高考物理二轮复习专题五机械振动和机械波.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,专题五机械振动和机械波,典 例 赏 析,要 点 回 顾,复 习 指 南,目 录,专题五 机械振动和机械波,本专题主要是综合运用运动学、动力学和能的转化等方面的知识讨论两种常见的运动形式机械振动和机械波的特点和规律，以及它们之间的联系和区别.对于这两种运动，既要认识它们的共同点：运动的周期性；如振动物体的位移、速度、加速度、回复力、能量都呈周期性变化.更重要的是搞清它们的区别：振动研究的是一个质点的运动规律，而波动研究是波的传播方向上参与波动的一系列质点的运动规律.,复 习 指 南,返回目录,要 点 回 顾,1.,简谐振动：物体在跟,成正比，并且总指向,的回复力的作用下的振动，叫做简谐振动.,几个重要的物理量间的关系.简谐运动的物体在某一时刻（或某一位置）的位移,x,、回复力,F,、加速度,a,、速度,v,这四个矢量的相互关系.,由定义知：,F,x,，方向,.,由牛顿第二定律知：,F,a,，方向,.,由以上两条可知：,a,x,，方向,.,v,和,x,、,F,、,a,之间的关系最复杂：当,v,、,a,同向（即,v,、,F,同向，也就是,v,、,x,反向）时,v,一定,；当,v,、,a,反向（即,v,、,F,反向，也就是,v,、,x,同向）时，,v,一定,.,返回目录,专题五 机械振动和机械波,要 点 回 顾,2.,简谐运动的图象.简谐运动图象是一条正弦（或余弦）曲线，表示,的位移.它的意义好比用一台摄像机拍摄的录像带，能记录下一个人在不同时刻的活动情况.简谐振动的图象能直观地表示质点的运动情况：从图上可以直接读出振幅；从图上可以直接读出周期；可以确定任一时刻物体的位移，或由位移确定对应的时刻；可以判断任一时刻物体加速度的方向（总是指向平衡位置）和速度方向（斜率的正负即代表速度的正负）；可以通过图象判断一段时间内物体运动的速度、加速度、动能和势能的变化.,简谐运动的图象,振动质点的运动轨迹，图象反映了,.,简谐运动的周期性,体现在振动图象上是曲线的重复性.简谐运动是一种复杂的非匀变速运动,但运动的特点是具有简单的,、,返回目录,专题五 机械振动和机械波,要 点 回 顾,、,.所以用图象研究要比用方程更直观、,简便.简谐运动的图象随时间的增加将逐渐延伸，过去时刻的图形将永远不变，任一时刻图线上过该点切线的,数值代表该时刻振子的速度大小.正负表示速度的方向，正时沿,x,正向，负时沿,x,负向.,3.,弹簧振子,弹簧振子是理想化的模型，一个轻弹簧一端,拴一小球，组成一个弹簧振子.如图甲所示为一水,平弹簧振子，如图乙所示为一竖直弹簧振子.,水平的弹簧振子在光滑水平面上振动时所受,回复力是,.,竖直悬挂的弹簧振子在竖直平面内振动时回复力是,.,弹簧振子做自由振动时的周期由弹簧的劲度系数和振子的质量决定，与,无关.即：,T,.,返回目录,专题五 机械振动和机械波,甲 乙,要 点 回 顾,4.,单摆,单摆也是实际摆的一种物理模型，由一根上端固定,的细线和在下端悬挂一个可看成是质点的小球组成.,单摆的回复力是重力沿切向的分力，当摆角很小时，这个力为_,.,单摆做简谐振动时的周期由摆线的长度和摆所在的地理位置决定，与,无关(等时性)，与摆球的,无关，,T,（,5）.,5.,受迫振动：物体在驱动力（即周期性外力）作用下的振动叫受迫振动.受迫振动的频率等于,的频率，与物体的固有频率,关.受迫振动的振幅与驱动力频率和物体的固有频率有关：两者越接近，受迫振动的振幅,；两者相差越大受迫振动的振幅,.,当,时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振.,返回目录,专题五 机械振动和机械波,要 点 回 顾,6.,机械波：机械振动在介质中的传播过程叫机械波.产生条件是：,要有做机械振动的物体作为,；要有能够传播机械振动的,（相邻质点间存在相互作用力）.,机械波的传播性质：在同一种均匀介质中机械波的传播是_,的，波速、波长和频率之间满足公式：,；介质质点的运动是在各自的平衡位置附近的简谐运动，是_,运动，介质质点并,迁移；机械波转播的是,、,和,；机械波的频率由,决定，而传播速度由,决定.,机械波的传播规律：前带后，后跟前，运动状态向后传.即：各质点都做受迫振动，起振方向由,来决定，且其振动频率（周期）都,等于,的振动频率（周期），但离波源越远的质点振动,返回目录,专题五 机械振动和机械波,要 点 回 顾,越,.机械波传播的是波源的,和波源提供的,，而不是质点.,7.,机械波的图象：表示波的传播方向上，介质中的,位移.当波源做简谐运动时，它在介质中形成简谐波，其波动图象为正弦或余弦图象.,由波的图象可获取的信息：该时刻各质点的位移、质点振动的位移、波长,.若已知波速,v,的大小，可求频率,f,或周期,T,；若知频率,f,或周期,T,，可求波速的大小,v,；若知道波速的方向，可知各质点的运动方向.若已知波速的大小和方向，可画出后一时刻的波形图.波在介质中做匀速运动，,t,内各质点的运动形式沿波速方向传播,x,v,t,，即将原波形图沿波的传播方向平移,x,.,返回目录,专题五 机械振动和机械波,典 例 赏 析,例,1,如图所示,一质点在平衡位置,O,附近做简谐运,动，从它通过平衡位置开始计时，经0.13 s质点第一次,通过,M,点，再经过0.1 s第二次通过,M,点，则质点振动周期的可能值为,（）,A.0.24 s B.0.36 s C.0.54 s D.0.72 s,分析,质点振动周期共存在两种可能性.设质点从平衡位置,O,向右运动到,M,点，那么质点从,O,到,M,运动时间为0.13 s，再由,M,经最右端,A,返回,M,经历时间为0.1 s，如图甲所示.,另有一种可能就是,M,点在,O,点左方,如图乙所示,质点由,O,点经最右方,A,点后向左经过,O,点到达,M,点历,时0.13 s,再由,M,点向左经最左端,A,点返回,M,点历时,0.1 s.,返回目录,专题五 机械振动和机械波,图甲,图乙,解析,如图甲所示，可以看出,O,M,A,历时0.18 s，根据简谐运动的对称性，可得到：,T,1,40.18 s0.72 s,另一种可能如图乙所示，由,O,A,M,历时,t,1,0.13 s，由,M,A,历时,t,2,0.05 s.设,M,O,历时,t,，则4(,t,t,2,),t,1,2,t,2,t,.解得,t,0.01 s，则,T,2,4(,t,t,2,)0.24 s.,所以周期的可能值为0.72 s和0.24 s.,典 例 赏 析,答案,AD,返回目录,专题五 机械振动和机械波,拓展,有同学认为，因题中没有指出质点在,O,点的运动方向，所以还应考虑质点在,O,点向左运动的情形.你认为如何？,典 例 赏 析,返回目录,专题五 机械振动和机械波,点评,做简谐运动的物体在空间和时间,上具有对称性.如图所示，做简谐运动的物体以,O,为平衡位置，在,A,1,A,2,之间振动，,B,1,B,2,是振动过程中关于,O,点对称的两点，空间的对称性是指：,A,1,A,2,必关于,O,点对称；物体经过,B,1,、,B,2,两位置时，速率、动能、加速度大小相等.时间上的对称性是指：,A,1,O,与,A,2,O,、,OA,2,与,OA,1,所用时间相等，,A,1,B,1,与,A,2,B,2,、,B,2,A,2,与,B,1,A,1,所用时间相等，,B,1,O,与,B,2,O,、,OB,1,与,OB,2,时间相等.,变式练习1,如图所示,一轻质弹簧竖直放置,下端固定在水平面上,上端处于,a,位置,当一重球放在弹簧上端静止时,弹簧上端被压缩到,b,位置.现将重球（视为质点）从,c,位置沿弹簧中轴线自由下落,弹簧被重球压缩到最低位置,d,.以下关于重球运动过程的正确说法应是 （）,典 例 赏 析,返回目录,A.重球下落压缩弹簧由,a,至,d,的过程中，重球做减速运动,B.重球下落至,b,处获得最大速度,C.重球下落至,d,处获得最大加速度,D.由,a,至,d,过程中重球克服弹簧弹力做的功等于小球由,c,下落至,d,处时重力势能减少量,专题五 机械振动和机械波,例,2,劲度系数为20 N/cm的弹簧振子，它的,振动图象如图所示,在图中,A,点对应的时刻（）,A.振子所受的弹力大小为0.5 N，方向指向,x,轴的负方向,B.振子的速度方向指向,x,轴的正方向,C.在04 s内振子作了1.75次全振动,D.在04 s内振子通过的路程为0.35 cm，位移为0,典 例 赏 析,返回目录,分析,已知质点做简谐运动的位移及其变化规律,可由,F,kx,确定质点运动的回复力大小和方向,由振动图象某点切线的斜率可确定质点运动的速度大小和方向,可由运动的周期性确定运动的路程和位移.,解析,由图可知，,A,在,t,轴上方，位移,x,0.25 cm，所以弹力,F,kx,5 N，即弹力大小为5 N，方向指向,x,轴负方向，选项A不正确.,由图可知过,A,点作图线的切线,该切线与x轴的正方向的夹角小于90,切线斜率为正值,即振子的速度方向指向,x,轴的正方向,选项B正确.,由图可看出，,t,0、,t,4 s时刻振子的位移都是最大，且都在,t,轴的上方，在04 s内完成两次全振动，选项C错误.,由于,t,0时刻和,t,4 s时刻振子都在最大位移处,所以在04 s内振子的位移为零,又由于振幅为0.5cm,在04 s内振子完成了2次全振动,所以在这段时间内振子通过的路程为240.50 cm4 cm,故选项D错误.,专题五 机械振动和机械波,典 例 赏 析,返回目录,答案,B,点评,“振子在1个周期里通过4,A,的路程”是正确的结论，但不可随意推广.任意初位置的振子在1 个周期内通过的路程为4,A,；初位置是最大位移或平衡位置处的振子在1 个周期内通过的路程也为4,A,；质点在任意位置任意时间内通过的路程并非一定为 4,A,.,振动图象反映了振动物体的位移随时间变化的规律.从图象中可以知道：任一时刻质点的位移、振幅,A,、周期,T,；速度方向：由图线随时间的延伸就可以直接看出；加速度：加速度与位移的大小成正比，而方向总与位移方向相反，只要从振动图象中认清位移（大小和方向）随时间变化的规律，加速度随时间变化的情况就迎刃而解了.,对于振动图象的掌握，既要能根据振动情况画出振动图象，又要能将振动图象“翻译”成振动过程.,专题五 机械振动和机械波,典 例 赏 析,返回目录,变式练习2,如图中两单摆摆长相同，平衡时两摆球刚好,接触，现将摆球,A,在两摆线所在平面内向左拉开一小角度后释,放，碰撞后，两摆球分开各自做简谐运动，以,m,A,、,m,B,分别,表,示摆球,A,、,B,的质量，则 （）,A.如,m,A,m,B,，下一次碰撞将发生在平衡位置右侧,B.如果,m,A,m,B,，下一次碰撞将发生在平衡位置左侧,C.无论两摆球的质量之比是多少，下一次碰撞不可能在平衡位置右侧,D.无论两摆球的质量之比是多少，下一次碰撞不可能在平衡位置左侧,专题五 机械振动和机械波,典 例 赏 析,返回目录,例,3,一简谐横波在,x,轴上传播，在某时刻的波形如图所示.已知此时质点,F,的运动方向向下，则 （）,A.此波沿,x,轴负方向传播,B.质点,D,此时向下运动,C.质点,B,将比质点,C,先回到平衡位置,D.质点,E,的振幅为零,专题五 机械振动和机械波,分析,由质点,F,的运动方向可判定波的传播方向以及其它质点在这一时刻的运动方向.解答时应注意：波形图中所有质点都是始终振动着的.,解析,已知质点,F,向下振动,由微平移法可知此列波向左传播，质点,B,此时正向上运动，质点,D,向下运动，质点,C,比,B,先回到平衡位置.在此列波上所有振动质点的振幅都是相等的.故只有A、B选项正确.,典 例 赏 析,返回目录,答案,AB,点评,在波动问题中，已知质点的振动方向判定波的传播方向，或已知波的传播方向判定各质点的振动方向的方法有很多，如：,定义法：根据横波的定义，波的传播方。