2018年高二物理上学期重点知识突破
14页1、1 2018 年高二物理上学期重点知识突破年高二物理上学期重点知识突破 机械振动和机械波 考点指要 知 识 点要求程度 1.弹簧振子,简谐运动,简谐运动的振幅、周期和频率,简谐运动的图象. 2.单摆.在小振幅条件下,单摆做简谐运动.周期公式. 3.振动中的能量转化.简谐运动中机械能守恒. 4.自由振动和受迫振动,受迫振动的振动频率.共振及其常见的应用. 5.振动在介质中的传播波.横波和纵波.横波的图象.波长、频率和波速的关系. 6.波的反射和折射. 7.波的叠加.波的干涉、衍射现象. 8.声波 9.超声波及其应用 10.多普勒效应 知识聚焦 一、机械振动 1.机械振动的意义 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. 回复力:振动物体所受的总是指向平衡位置的合外力.它是根据作用效果命名的,类似于向心力. 2.描述振动的物理量 (1)位移 x:由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段,是矢量. (2)振幅 A:振动物体离开平衡位置的最大距离,是标量.表示振动的强弱. (3)周期 T 和频率 f:物体完成一次全振动所需的时间叫周期,而频率则等于单位时间内完成全振动的次数. 它
2、们是表示振动快慢的物理量.二者互为倒数关系: T. 当和 f 是由振动系统本身的性质决定时(非受迫振动),则叫做固有周期和固有频率. 二、简谐运动 1.简谐运动的特征 物体在跟位移大小成正比,并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动. (1)受力特征: 回复力 Fkx. (2)运动特征: 加速度 akx/m,方向与位移方向相反,总指向平衡位置.简谐运动是一种变加速运动.在平衡位置时,速 度最大,加速度为零;在最大位移处,速度为零,加速度最大. 判断一个振动是否为简谐运动,依据就是看它是否满足上述受力特征或运动特征. (3)振动能量:对于两种典型的简谐运动单摆和弹簧振子,其振动能量与振幅有关,振幅越大,能量越 大.简谐运动过程中动能和势能相互转化,机械能守恒. (4)物体做简谐运动时,其位移、回复力、加速度、速度等矢量都随时间做周期性变化,它们的变化周期 就是简谐运动的周期 T.物体的动能和势能也随时间周期性变化,其变化周期为 T. 2.单摆 (1)单摆:在一条不可伸长、忽略质量的细线下端拴一可视为质点的小球,上端固定,构成的装置叫单摆. (2)单摆振动可看作简谐运动的条件:摆角 10
3、2 (3)周期公式:T=2 其中摆长 l 指悬点到小球重心的距离,重力加速度为单摆所在处的测量值. (4)单摆的等时性:在振幅很小的条件下,单摆的振动周期跟振幅无关.(单摆的振动周期跟振子的质量也 没关系) (5)单摆的应用: A.计时器(摆钟是靠调整摆长而改变周期,使摆钟与标准时间同步) B.测重力加速度:g=. 3.简谐运动的图象 (1)如图 711 所示为一弹簧振子做简谐运动的图象.它反映了振子的位移随时间变化的规律,而其轨迹并 非正弦曲线. 图 711 (2)根据简谐运动的规律,利用该图象可以得出以下判定: 振幅 A、周期 T 以及各时刻振子的位置. 各时刻回复力、加速度、速度、位移的方向. 某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况. 某段时间内振子的路程. 三、受迫振动和共振 1.受迫振动:物体在周期性驱动力作用下的振动.做受迫振动的物体,它的周期或频率等于驱动力的周期或频 率,而与物体的固有周期或频率无关. 2.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. 疑难解析 1.弹簧振子的周
4、期和频率只取决于弹簧的劲度系数和振子的质量,与其放置的环境和放置的方式无任何关系. 如某一弹簧振子做简谐运动时的周期为 T,不管把它放在地球上、月球上还是卫星中;是水平放置、倾斜放 置还是竖直放置;振幅是大还是小,只要还是该振子,那么它的周期就还是 T. 2.单摆的周期公式 T2 是惠更斯从实验中总结出来的.单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡 位置的分力,偏角越大回复力越大,加速度(gsin)越大,由于摆球的轨迹是圆弧,所以除最高点外,摆球 的回复力并不等于合外力.在有些振动系统中 l 不一定是绳长,g 也不一定为 9.8 m/s2,因此出现了等效摆长 和等效重力加速度的问题. (1)等效摆长:在图 712 中,三根等长的绳 l1、l2、l3 共同系住一密度均匀的小球 m,球直径为 d.l2、l3 与天花板的夹角 30.若摆球在纸面内做小角度的左右摆动,则摆动圆弧的圆心在 O1 处,故等效摆长 为 l1,周期 T12;若摆球做垂直纸面的小角度摆动,则摆动圆弧的圆心在 O 处,故等效摆长为 l1l2sin,周期 T22. 图 712 (2)等效重力加速度:公式中的 g 由单摆所
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