最大,所以振幅是0.1m。A正确。第二种情况是此时间差不是周期的整数倍,则,当n=0时T=8s,且由于是的二倍说明振幅是该位移的二倍为0.2m。如图答案D。

答案:AD

简谐运动的回复力和能量

一、学习目标

1.掌握简谐运动的定义。

2.了解简谐运动的运动特征。

3.掌握简谐运动的动力学公式。

4.了解简谐运动的能量变化规律。

二、知识点说明

1.简谐运动的回复力:

(1)如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比,并且

总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动,力的方向总是指

向平衡位置,所以称这个力为回复力。

(2)大小:,k是弹簧的劲度系数,x是小球的位移大小。

2.简谐运动的能量:

(1)振子速度在变,因而动能在变;弹簧的伸长量在变,弹性势能在变。

(2)变化规律:

总结:

A总机械能=任意位置的动能+势能=平衡位置的动能=振幅位置的势能;

B弹簧振子在平衡位置的动能越大,振动的能量就越大;振幅越大,振幅位置的势能就越大,振动的能量就越大。

三、典型例题

例1:关于回复力,下列说法正确的是()

A.回复力是指物体离开平衡位置时受到的指向平衡位置的力

B.回复力是按力的作用效果命名的,它可能由弹力提供,也可能由摩擦力提供

C.回复力可能是某几个力的合力,也可能是某一个力的分力

D.振动物体在平衡位置时,其所受合力为零

解析:选ABC.由回复力定义可知选项A正确;回复力是物体在振动方向上受到的合力,并不一定是物体所受合力,所以平衡位置是回复力为零的位置,并不一定是合力为零的位置,D选项错误;回复力是效果力,它可以由一个力来提供,也可以由几个力的合力来提供,B、C选项正确

例2:弹簧振子做简谐运动时,下列说法中正确的是()

A.加速度最大时,速度也最大

B.位移相同时速度一定相同

C.加速度减小时,速度一定增大

D.速度相同时位移也一定相同

解析:选C.加速度最大时,速度为零,A错误.位移相同时,速度方向可能不同,B错误,加速度减小时,振子向平衡位置运动,速度增大,C正确.速度相同时,振子的位移也可能方向相反,D错误。

例3:一简谐横波以4m/s的波速沿x轴正方向传播。已知t=0时的波形如图所示,则

A.波的周期为1s

B.x=0处的质点在t=0时向y轴负向运动

C.x=0处的质点在t= s时速度为0

D.x=0处的质点在t= s时速度值最大

解析:由波的图像可知,半个波长是2m,波长是4m,周期是,A正确。波在沿x轴正方向传播,则x=0的支点在沿y轴的负方向运动,B正确。x=0的质点的位移是振幅的一半,则要运动到平衡位置的时间是,则时刻x=0的质点越过了平衡位置速度不是最大,CD错误。答案:AB

单摆

一、学习目标

1.知道什么是单摆;

2.理解单摆振动的回复力来源及做简谐运动的条件;

3.知道单摆的周期和什么有关,掌握单摆振动的周期公式,并能用公式解题。

二、知识点说明

1.定义:用一根绝对挠性且长度不变、质量可忽略不计的线悬挂一个质点,在重力作用下在铅垂平面内作周期运动,就成为单摆。

2.回复力:,其中x为摆球偏离平衡位置的位移。

3.周期:简谐运动的周期T与摆长l的二次方根成正比,与重力加速度g的二次方根成反比,而与振幅、摆球的质量无关,表达式。

4.应用:利用单摆测量重力加速度。由单摆的周期公式得到,测出单摆的摆长l、周期T,就可以求出当地的重力加速度。

5.实验探求单摆周期与摆长的关系注意事项:

(1)摆的振幅不要太大,即偏角较小,不超过5°(现在一般认为是小于10°),这时才能看做是简谐振动。

(2)摆线要尽量选择细的、伸缩性小的,并且尽可能长点;

(3)摆球要尽量选择质量大的、体积小的;

(4)悬挂时尽量使悬挂点和小球都在竖直方向;

(5)细线的长度和小球的半径作为摆长的测量值;

(6)小球在平衡位置时作为计时的开始与终止更好一些。

三、典型例题

例1:如图所示的单摆,摆球a向右摆动到最低点时,恰好与一沿水平方向向左运动的粘性小球b发生碰撞,并粘接在一起,且摆动平面不变.已知碰撞前a球摆动的最高点与最低点的高度差为h,摆动的周期为T,a球质量是b球质量的5倍,碰撞前a球在最低点的速度

是b球速度的一半.则碰撞后( )

A.

摆动的周期为T B.摆动的周期为T

C.摆球的最高点与最低点的高度差为0.3h

D.摆球的最高点与最低点的高度差为0.25h

解析:碰撞前后摆长不变,由T=2π

知,摆动的周期不变.若a 球质量为M ,速度为v ,

则B 球质量为M b =,v b =2v ,由碰撞过程动量守恒得:Mv-M b v b =(M+M b )v ′ 代入数值解得:v ′=v

因为h=

所以h ′==h.

答案:D

例2:一单摆做小角度摆动,其振动图象如图所示,以下说法正确的是 ( ) A.t 1时刻摆球速度最大,悬线对它的拉力最小 B.t 2时刻摆球速度为零,悬线对它的拉力最小 C.t 3时刻摆球速度为零,悬线对它的拉力最大 D.t 4

65

56

g L

5M

21

g 22

v g 22v 41

解析:由振动图线可看出,t1时刻和t0时刻,小球偏离平衡位置的位移最大,此时其速度为零,悬线对它的拉力最小,故A、C错;t2和t4时刻,小球位于平衡位置,其速度最大,悬线的拉力最大,故B错,D对。

例3:如图所示,A、B分别为单摆做简谐振动时摆球的不同位置,

其中,位置A为摆球摆动的最高位置,虚线为过悬点的竖直线.以

摆球最低位置为重力势能零点,则摆球在摆动过程中( )

A.位于B处时动能最大

B.位于A处时势能最大

C.在位置A的势能大于在位置B的动能

D.在位置B的机械能大于在位置A的机械能

解析:小球在摆动过程中,只有重力做功,机械能守恒,即A点的重力势能等于B点动能和势能的和。

答案:BC

外力作用下的振动

一、学习目标

1.知道阻尼振动和无阻尼振动,并能从能量的观点给予说明。

2.知道受迫振动的概念。知道受迫振动的频率等于驱动力的频率,而跟振动物体的固有频率无关。

二、知识点说明

1.固有频率:如果振动系统不受外力的作用,此时的振动叫做固有振动,其振动频率称为固有频率。

2.阻尼振动:

(1)定义:振幅逐渐减小的振动;

(2)原因:系统克服阻尼的作用要做功,消耗机械能,

因而振幅减小,最后停下来。

(3)特点:阻尼越大,振幅减小得越快,阻尼越小,振幅减小得越慢。

3.受迫振动:

(1)自由振动:物体在系统内部回复力作用下产生的振动;

(2)驱动力:系统受到的周期性的外力;

(3)受迫振动:系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动。

(4)不管系统的固有频率如何,它做受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率,与系统的固有频率无关。

4.共振:驱动力频率f等于系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大,这种现象叫做共振。

三、典型例题

例1:在接近收费口的道路上安装了若干条突起于路面且与行驶方向垂直的减速带,减速带间距为10m,当车辆经过减速带时会产生振动。若某汽车的固有频率为1.25Hz,则当该车以_________m/s的速度行驶在此减速区时颠簸得最厉害,我们把这种现象称为_________。解析:汽车每经过一个减速带时,减速带都给汽车一个向上的力,这个力使汽车上下颠簸,当这个力的频率等于汽车的固有频率时,汽车发生共振,振动最厉害。

答案: 12.5,共振

例2:下列说法正确的是()

A.实际的自由振动必然是阻尼振动

B.在外力作用下的振动是受迫振动

C.阻尼振动的振幅越来越小

D.受迫振动稳定后频率与自身物理条件无关

解析:实际的自由振动,必须不断克服外界阻力做功而消耗能量,振幅会逐渐减小,必然是阻尼振动,故A、C正确;只有在周期性外力(驱动力)的作用下物体所做的振动才是受迫振动,B错;受迫振动稳定后的频率由驱动力的频率决定,与自身物理条件无关,D对。

答案:ACD

例3:A、B两个单摆,A摆的固有频率为f,B摆的固有频率为4f,若让它们在频率为5f 的驱动力作用下做受迫振动,那么A、B两个单摆比较()

A.A摆的振幅较大,振动频率为f

B.A摆的振幅较大,振动频率为5f

C.B摆的振幅较大,振动频率为5f

D.B摆的振幅较大,振动频率为4f

解析:A、B两单摆都做受迫振动,振动的频率等于驱动力的频率5f。B摆的固有频率更接近5f,故B摆振幅较大,C正确,A、B、D错误。

答案:C

波的形成与传播

一、学习目标

1.知道直线上机械波的形成过程。

2.知道什么是横波,波峰和波谷。

3.知道什么是纵波,密部和疏部。

二、知识点说明

1.波的形成:振动的传播称为波动,简称波。

2.横波和纵波:

(1)横波:质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波;凸起的最高处叫波峰,凹下的最低处叫波谷。

(2)纵波:质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波;质点分布最密的位置叫密部,质点分布最疏的位置叫疏部。

3.机械波:

(1)介质:波借以传播的物质,如绳、弹簧、水、空气等,介质本身不随波一起传播。

(2)机械波:机械振动在介质中传播形成了机械波。

4.应用:波既能传播能量,又能传播信息。

三、典型例题

例1:关于横波和纵波,下列说法正确的是()

A.质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波

B.质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫纵波

C.横波有波峰和波谷,纵波有密部和疏部

D.地震波是横波,声波是纵波

答案:ABC

解析:根据横波和纵波的定义知A、B、C正确;声波是一种纵波,但地震波中既有横波又有纵波,D选项错误,故选A、B、C。

例2:一个小石子投向平静的湖面中心,会激起一圈圈波纹向外传播,如果此时水面上有一片树叶,下列对树叶运动情况的叙述正确的是()

A.树叶慢慢向湖心运动

B .树叶慢慢向湖岸漂去

C .在原处上下振动

D .沿着波纹做圆周运动

解析:由于波在传播过程中,只传递振动能量和波源所发出的信息,而各质点不随波迁移,只在各自的位置附近做振动,故选C 。 答案:C

例3:在敲响古刹里的大钟时,有的同学发现,停止对大钟的撞击后,大钟仍“余音未绝”,分析其原因是( ) A .大钟的回声

B .大钟在继续振动,空气中继续形成声波

C .人的听觉发生“暂留”的缘故

D .大钟虽停止振动,但空气仍在振动

解析:停止对大钟的撞击后,大钟做阻尼振动,仍在空气中形成声波;另一个方面即使大钟停止振动,空气中已形成的机械波也仍在传播.随着能量的减弱,钟声逐渐消失。 答案:B

例4:下图是某绳上波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐振动,带动2、3、4……各个质点依次上下振动,把振动由绳的左端传到右端.已知t =0时,质点1开始向上运动,t =T

4

时,质点1到达最上方,质点5开始向上运动。问:

(1)t =T

2

时,质点8、12、16的运动状态(是否运动,运动方向)如何?

(2)t=3

4T时,质点8、12、16的运动状态如何?

(3)t=T时,质点8、12、16的运动状态如何?

解析:由于质点间的相互作用,前面的质点总是带动后面的质点振动,所以后面的质点总是滞后于前面的质点。

(1)t=T

2时,质点8未达到最高点,正在向上振动,质点12、16未动。

(2)t=3

4T时,质点8正在向下振,质点12向上振动,质点16未振动。

(3)t=T时,质点8、12正在向下振动,质点16向上振动。

波的图像

一、学习目标

1.知道波的图象,知道横、纵坐标各表示什么物理量,知道什么是简谐波。

2.知道什么是波的图象,能在简谐波的图象中读出质点振动的振幅。

二、知识点说明

1.形状:波的图象的形状是正(余)弦曲线。

2.意义:波的图象反映的是波的传播过程中某一时刻各个质点相对于各自的平衡位置的位移情况:

3.作用:利用波的图象通常可以解决如下问题:

(1)从图象中可以看出波长;

(2)从图象中可以看出各质点振动的振幅A;

(3)从图象中可以看出该时刻各质点偏离平衡位置的位移情况;

(4)从图象中可以间接地比较各质点在该时刻的振动速度、动能、势能、回复力、加速度等量的大小;

(5)如波的传播方向已知,则还可以由图象判断各质点该时刻的振动方向以及下一时刻的波形;

(6)如波的传播速度大小书籍,更可利用图象所得的相关信息进一步求得各质点振动的周期和频率;

4.振动图像与波的图像之间的区别与联系

1.相同点:两者都是按正弦或余弦规律变化的曲线,振动图像和波的图像中的纵坐标均表示质点离开平衡位置的位移,纵坐标的最大值均表示质点的振幅。

2.不同点:

(1)横轴坐标的意义不同:波的图像中横轴表示各个质点的平衡位置到原点的距离;振动图像中横轴表示该质点振动的时间。

(2)物理意义不同:波动图像表示某一时刻各个质点离开平衡位置的距离;振动图像描述的是某一质点在不同时刻离开平衡位置的位移。

(3)最大值间距的含义不同:波的图像中相邻的最大值之间的间隔等于波长;振动图像中相邻的最大值之间的间隔等于周期。

三、典型例题

例1:如图所示,(1)为某一波在t=0时刻的波形图,(2)为参与该波动的P点的振动图象,则下列判断正确的是

A. 该列波的波速度为4m/s ;

B.若P点的坐标为x p=2m,则该列波沿x轴正方向传播

C.该列波的频率可能为2 Hz;

D.若P点的坐标为x p=4 m,则该列波沿x轴负方向传播;

解析:当一列波某一时刻的波动图象已知时,它的波长和振幅就被唯一地确定,当其媒质中某质点的振动图象已知时,这列波的周期也就被唯一地确定,所以本题中的波长λ、周期T、波速v均是唯一的.由于质点P的坐标位置没有唯一地确定,所以由其振动图象可知P点在t=0后的运动方向,再由波动图象确定波的传播方向

由波动图象和振动图象可知该列波的波长λ=4m,周期T=1.0s,所以波速v=λ/T =4m/s。

由P质点的振动图象说明在t=0后,P点是沿y轴的负方向运动:若P点的坐标为xp =2m,则说明波是沿x轴负方向传播的;若P点的坐标为xp=4 m,则说明波是沿x轴的正方向传播的.该列波周期由质点的振动图象被唯一地确定,频率也就唯一地被确定为f=l/t=0Hz.综上所述,只有A选项正确。

答案:A

例2:如图所示,甲为某一波动在t=1.0s时的图象,乙为参与该波动的P质点的振动图象(1)说出两图中AA/的意义?

(2)说出甲图中OA/B图线的意义?

(3)求该波速v=?

(4)在甲图中画出再经3.5s时的波形图

(5)求再经过3.5s时p质点的路程S和位移

解析:甲图中AA/表示A质点的振幅或1.0s时A质点的位移大小为0.2m,方向为负.乙图中AA/’表示P质点的振幅,也是P质点在0.25s的位移大小为0.2m,方向为负。(2)甲图中OA/B段图线表示O 到B之间所有质点在1.0s时的位移、方向均为负.由乙图看出P质点在1.0s时向一y方向振动,由带动法可知甲图中波向左传播,则OA/间各质点正向远离平衡位置方向振动,A/B间各质点正向靠近平衡位置方向振动.

(3)甲图得波长λ=4 m,乙图得周期T=1s 所以波速v=λ/T=4m/s

(4)用平移法:Δx=v·Δt=14 m=(3十?)λ

所以只需将波形向x 轴负向平移?λ=2m 即可,如图所示:

(5)求路程:因为n=2/T t

=7,所以路程S=2An=2×0·2×7=2。8m

求位移:由于波动的重复性,经历时间为周期的整数倍时.位移不变,所以只需考查从图示时刻,p 质点经T/2时的位移即可,所以经3.5s 质点P 的位移仍为零。

波长、频率和波速

一、学习目标

1.什么是波的波长,能在波的图象中求出波长。

2.什么是波传播的周期(频率),理解周期与质点振动周期的关系。

3.决定波的周期的因素,并知道其在波的传播过程中的特点。 二、知识点说明

1.波长:在波动中,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,用λ表示。 (1)在横波中,两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长; (2)在纵波中,两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长。

2.周期或频率:

(1)定义:在波动中,各个质点的振动周期或频率是相同的,它们都等于波源的振动周期或频率,也叫做波的周期或频率。

(2)公式:;f 表示频率,v 表示波速,λ表示波长,T 表示周期。 3.波速:

(1)机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定,在不同的介质中,波速是不同的;

(2)公式适用于机械波,也适用于电磁波。

(3)机械波从一种介质进入另一种介质,频率并不改变,但波速变了,所以波长会改变。

三、典型例题

例1:关于机械波的概念,下列说法中正确的是()

A.质点振动的方向总是垂直于波传播的方向

B.简谐波沿长绳传播,绳内相距半个波长的两质点振动位移的大小相等

C.任一振动质点每经过一个周期,沿波的传播方向移动一个波长

D.相隔一个周期的两个时刻,简谐波的图象相同

解析:波有纵波和横波两种,横波的质点振动方向总与波传播方向垂直,而纵波的质点振动方向则与波传播方向一致,所以选项A是错误的。

相距半波长的两个质点振动的位移大小相等,方向相反,所以选项B是正确的。

振动在传播过程中,各质点均在自己的平衡位置附近振动,并不沿传播方向移动,所以选项C是错误的。

相隔一个周期的两个时刻,各质点的振动状态是相同的,则这两个时刻简谐波的波形图象是相同的,故选项D正确。

答案:BD

例2:一列简谐波,在0

t=时刻的波形如图所示,自右向左传播,已知在

10.7

t=s时,P点出现第二次波峰,Q点坐标是(-7,0),则以下判断中正确的是( )

A.质点A和质点B,在0

t=时刻的位移是相

等的

B.在0

t=时刻,质点C向上运动

C.在

20.9

t=s末,Q点第一次出现波峰

D.在

31.26

t=s末,Q点第一次出现波峰

解析:由图像知,0

t=时刻,质点A.B位移大小相等,但方向相反;用“特殊点法”

易判断出C点在0

t=时刻向上运动,故B正确。由

10.7

t=s时,P点出现第二次波峰且0

t=

时刻P点向下运动,可判定

3

0.7

4

T T

=+,∴

4

0.70.4(s)

7

T=?=。0

t=时刻A的振动状态(波

峰)第一次传播到Q点时,需要的时间是

90.4

0.9(s)

/4

x x x T

t

v T

λλ

?????

=====,C项正确。

答案:BC

例3:如图所示的实线是某时刻的波形图象,虚线是经过0.2s时的波形图象。

(1)假设波向左传播,求它传播的可能距离。

(2)若这列波向右传播,求它的最大周期。

(3)假定波速是35m/s,求波的传播方向。

解析:波从实线传到虚线可能向左传播,也可

能向右传播,可能在一个周期内,也可能在几个周

期内。

(1)向左传播时传播的距离为:

s=(n+3

4

)λ=(n+

3

4

)×4m (n=0、1、2…)可能值有3m、7m、11m…

(2)根据t=(n+3

4

)T得:T=

4

41

t

n+

,在所有可能的周期中,当n=0时最大,故T m=0.8s。

(3)播在0.2s传播的距离s=vt=7m,等于s/λ=7/4=

3

1

4

个波长,故可知波向左。

波的衍射和干涉

一、学习目标

1.知道什么是波的衍射现象,知道波发生明显衍射现象的条件。

2.知道波的叠加原理。

3.知道什么是波的干涉现象和干涉图样。

4.知道衍射和干涉现象也是波所特有的现象。

二、知识点说明

1.波的衍射:

(1)概念:波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫做波的衍射。

(2)条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多,或者比波长更小时才能观察到明显的衍射现象。

(3)一切波都能发生颜色,衍射是波特有的现象。

2.波的叠加:几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播,在

它们重叠的区域里,介质的支点同时参与这几列波引起的振动,支点

的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。

3.波的干涉:

(1)概念:频率相同的两列波叠加时,某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小,这种现象叫做波的干涉。

(2)条件:两列波的频率必须相同;两个波源的相位差必须保持不变。

(3)特点:

A振动的相位相同的点,两列波在这点的相位差保持不变,因此两列波引起的振动总是相互加强的,质点振动的振幅最大;

B振动的相位相反的点,两列波在这点的相位差保持不变,所以它们在这点引起的振动总是相互削弱的,振幅最小,振幅之和等于0;

4.干涉和衍射是波——水波、声波、电磁波等一切波所特有的现象。

高中物理选修-4知识点机械振动与机械波解析

机械振动与机械波 简谐振动 一、学习目标 1.了解什么是机械振动、简谐运动 2.正确理解简谐运动图象的物理含义,知道简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线。 二、知识点说明 1.弹簧振子(简谐振子): (1)平衡位置:小球偏离原来静止的位置; (2)弹簧振子:小球在平衡位置附近的往复运动,是一种机械 运动,这样的系统叫做弹簧振子。 (3)特点:一个不考虑摩擦阻力,不考虑弹簧的质量,不考虑振子的大小和形状的理想化的物理模型。 2.弹簧振子的位移—时间图像 弹簧振子的s—t图像是一条正弦曲线,如图所示。 3.简谐运动及其图像。 (1)简谐运动:如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律,即它的振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线,这样的振动叫做简谐运动。 (2)应用:心电图仪、地震仪中绘制地震曲线装置等。 三、典型例题

例1:简谐运动属于下列哪种运动( ) A.匀速运动 B.匀变速运动 C.非匀变速运动 D.机械振动 解析:以弹簧振子为例,振子是在平衡位置附近做往复运动,并且平衡位置处合力为零,加速度为零,速度最大.从平衡位置向最大位移处运动的过程中,由F=-kx可知,振子的受力是变化的,因此加速度也是变化的。故A、B错,C正确。简谐运动是最简单的、最基本的机械振动,D正确。 答案:CD 简谐运动的描述 一、学习目标 1.知道简谐运动的振幅、周期和频率的含义。 2.知道振动物体的固有周期和固有频率,并正确理解与振幅无关。 二、知识点说明 1.描述简谐振动的物理量,如图所示: (1)振幅:振动物体离开平衡位置的最大距离,。 (2)全振动:振子向右通过O点时开始计时,运动到A,然后向左回到O,又继续向左达到,之后又回到O,这样一个完整的振动过程称为一次全振动。 (3)周期:做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间,符号T表示,单位是秒(s)。 (4)频率:单位时间内完成全振动的次数,符号用f表示,且有,单位是赫兹(Hz),。 (5)周期和频率都是表示物体振动快慢的物理量,周期越小,频率越大,振动越快。 (6)相位:用来描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态。 2.简谐运动的表达式:。

机械振动和机械波知识点+例题分析

机械振动和机械波 一、知识结构 二、重点知识回顾 1机械振动 (一)机械振动 物体(质点)在某一中心位置两侧所做的往复运动就叫做机械振动,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。回复力是以效果命名的力,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:a、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。b、阻力足够小。 (二)简谐振动 1. 定义:物体在跟位移成正比,并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐振动。简谐振动是最简单,最基本的振动。研究简谐振动物体的位置,常常建立以中心位置(平衡位置)为原点的坐标系,把物体的位移定义为物体偏离开坐标原点的位移。因此简谐振动也可说是物体在跟位移大小成正比,方向跟位移相反的回复力作用下的振动,即F=-k x,其中“-”号表示力方向跟位移方向相反。 2. 简谐振动的条件:物体必须受到大小跟离开平衡位置的位移成正比,方向跟位移方向相反的回复力作用。 3. 简谐振动是一种机械运动,有关机械运动的概念和规律都适用,简谐振动的特点在于它是一种周期性运动,它的位移、回复力、速度、加速度以及动能和势能(重力势能和弹性势能)都随时间做周期性变化。 (三)描述振动的物理量,简谐振动是一种周期性运动,描述系统的整体的振动情况常引入下面几个物理量。

1. 振幅:振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离,常用字母“A”表示,它是标量,为正值,振幅是表示振动强弱的物理量,振幅的大小表示了振动系统总机械能的大小,简谐振动在振动过程中,动能和势能相互转化而总机械能守恒。 2. 周期和频率,周期是振子完成一次全振动的时间,频率是一秒钟内振子完成全振动的次数。振动的周期T跟频率f之间是倒数关系,即T=1/f。振动的周期和频率都是描述振动快慢的物理量,简谐振动的周期和频率是由振动物体本身性质决定的,与振幅无关,所以又叫固有周期和固有频率。 (四)单摆:摆角小于5°的单摆是典型的简谐振动。 细线的一端固定在悬点,另一端拴一个小球,忽略线的伸缩和质量,球的直径远小于悬线长度的装置叫单摆。单摆做简谐振动的条件是:最大摆角小于5°,单摆的回复力F是重力在 圆弧切线方向的分力。单摆的周期公式是T=。由公式可知单摆做简谐振动的固有周期与振幅,摆球质量无关,只与L和g有关,其中L是摆长,是悬点到摆球球心的距离。g是单摆所在处的重力加速度,在有加速度的系统中(如悬挂在升降机中的单摆)其g应为等效加速度。 (五)振动图象。 简谐振动的图象是振子振动的位移随时间变化的函数图象。所建坐标系中横轴表示时间,纵轴表示位移。图象是正弦或余弦函数图象,它直观地反映出简谐振动的位移随时间作周期性变化的规律。要把质点的振动过程和振动图象联系起来,从图象可以得到振子在不同时刻或不同位置时位移、速度、加速度,回复力等的变化情况。 (六)机械振动的应用——受迫振动和共振现象的分析 (1)物体在周期性的外力(策动力)作用下的振动叫做受迫振动,受迫振动的频率在振动稳定后总是等于外界策动力的频率,与物体的固有频率无关。 (2)在受迫振动中,策动力的频率与物体的固有频率相等时,振幅最大,这种现象叫共振,声音的共振现象叫做共鸣。 2机械波中的应用问题 1. 理解机械波的形成及其概念。 (1)机械波产生的必要条件是:<1>有振动的波源;<2>有传播振动的媒质。 (2)机械波的特点:后一质点重复前一质点的运动,各质点的周期、频率及起振方向都与波源相同。 (3)机械波运动的特点:机械波是一种运动形式的传播,振动的能量被传递,但参与振动的质点仍在原平衡位置附近振动并没有随波迁移。 (4)描述机械波的物理量关系: 注:各质点的振动与波源相同,波的频率和周期就是振源的频率和周期,与传播波的介质无关,波速取决于质点被带动的“难易”,由媒质的性质决定。 横坐标表示介质中各质点的平衡位置

上海高一物理机械波的产生和描述

学科教师辅导讲义

、一列波在介质中向某一方向传播,如图所示为此波在某一时刻的波形图,并且此时振动还只发生在质点速度方向在波形图中是向下的,下列说法中正确的是( )

(1)由波的图像可获取的信息 ①从图像可以直接读出振幅(注意单位). ②从图像可以直接读出波长(注意单位). ③可求任一点在该时刻相对平衡位置的位移(包括大小和方向) ④可以确定各质点振动的加速度方向(加速度总是指向平衡位置) ⑤在波速方向已知(或已知波源方位)时可确定各质点在该时刻的振动方向. (2)波动图像与振动图像的比较: 振动图象波动图象研究对象一个振动质点沿波传播方向所有的质点 研究容一个质点的位移随时间变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象 物理意义表示一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移 图象变化随时间推移图象延续,但已有形状不 随时间推移,图象沿传播方向平移 变 一个完整曲线占横坐标距离表示一个周期表示一个波长 例3、一列简谐波在x轴上传播,其波形图如图7-32-4所示,其中实线,虚线分别表示t1=0,t2=0.05s时的波形, 求⑴这列波的波速 ⑵若波速为280m/s,其传播方向如何?此时质点P从图中位置运动至波谷位置的最短时间是多少? 练习2、如图7-32-5所示,甲为某一波在t=1.0s时的图象,乙为对应该波动的P质点的振动图象。 ⑴说出两图中AA’的意义? ⑵说出甲图中OA’B图线的意义?

D.物体做机械振动,一定产生机械波 6.如图所示为沿水平方向的介质中的部分质点,每相邻两质点间距离相等,其中O为波源.设波源的振动周期为T,自波源通过平衡位置竖直向下振动时开始计时,经过T/4质点1开始起振,则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法中正确的是( ) A.介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的,但图中质点9起振最晚 B.图中所画出的质点起振时间都是相同的,起振的位置和起振的方向是不同的C.图中质点8的振动完全重复质点7的振动,只是质点8振动时,通过平衡位置或最大位移的时间总是比质点7通过相同位置时落后T/4 D.只要图中所有质点都已振动了,质点1与质点9的振动步调就完全一致,但如果质点1发生的是第100次振动,则质点9发生的就是第98次振动. 7.如图所示,为一列简谐横波在某时刻的波动图像,已知图中质点F此时刻运动方向竖直向下,则应有( ) A.此时刻质点H和F运动方向相反 B.质点C将比质点B先回到平衡位置 C.此时刻质点C的加速度为零 D.此时刻质点B和D的加速度方向相同 8.如下图所示为波源开始振动后经过一个周期的波形图,设介质中质点振动周期为T,则下列说法中正确的是( ) A.若点M为振源,则点M开始振动时的方向向下 B.若点N为振源,则点P已振动了3T/4 C.若点M为振源,则点P已振动了3T/4 D.若点N为振源,到该时刻点Q向下振动 10.一平面机械简谐波在某时刻的波形曲线如图7-32-15所示,图中给出了P点的振动方向.请画出Q点的振动方向及经1/4周期时的波形图。 家庭作业: λ,某一时刻波的图象如图 1.一列沿x轴方向传播的横波,振幅为A,波长为 所示,在该时刻某一质点的坐标为(λ,0)经过四分之一周期后,该质点的坐 标为( )

机械振动知识点

简谐运动及其图象 知识点一:弹簧振子 (一)弹簧振子 如图,把连在一起的弹簧和小球穿在水平杆上,弹簧左端固定在支架上,小球可以在杆上滑动。小球滑动时的摩擦力可以,弹簧的质量比小球的质量得多,也可忽略。这样就成了一个弹簧振子。 注意: (1)小球原来的位置就是平衡位置。小球在平衡位置附近所做的往复运动,是一种机械振动。 (2)小球的运动是平动,可以看作质点。 (3)弹簧振子是一个不考虑阻力,不考虑弹簧的,不考虑振子(金属小球)的的化的物理模型。 (二)弹簧振子的位移——时间图象 (1)振动物体的位移是指由位置指向_的有向线段,可以说某时刻的位移。 说明:振动物体的位移与运动学中位移的含义不同,振子的位移总是相对于位置而言的,即初位置是位置,末位置是振子所在的位置。 (2)振子位移的变化规律 曲线。 知识点二:简谐运动 (一)简谐运动 如果质点的位移与时间的关系遵从函数的规律,即它的振动图象(x-t图象)是一条正弦曲线,这样的振动,叫做简谐运动。 简谐运动是机械振动中最简单、最基本的振动。弹簧振子的运动就是简谐运动。 (二)描述简谐运动的物理量 (1)振幅(A) 振幅是指振动物体离开位置的距离,是表征振动强弱的物理量。 一定要将振幅跟位移相区别,在简谐运动的振动过程中,振幅是变的,而位移是时刻在变的。 (2)周期(T)和频率(f) 振动物体完成一次所需的时间称为周期,单位是秒(s);单位时间内完成的次数称为频率,单位是赫兹(H Z)。 周期和频率都是描述振动快慢的物理量。周期越小,频率越大,表示振动得越快。 周期和频率的关系是:

(3)相位(φ) 相位是表示物体振动步调的物理量,用相位来描述简谐运动在一个全振动中所处的阶段。 (三)固有周期、固有频率 任何简谐运动都有共同的周期公式:2 T=m是振动物体的,k是回复力系数,对弹簧振子来说k为弹簧的系数。 对一个确定的简谐运动系统来说,m和k都是恒量,所以T和f也是恒量,也就是说简谐运动的周期只由本身的特性决定,与振幅关,只由振子质量和回复力系数决定。T叫系统的周期,f叫频率。 可以证明,竖直放置的弹簧振子的振动也是简谐运动,周期公式也是2 T=。这个结论可以直接使用。 (四)简谐运动的表达式 y=Asin(ωt+φ),其中A是,f ω==,φ是t=0时的相位,即初相位或初相。 T 知识点三:简谐运动的回复力和能量 (一)回复力:使振动物体回到平衡位置的力。 (1)回复力是以命名的力。性质上回复力可以是重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等,它可能是几个力的合力,也可能是某个力或某个力的分力。 如在水平方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧在伸长和压缩时产生的 力;在竖直方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧力和力的合力。 (2)回复力的作用是使振动物体回到平衡位置。回复力的方向总是“平衡位置”。 (3)回复力是是振动物体在方向上的合外力,但不一定是物体受到的合外力。 (二)对平衡位置的理解 (1)平衡位置是振动物体最终振动后振子所在的位置。 (2)平衡位置是回复力为的位置,但平衡位置是合力为零的位置。 (3)不同振动系统平衡位置不同。竖直方向的弹簧振子,平衡位置是其弹力 于重力的位置;水平匀强电场和重力场共同作用的单摆,平衡位置在电场力与重力的合力方向上。(三)简谐运动的动力学特征 F回=,a回=-kx/m,其中k为比例系数,对于弹簧振子来说,就等于弹簧的系数。负号表示回复力的方向与位移的方向。 也就是说简谐运动是在跟对平衡位置的位移大小成正比、方向总是指向平衡位置的力作用下的振动。 = 。当振子振动过程中,位移为x时,由胡克定律(弹簧不超出弹簧振子在平衡位置时F 回 = ,k为弹簧的劲度系数,所以弹弹性限度),考虑到回复力的方向跟位移的方向相反,有F 回 簧振子做简谐运动。 (四)简谐运动的能量特征 振动过程是一个动能和势能不断转化的过程,总的机械能。 振动物体总的机械能的大小与振幅有关,振幅越大,振动的能量越。 知识点四:简谐运动过程中各物理量大小、方向变化情况 (一)全振动 振动物体连续两次运动状态(位移和速度)完全相同所经历的的过程,即物体运动完成一次规律性变化。 (二)弹簧振子振动过程中各物理量大小、方向变化情况 过程:物体从A由静止释放,从A→O→B→O→,经历一次全振动, 图中O为平衡位置,A、B为最大位移处: 取OB方向为正:

高中物理机械振动机械波习题含答案解析

机械振动、机械波 第一部分五年高考题荟萃 2009年高考新题 一、选择题 1.(09·全国Ⅰ·20)一列简谐横波在某一时刻的波形图如图1所示,图中P、Q两质点的横坐标分别为x=1.5m 和x=4.5m。P点的振动图像如图2所示。 在下列四幅图中,Q点的振动图像可能是(BC ) 解析:本题考查波的传播.该波的波长为4m.,PQ两点间的距离为3m..当波沿x轴正方向传播时当P在平衡位置向上振动时而Q点此时应处于波峰,B正确.当沿x轴负方向传播时,P点处于向上振动时Q点应处于波谷,C对。 2.(09·全国卷Ⅱ·14)下列关于简谐振动和简谐波的说法,正确的是(AD ) A.媒质中质点振动的周期一定和相应的波的周期相等 B.媒质中质点振动的速度一定和相应的波的波速相等 C.波的传播方向一定和媒质中质点振动的方向一致 D.横波的波峰与波谷在振动方向上的距离一定是质点振幅的两倍 解析:本题考查机械波和机械振动.介质中的质点的振动周期和相应的波传播周期一致A正确.而各质点做简谐

运动速度随时间作周期性的变化,但波在介质中是匀速向前传播的,所以不相等,B错.对于横波而言传播方向和振动方向是垂直的,C错.根据波的特点D正确。 3.(09·北京·15)类比是一种有效的学习方法,通过归类和比较,有助于掌握新知识,提高学习效率。在类比过程中,既要找出共同之处,又要抓住不同之处。某同学对机械波和电磁波进行类比,总结出下列内容,其中的是( D ) 不正确 ... A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系,对电磁波也适用 B.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象 C.机械波的传播依赖于介质,而电磁波可以在真空中传播 D.机械波既有横波又有纵波,而电磁波只有纵波 解析:波长、波速、频率的关系对任何波都是成立的,对电磁波当然成立,故A选项正确;干涉和衍射是波的特性,机械波、电磁波都是波,这些特性都具有,故B项正确;机械波是机械振动在介质中传播形成的,所以机械波的传播需要介质而电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远的传播形成的,所以电磁波传播不需要介质,故C项正确;机械波既有横波又有纵波,但是电磁波只能是横波,其证据就是电磁波能够发生偏振现象,而偏振现象是横波才有的,D项错误。故正确答案应为D。 4.(09·北京·17)一简谐机械波沿x轴正方向传播,周期为T,波长为 。若在x=0处质点的振动图像如右图所示,则该波在t=T/2时刻的波形曲线为( A ) 解析:从振动图上可以看出x=0处的质点在t=T/2时刻处于平衡位置,且正在向下振动,四个选项中只有A图符合要求,故A项正确。 5.(09·上海物理·4)做简谐振动的单摆摆长不变,若摆球质量增加为原来的4倍,摆球经过平衡位置时速度减小为原来的1/2,则单摆振动的( C )A.频率、振幅都不变B.频率、振幅都改变 C.频率不变、振幅改变D.频率改变、振幅不变

高一物理 机械振动

高一物理机械振动 【教学结构】 一、机械振动 物体(质点)在某一中心位置两侧所做的往复运动就叫做机械振动,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。回复力是以效果命名的力,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:a、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。b、阻力足够小。 二、简谐振动 1.定义:物体在跟位移成正比,并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐振动。简谐振动是最简单,最基本的振动。研究简谐振动物体的位置,常常建立以中心位置(平衡位置)为原点的坐标系,把物体的位移定义为物体偏离开坐标原点的位移。因此简谐振动也可说是物体在跟位移大小成正比,方向跟位移相反的回复力作用下的振动,即F=-k x,其中“-”号表示力方向跟位移方向相反。 2.简谐振动的条件:物体必须受到大小跟离开平衡位置的位移成正比,方向跟位移方向相反的回复力作用。 3.简谐振动是一种机械运动,有关机械运动的概念和规律都适用,简谐振动的特点在于它是一种周期性运动,它的位移、回复力、速度、加速度以及动能和势能(重力势能和弹性势能)都随时间做周期性变化。 三、描述振动的物理量,简谐振动是一种周期性运动,描述系统的整体的振动情况常引入下面几个物理量。 1.振幅:振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离,常用字母“A”表示,它是标量,为正值,振幅是表示振动强弱的物理量,振幅的大小表示了振动系统总机械能的大小,简谐振动在振动过程中,动能和势能相互转化而总机械能守恒。 2.周期和频率,周期是振子完成一次全振动的时间,频率是一秒钟内振子完成全振动的次数。振动的周期T跟频率f之间是倒数关系,即T=1/f。 振动的周期和频率都是描述振动快慢的物理量,简谐振动的周期 和频率是由振动物体本身性质决定的,与振幅无关,所以又叫固 有周期和固有频率。 四、单摆:摆角小于5°的单摆是典型的简谐振动。 细线的一端固定在悬点,另一端拴一个小球,忽略线 的伸缩和质量,球的直径远小于悬线长度的装置叫单摆。单摆 做简谐振动的条件是:最大摆角小于5°,单摆的回复力F 是重力在圆弧切线方向的分力。如图1所示,单摆的周期公图1

2020年高考回归复习—机械振动和机械波选择综合题十 含答案

高考回归复习—机械振动和机械波选择之综合题十 1.一列沿x轴正方向传播的简谐横波,在t=0时刻波刚好传播到x=6m处的质点A,如图所示,已知波的传播速度为48m/s,下列说法正确的是() A.波源的起振方向是向上 B.从t=0时刻起再经过0.5s时间质点B第一次出现波峰 C.在t=0时刻起到质点B第一次出现波峰的时间内质点A经过的路程是24cm D.从t=0时刻起再经过0.35s时间质点B开始起振 E.当质点B开始起振时,质点A此时刚好在波谷 2.一列简谐横波在t=ls时的波形图如图所示,a、b、c分别为介质中的三个质点,其平衡位置分别为x a=0.5m、x b=2.0m、x c=3.5m。此时质点b正沿y轴负方向运动,且在t=l.5s时第一次运动到波谷。则下列说法正确的是() A.该波沿x轴正方向传播 B.该波的传播速度大小为1m/s C.质点a与质点c的速度始终大小相等、方向相反 D.每经过2s,质点a通过的路程都为1.6m E.质点c的振动方程为 π 0.4cos(m) 2 y t 3.一列周期为0.8 s的简谐波在均匀介质中沿x轴传播,该波在某一时刻的波形如图所示;A、B、C是介质中的三个质点,平衡位置分别位于2 m、3 m、6 m 处.此时B质点的速度方向为-y方向,下列说法正确的是( ) A.该波沿x轴正方向传播,波速为10 m/s

B .A 质点比B 质点晚振动0.1 s C .B 质点此时的位移为1 cm D .由图示时刻经0.2 s ,B 质点的运动路程为2 cm E.该列波在传播过程中遇到宽度为d =4 m 的障碍物时不会发生明显的衍射现象 4.有一列沿x 轴传播的简谐橫波,从某时刻开始,介质中位置在x =0处的质点a 和在x =6m 处的质点b 的振动图线分别如图1、2所示。则下列说法正确的是( ) A .质点a 的振动方程为y =4sin( 4 t +π2 )cm B .质点a 处在波谷时,质点b 一定处在平衡位置且向y 轴正方向振动 C .若波的传播速度为0.2m/s ,则这列波沿x 轴正方向传播 D .若波沿x 轴正方向传播,这列波的最大传播速度为3m/s 5.如图甲,介质中两个质点A 和B 的平衡位置距波源O 的距离分别为1m 和5m .图乙是波源做简谐运动的振动图像.波源振动形成的机械横波可沿图甲中x 轴传播.已知t =5s 时刻,A 质点第一次运动到y 轴负方向最大位移处.下列判断正确的是( ) A .A 质点的起振方向向上 B .该列机械波的波速为0.2m/s C .该列机械波的波长为2m D .t =11.5s 时刻,B 质点的速度方向沿y 轴正方向 E.若将波源移至x =3m 处,则A 、B 两质点同时开始振动,且振动情况完全相同 6.如图a 所示,在某均匀介质中S 1,S 2处有相距L =12m 的两个沿y 方向做简谐运动的点波源S 1,S 2。两波

(完整word版)机械振动和机械波知识点复习及练习

机械振动和机械波 一 机械振动知识要点 1. 机械振动:物体(质点)在平衡位置附近所作的往复运动叫机械振动,简称振动 条件:a 、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。b 、阻力足够小。 ? 回复力:效果力——在振动方向上的合力 ? 平衡位置:物体静止时,受(合)力为零的位置: 运动过程中,回复力为零的位置(非平衡状态) ? 描述振动的物理量 位移x (m )——均以平衡位置为起点指向末位置 振幅A (m )——振动物体离开平衡位置的最大距离(描述振动强弱) 周期T (s )——完成一次全振动所用时间叫做周期(描述振动快慢) 全振动——物体先后两次运动状态(位移和速度)完全相同所经历的过程 频率f (Hz )——1s 钟内完成全振动的次数叫做频率(描述振动快慢) 2. 简谐运动 ? 概念:回复力与位移大小成正比且方向相反的振动 ? 受力特征:kx F -= 运动性质为变加速运动 ? 从力和能量的角度分析x 、F 、a 、v 、E K 、E P 特点:运动过程中存在对称性 平衡位置处:速度最大、动能最大;位移最小、回复力最小、加速度最小 最大位移处:速度最小、动能最小;位移最大、回复力最大、加速度最大 ? v 、E K 同步变化;x 、F 、a 、E P 同步变化,同一位置只有v 可能不同 3. 简谐运动的图象(振动图象) ? 物理意义:反映了1个振动质点在各个时刻的位移随时间变化的规律 可直接读出振幅A ,周期T (频率f ) 可知任意时刻振动质点的位移(或反之) 可知任意时刻质点的振动方向(速度方向) 可知某段时间F 、a 等的变化 4. 简谐运动的表达式:)2sin( φπ +=t T A x 5. 单摆(理想模型)——在摆角很小时为简谐振动 ? 回复力:重力沿切线方向的分力 ? 周期公式:g l T π 2= (T 与A 、m 、θ无关——等时性) ? 测定重力加速度g,g=2 24T L π 等效摆长L=L 线+r 6. 阻尼振动、受迫振动、共振 阻尼振动(减幅振动)——振动中受阻力,能量减少,振幅逐渐减小的振动 受迫振动:物体在外界周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动。 特点:驱受f f = ? 共振:物体在受迫振动中,当驱动力的频率跟物体的固有频率相等的时候,受迫振动的振 幅最大,这种现象叫共振 ? 条件:固驱f f =(共振曲线) 【习题演练一】 1 一弹簧振子在一条直线上做简谐运动,第一次先后经过M 、N 两点时速度v (v ≠0)相同,那么,下列说法正确的是( ) A. 振子在M 、N 两点受回复力相同 B. 振子在M 、N 两点对平衡位置的位移相同 C. 振子在M 、N 两点加速度大小相等 D. 从M 点到N 点,振子先做匀加速运动,后做匀减速运动 2 如图所示,一质点在平衡位置O 点两侧做简谐运动,在它从平衡位置O 出发向最大位移A 处运动过程中经0.15s 第一次通过M 点,再经0.1s 第2次通过M 点。则此后还要经多长时间第3次通过M 点,该质点振动的频率为 3 甲、乙两弹簧振子,振动图象如图所示,则可知( ) A. 两弹簧振子完全相同 B. 两弹簧振子所受回复力最大值之比F 甲∶F 乙=2∶1

机械振动 知识点总结

机械振动 1、判断简谐振动的方法 简谐运动:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动。特征是:F=-kx,a=-kx/m. 要判定一个物体的运动是简谐运动,首先要判定这个物体的运动是机械振动,即看这个物体是不是做的往复运动;看这个物体在运动过程中有没有平衡位置;看当物体离开平衡位置时,会不会受到指向平衡位置的回复力作用,物体在运动中受到的阻力是不是足够小。 然后再找出平衡位置并以平衡位置为原点建立坐标系,再让物体沿着x 轴的正方向偏离平衡位置,求出物体所受回复力的大小,若回复力为F=-kx,则该物体的运动是简谐运动。 2、简谐运动中各物理量的变化特点 简谐运动涉及到的物理量较多,但都与简谐运动物体相对平衡位置的位移x 存在直接或间接关系: 如果弄清了上述关系,就很容易判断各物理量的变化情况 3、简谐运动的对称性 简谐运动的对称性是指振子经过关于平衡位置对称的两位置时,振子的位移、回复力、加速度、动能、势能、速度、动量等均是等大的(位移、回复力、加速度的方向相反,速度动量的方向不确定)。运动时间也具有对称性,即在平衡位置对称两段位移间运动的时间相等。 理解好对称性这一点对解决有关问题很有帮助。 4、简谐运动的周期性 5、简谐运动图象 简谐运动图象能够反映简谐运动的运动规律,因此将简谐运动图象跟具体运动过程联系起来是讨论简谐运动的一种好方法。 6、受迫振动与共振 (1)、受迫振动:物体在周期性驱动力作用下的振动,其振动频率和固有频率无关,等于驱动力的频率;受迫振动是等幅振动,振动物体因克服摩擦或其它阻力做功而消耗振动能量刚好由周期性的驱动力做功给予补充,维持其做等幅振动。 位移x 回复力F=-Kx 加速度a=-Kx/m 位移x 势能E p =Kx 2/2 动能E k =E-Kx 2/2 速度m E V K 2

(完整版)上海高中物理机械振动

机械振动 一、机械振动: 1、定义: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叫做机械振动。 例如:枝头上的小鸟飞离枝头时,树枝会发生振动;荡秋千时的来回运动; 人走路时,两只手臂会自然地、有节奏地前后摆动…… 2、机械振动主要特点:固定的“中心位置”即平衡位置;周期性的“往复运动”即周期性和往 复性;这也是判断物体是否做机械振动的依据。中心位置又称为平衡位置,即当物体不再做往复运动时,所最终停下来的位置。平衡位置是指运动过程中一个明显的分界点,一般是振动停止时静止的位置,并不是所有往复运动的中点都是平衡位置。存在平衡位置是机械运动的必要条件,有很多运动,尽管也是往复运动,但并不存在明显的平衡位置,所以并非机械振动。例如:拍皮球、人来回走动。 3、机械振动产生的条件:每当物体离开平衡位置就会受到回复力的作用且所受到的阻力足 够小。 二、简谐运动 1、弹簧振子——理想化模型 (1)概念:小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子,有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子。 (2)理性化模型的条件: ①弹簧的质量比小球小很多,可以认为质量集中于振子(小球)。 ②小球需体积很小,可当作质点处理。 ③忽略一切的摩擦及阻力作用。 ④小球从平衡位置拉开的位移在弹簧的弹性限度内。 2、回复力 有一种玩具狗,它的头部和尾部用较软的弹簧跟身体相连。如 果轻拍一下玩具狗,它便会不停地摇头晃尾起来,这就是弹簧 引起的机械振动。 如右图:当弹簧既不拉伸也不被压缩时,小球静止在杆上的O点, 这时小球所受合力为零。O点就是弹簧振子的平衡位置。 振子在平衡位置O点右侧时,有一个向左的力;在平衡位 置O点左侧时,有一个向右的力,这个力总是促使物体回 到平衡位置。 结论:物体做机械振动时,一定受到指向平衡位置的力,这个力的作用效果总能使物体回到中心位置,这个力叫回复力。回复力是根据力的效果命名的 思考:以下两种说法正确吗? 1、振动的物体始终受到回复力的作用;

高中物理-机械振动、机械波高考真题演练

高中物理-机械振动、机械波高考真题演练1.[·山东理综,38(1)](多选)如图, 轻弹簧上端固定,下端连接一小物块,物块沿竖直方向做简谐运动。以竖直向上为正方向,物块简谐运动的表达式为y=0.1sin(2.5πt)m。t=0时刻,一小球从距物块h高处自由落下;t=0.6 s时,小球恰好与物块处于同一高度。取重力加速度的大小g=10 m/s2。以下判断正确的是() A.h=1.7 m B.简谐运动的周期是0.8 s C.0.6 s内物块运动的路程是0.2 m D.t=0.4 s时,物块与小球运动方向相反 2.(·天津理综,3)图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,a、b 两质点的横坐标分别为x a=2 m和x b=6 m,图乙为质点b从该时刻开始计时的振动图象。下列说法正确的是() A.该波沿+x方向传播,波速为1 m/s B.质点a经4 s振动的路程为4 m C.此时刻质点a的速度沿+y方向

D.质点a在t=2 s时速度为零 3.(·北京理综,15) 周期为2.0 s的简谐横波沿x轴传播,该波在某时刻的图象如图所示,此时质点P沿y轴负方向运动,则该波() A.沿x轴正方向传播,波速v=20 m/s B.沿x轴正方向传播,波速v=10 m/s C.沿x轴负方向传播,波速v=20 m/s D.沿x轴负方向传播,波速v=10 m/s 4.(·四川理综,2)平静湖面传播着一列水面波(横波),在波的传播方向上有相距3 m的甲、乙两小木块随波上下运动,测得两小木块每分钟都上下30次,甲在波谷时,乙在波峰,且两木块之间有一个波峰。这列水面波() A.频率是30 Hz B.波长是3 m C.波速是1 m/s D.周期是0.1 s 5.(·福建理综,16)简谐横波在同一均匀介质中沿x轴正方向传播,波速为v。若某时刻在波的传播方向上,位于平衡位置的两质点a、b 相距为s,a、b之间只存在一个波谷,则从该时刻起,下列四幅波形图中质点a最早到达波谷的是()

2018机械振动和机械波专题复习

知识点一:振动图像(物理意义、质点振动方向)与波形图(物理意义、传播方向与振动方向),回复力、 位移、速度、加速度等分析 1.悬挂在竖直方向上的弹簧振子 , 周期为2 s,从最低点的位置向上运动时开始计时,它的振动图像如图所示,由图可知?( ) = s时振子的加速度为正,速度为正 = s时振子的加速度为负,速度为负 = s时振子的速度为零,加速度为负的最大值 = s时振子的速度为零,加速度为负的最大值 2.如图甲所示,一弹簧振子在A、B间做简谐运动,O为平衡位置,如图乙是振子做简谐运动时的位移-时间图像,则 关于振子的加速度随时间的变化规律,下列四个图像(选项)中正确的是?( ) 3.如图甲所示,水平的光滑杆上有一弹簧振子,振子以O点为平衡位置,在a、 b两点之间做简谐运动,其振动图象如图乙所示。由振动图象可以得知 A.振子的振动周期等于t1 B.在t=0时刻,振子的位置在a点 C.在t=t1时刻,振子的速度为零 D.从t1到t2,振子正从O点向b点运动 4.一简谐机械波沿x轴正方向传播,周期为T,波长为λ。若在x=0处质点的 振动图像如右图所示,则该波在t=T/2时刻的波形曲线为() 5.一列横波沿x轴正向传播,a、b、c、d为介质中沿波传播方向上四个质点的平衡位置。某时刻的波形如图1所示,此后,若经过3/4周期开始计时,则图2描述的是 处质点的振动图象处质点的振动图象 处质点的振动图象处质点的振动图象 A y t O T/2T A y x Oλ/2λ A y x Oλ/2λ A y x Oλ/2λ A y x Oλ/2λ

6.如图所示,甲图为一列简谐横波在t=时刻的波动图象,乙图为这列波上质点P 的振动图象,则该波 A .沿x 轴负方传播,波速为0.8m/s B .沿x 轴正方传播,波速为0.8m/s C .沿x 轴负方传播,波速为5m/s D .沿x 轴正方传播,波速为5m/s 7.如图所示是一列沿x 轴传播的简谐横波在某时刻的波形图。已知a 质点的运动状态总是滞后于b 质点,质点b 和质点c 之间的距离是5cm 。下列说法中正确的是 A .此列波沿x 轴正方向传播 B .此列波的频率为2Hz C .此列波的波长为10cm D .此列波的传播速度为5cm/s 8.一列向右传播的简谐横波在某一时刻的波形如图所示,该时刻,两个质量相同的质点P 、Q 到平衡位置的距离相等。关于P 、Q 两个质点,以下说法正确的是( ) A .P 较Q 先回到平衡位置 B .再经 4 1 周期,两个质点到平衡位置的距离相等 C .两个质点在任意时刻的动量相同 D .两个质点在任意时刻的加速度相同 9.在介质中有一沿水平方向传播的简谐横波。一质点由平衡位置竖直向上运动,经 s 到达最大位移处.在这段 时间内波传播了0.5 m 。则这列波( ) A .周期是 s B .波长是 m C .波速是2 m/s D .经 s 传播了8 m 10.如图所示,两列简谐横波分别沿x 轴正方向和负方向传播,两波源分别位于x=和x=处,两列波的速度大小均为v=0.4m/s ,两波源的振幅均为A=2cm 。图示为t=0时刻两列波的图象(传播方向如图所示),该时刻平衡位置位于x=0.2m 和x=0.8m 的P 、Q 两质点刚开始振动,质点M 的平衡位置处于x=0.5m 处。关于各质点运动情况的判断正确的是( ) A. t=0时刻质点P 、Q 均沿y 轴正方向运动 B. t=1s 时刻,质点M 的位移为-4cm C. t=1s 时刻,质点M 的位移为+4cm D. t=时刻,质点P 、Q 都运动到x= a b c O y /m x /cm x /10-1 m y /cm 0 -2 2 4 6 8 10 12 v 2 -2 v P Q M x /m y /m P t /s y /m

高中物理第十一章机械振动总结

高中物理第十一章 机械振动总结 一、机械振动: (一)简谐运动: 1、简谐运动的特征: 1)运动学特征:振动物体离开平衡位置的位移随时间按正弦规律变化 在振动中位移常指是物体离开平衡位置的位移 2)动力学特征:回复力的大小与振动物体离开平衡的位移成正比, 方向与位移方向相反(指向平衡位置) kx F -= ①回复力:使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力。 ②回复力是根据力的效果来命名的。 ③回复力的方向总是指向平衡位置。 ④回复力可以是物体所受的合外力,也可以是几个力的合力,也可以是一个力,或者某个力的分力。 ⑤由回复力产生的加速度与位移成正比,方向与位移方向相反x m k a -= ⑥证明一个物体是否是作简谐运动,只需要看它的回复力的特征 2、简谐运动的运动学分析: 1)简谐运动的运动过程分析: (1)常用模型:弹簧振子(其运动过程代表了简谐运动的过程) (2)运动过程: 简谐运动的基本过程是两个加速度减小的加速运动过程和两个加速度增大的减速运动过程 (3)简谐运动的对称性: 做简谐运动的物体在经过关于平衡位置对称的两点时,两处的加速度、速度、回复力大小相等 (大小相等、相等)。动能、势能相等(大小相等、

相等)。 2)表征简谐运动的物理量: (1)振幅:振动物体离开平衡位置的最大距离叫做振动的振幅。 ①振幅是标量。 ②振幅是反映振动强弱的物理量。 (2)周期和频率: ①振动物体完成一次全振动所用的时间叫做振动的周期。 ②单位时间内完成全振动的次数叫做全振动的频率。 它们的关系是T=1/f 。 在一个周期内振动物体通过的路程为振幅的4倍;在半个周期内振动物体通过的路程为振幅2倍;在1/4个周期内物体通过的路程不一定等于振幅 3)简谐运动的表达式:)sin(?ω+=t A x 4)简谐运动的图像: 振动图像表示了振动物体的位移随时间变化的规律。 反映了振动质点在所有时刻的位移。 从图像中可得到的信息: ①某时刻的位置、振幅、周期 ②速度:方向→顺时而去;大小比较→看位移大小 ③加速度:方向→与位移方向相反;大小→与位移成正比 3、简谐运动的能量转化过程: 1)简谐运动的能量:简谐运动的能量就是振动系统的总机械能。 ①振动系统的机械能与振幅有关,振幅越大,则系统机械能越大。 ②阻尼振动的振幅越来越小。 2)简谐运动过程中能量的转化: 系统的动能和势能相互转化,转化过程中机械能的总量保持不变。

机械振动和机械波知识点复习及总结要点

机械振动和机械波知识点复习 一机械振动知识要点 1.机械振动:物体(质点)在平衡位置附近所作的往复运动叫机械振动,简称振动 条件:a、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。b、阻力足够小。回复力:效果力——在振动方向上的合力平衡位置:物体静止时,受(合)力为零的位置:运动过程中,回复力为零的位置(非平衡状态)描述振动的物理量 位移x(m)——均以平衡位置为起点指向末位置 振幅A(m)——振动物体离开平衡位置的最大距离(描述振动强弱)周期T (s)——完成一次全振动所用时间叫做周期(描述振动快慢)全振动——物体先后两次运动状态(位移和速度)完全相同所经历的过程 频率f(Hz)——1s钟内完成全振动的次数叫做频率(描述振动快慢) 2.简谐运动 概念:回复力与位移大小成正比且方向相反的振动受力特征:运动性质为变加速运动从力和能量的角度分析x、F、a、v、EK、EP 特点:运动过程中存在对称性 平衡位置处:速度最大、动能最大;位移最小、回复力最小、加速度最小最大位移处:速度最小、动能最小;位移最大、回复力最大、加速度最大、EK同步变化;x、F、a、EP同步变化,同一位置只有v可能不同 3.简谐运动的图象(振动图象) 物理意义:反映了1个振动质点在各个时刻的位移随时间变化的规律可直接读出振幅A,周期T(频率f)可知任意时刻振动质点的位移(或反之)可知任意时刻质点的振动方向(速度方向)可知某段时间F、a等的变化 4.简谐运动的表达式: 5.单摆(理想模型)——在摆角很小时为简谐振动 回复力:重力沿切线方向的分力周期公式: l (T与A、m、θ无关——等时性) g 测定重力加速度g,g= 等效摆长L=L线+r 2 T 6.阻尼振动、受迫振动、共振

高中物理机械振动知识点与题型总结.doc

(一)机械振动 物体(质点)在某一中心位置两侧所做的往复运动就叫做机械振动,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。回复力是以效果命名的力,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:a、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。b、阻力足够小。 (二)简谐振动 1. 定义:物体在跟位移成正比,并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐振动。简谐振动是最简单,最基本的振动。研究简谐振动物体的位置,常常建立以中心位置(平衡位置)为原点的坐标系,把物体的位移定义为物体偏离开坐标原点的位移。因此简谐振动也可说是物体在跟位移大小成正比,方向跟位移相反的回复力作用下的振动,即F=-k x,其中“-”号表示力方向跟位移方向相反。 2. 简谐振动的条件:物体必须受到大小跟离开平衡位置的位移成正比,方向跟位移方向相反的回复力作用。 3. 简谐振动是一种机械运动,有关机械运动的概念和规律都适用,简谐振动的特点在于它是一种周期性运动,它的位移、回复力、速度、加速度以及动能和势能(重力势能和弹性势能)都随时间做周期性变化。 (三)描述振动的物理量,简谐振动是一种周期性运动,描述系统的整体的振动情况常引入下面几个物理量。 1. 振幅:振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离,常用字母“A”表示,它是标量,为正值,振幅是表示振动强弱的物理量,振幅的大小表示了振动系统总机械能的大小,简谐振动在振动过程中,动能和势能相互转化而总机械能守恒。 2. 周期和频率,周期是振子完成一次全振动的时间,频率是一秒钟内振子完成全振动的次数。振动的周期T跟频率f之间是倒数关系,即T=1/f。振动的周期和频率都是描述振动快慢的物理量,简谐振动的周期和频率是由振动物体本身性质决定的,与振幅无关,所以又叫固有周期和固有频率。 (四)单摆:摆角小于5°的单摆是典型的简谐振动。 细线的一端固定在悬点,另一端拴一个小球,忽略线的伸缩和质量,球的直径远小于悬线长度的装置叫单摆。单摆做简谐 振动的条件是:最大摆角小于5°,单摆的回复力F是重力在圆弧切线方向的分力。单摆的周期公式是T=。由公式可知单摆做简谐振动的固有周期与振幅,摆球质量无关,只与L和g有关,其中L是摆长,是悬点到摆球球心的距离。g是单摆所在处的重力加速度,在有加速度的系统中(如悬挂在升降机中的单摆)其g应为等效加速度。 (五)振动图象。 简谐振动的图象是振子振动的位移随时间变化的函数图象。所建坐标系中横轴表示时间,纵轴表示位移。图象是正弦或余弦函数图象,它直观地反映出简谐振动的位移随时间作周期性变化的规律。要把质点的振动过程和振动图象联系起来,从图象可以得到振子在不同时刻或不同位置时位移、速度、加速度,回复力等的变化情况。 (六)阻尼振动、受迫振动、共振。 简谐振动是一种理想化的振动,当外界给系统一定能量以后,如将振子拉离开平衡位置,放开后,振子将一直振动下去,振子在做简谐振动的图象中,振幅是恒定的,表明系统机械能不变,实际的振动总是存在着阻力,振动能量总要有所耗散,因此振动系统的机械能总要减小,其振幅也要逐渐减小,直到停下来。振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动,阻尼振动虽然振幅越来越小,但振动周期不变,振幅保持不变的振动叫无阻尼振动。 振动物体如果在周期性外力──策动力作用下振动,那么它做受迫振动,受迫振动达到稳定时其振动周期和频率等于策动力的周期和频率,而与振动物体的固有周期或频率无关。 物体做受迫振动的振幅与策动力的周期(频率)和物体的固有周期(频率)有关,二者相差越小,物体受迫振动的振幅越大,当策动力的周期或频率等于物体固有周期或频率时,受迫振动的振幅最大,叫共振。 【典型例题】 [例1] 一弹簧振子在一条直线上做简谐运动,第一次先后经过M、N两点时速度v(v≠0)相同,那么,下列说法正确的是() A. 振子在M、N两点受回复力相同 B. 振子在M、N两点对平衡位置的位移相同 C. 振子在M、N两点加速度大小相等 D. 从M点到N点,振子先做匀加速运动,后做匀减速运动 解析:建立弹簧振子模型如图所示,由题意知,振子第一次先后经过M、N两点时速度v相同,那么,可以在振子运动路径上确定M、N两点,M、N两点应关于平衡位置O对称,且由M运动到N,振子是从左侧释放开始运动的(若M点定在O点右侧,则振子是从右侧释放的)。建立起这样的物理模型,这时问题就明朗化了。

相关文档
最新文档