高三物理专题复习攻略 第一部分专题一第四讲 机械振动　机械波课件 新人教版（重庆专用）

第四讲机械振动机械波第四讲机械振动机械波重点知识归纳重点知识归纳一、波动图象和振动图象的比较一、波动图象和振动图象的比较振动图象振动图象波动图象波动图象研究研究对象对象一振动质点一振动质点波传播方向上的波传播方向上的一系列质点一系列质点研究研究内容内容一质点位移随时一质点位移随时间的变化规律间的变化规律某时刻所有质点某时刻所有质点的空间分布规律的空间分布规律图象图象振动图象振动图象波动图象波动图象物理物理意义意义一质点在各时刻的一质点在各时刻的位移位移某时刻各质点的位某时刻各质点的位移移图象图象变化变化随时间推移图象延随时间推移图象延续，但已有形状不续，但已有形状不变变随时间推移，图象随时间推移，图象沿传播方向平移，沿传播方向平移，图象形状周期性变图象形状周期性变化化一完整一完整曲线曲线表示一个周期表示一个周期表示一个波长表示一个波长振动图象振动图象波动图象波动图象图象图象信息信息(1)振动周期振动周期(2)振幅振幅(3)各时刻质点位移各时刻质点位移(4)各时刻质点速度各时刻质点速度及加速度的方向及加速度的方向(1)波长、振幅波长、振幅(2)任意质点在此任意质点在此时刻的位移时刻的位移(3)任意质点在此任意质点在此时刻速度、加速度时刻速度、加速度方向方向(4)传播方向、振传播方向、振动方向的互判动方向的互判特别提醒：特别提醒：由由t时刻的振动图象画出时刻的振动图象画出tt时刻的振时刻的振动图象时，只需将图象向下延续动图象时，只需将图象向下延续t一段时间但一段时间但若由若由t时刻波形图画出时刻波形图画出tt时刻的波形图时，一般时刻的波形图时，一般有两种方法：有两种方法：(1)平移法：先算出经平移法：先算出经t时间波传播的距离时间波传播的距离xvt，再把波形沿波的传播方向平移再把波形沿波的传播方向平移x.当当x，即，即xnx时，可采取去整时，可采取去整(n)留零留零(x)的方法，只需的方法，只需平移平移x即可即可(2)特殊点法：在波形上找特殊点，如过平衡位置特殊点法：在波形上找特殊点，如过平衡位置的点或与它相邻的波峰和波谷等，判断出这些点的点或与它相邻的波峰和波谷等，判断出这些点经过经过t后的位置，画出相应的正弦曲线或余弦曲后的位置，画出相应的正弦曲线或余弦曲线即可线即可二、质点的振动方向和波的传播方向的互判方法二、质点的振动方向和波的传播方向的互判方法1微平移法微平移法2“上下坡上下坡”法法3逆向描迹法逆向描迹法4同侧法同侧法特别提醒：特别提醒：横坐标的物理意义是两种图象最明显横坐标的物理意义是两种图象最明显的区别，具体研究时要分清两坐标轴的单位和标的区别，具体研究时要分清两坐标轴的单位和标度度三、波的多解问题原因分析三、波的多解问题原因分析1波的空间周期性波的空间周期性2波的时间周期性波的时间周期性3波传播的双向性波传播的双向性4介质中两质点间的距离与波长关系的不确定介质中两质点间的距离与波长关系的不确定性性5波的对称性波的对称性3若两个波源振动总是反向的，在干涉区域若两个波源振动总是反向的，在干涉区域内振动加强和减弱的位置就正好颠倒过来内振动加强和减弱的位置就正好颠倒过来了在稳定的干涉区域内，振动加强点始终加了在稳定的干涉区域内，振动加强点始终加强，振动减弱点始终减弱强，振动减弱点始终减弱热点题型示例热点题型示例简谐运动的规律简谐运动的规律1简谐运动的两种模型：简谐运动的两种模型：弹簧振子和单摆弹簧振子和单摆2简谐振动的规律简谐振动的规律(1)方向规律：始终存在两个方向相反的关系方向规律：始终存在两个方向相反的关系(a与与x、F与与x)，且，且a、F的方向总是指向平衡位置的方向总是指向平衡位置(2)大小变化规律：物理量可划分为两个阵容大小变化规律：物理量可划分为两个阵容(x、a、F、Ep)与与(v、p、Ek)，在同一阵容内物理量大小变，在同一阵容内物理量大小变化的趋势总是相同，不同阵容间物理量大小变化的化的趋势总是相同，不同阵容间物理量大小变化的趋势总是相反趋势总是相反3简谐振动的特点简谐振动的特点(1)对称性：位移大小、速度大小、加速度大小、运对称性：位移大小、速度大小、加速度大小、运动时间关于平衡位置对称相等动时间关于平衡位置对称相等(2)守恒性：满足机械能守恒，振动中机械能的总量守恒性：满足机械能守恒，振动中机械能的总量保持不变保持不变(3)周期性：呈正周期性：呈正(余余)弦规律变化，其周期与振幅无弦规律变化，其周期与振幅无关，被称之为固有周期关，被称之为固有周期 (10分分)(2011年温州模拟年温州模拟)如图如图41为一为一弹簧振子的振动图象，试完成以下要求：弹簧振子的振动图象，试完成以下要求：图图41例例1(1)写出该振子简谐运动的表达式写出该振子简谐运动的表达式(2)在第在第2 s末到第末到第3 s末这段时间内弹簧振子的加速末这段时间内弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性势能各是怎样变化的？度、速度、动能和弹性势能各是怎样变化的？(3)该振子在前该振子在前100 s的总位移是多少？路程是多少？的总位移是多少？路程是多少？(2)由图可知，在由图可知，在t2 s时，振子恰好通过平衡位时，振子恰好通过平衡位置，此时加速度为零，随着时间的延续，位移值置，此时加速度为零，随着时间的延续，位移值不断加大，加速度的值也变大，速度值不断变小，不断加大，加速度的值也变大，速度值不断变小，动能不断减小，弹性势能逐渐增大当动能不断减小，弹性势能逐渐增大当t3 s时，时，加速度的值达到最大，速度等于零，动能等于零，加速度的值达到最大，速度等于零，动能等于零，弹性势能达到最大值弹性势能达到最大值(6分分)(3)振子经一周期位移为零，路程为振子经一周期位移为零，路程为54 cm20 cm，前前100 s刚好经过了刚好经过了25个周期，所以前个周期，所以前100 s振子位振子位移移s0，(8分分)振子路程振子路程s2025 cm500 cm5 m(10分分)强化训练强化训练1(2011年高考上海卷年高考上海卷)两个相同的单两个相同的单摆静止于平衡位置，使摆球分别以水平初速摆静止于平衡位置，使摆球分别以水平初速v1、v2(v1v2)在竖直平面内做小角度摆动，它们的在竖直平面内做小角度摆动，它们的频率与振幅分别为频率与振幅分别为f1，f2和和A1，A2，则，则()Af1f2，A1A2Bf1A2 Df1f2，A1A2解析：选解析：选C.单摆的频率由摆长决定，摆长相等，单摆的频率由摆长决定，摆长相等，频率相等，所以频率相等，所以A、B错误；由机械能守恒，小错误；由机械能守恒，小球在平衡位置的速度越大，其振幅越大，所以球在平衡位置的速度越大，其振幅越大，所以C正确，正确，D错误错误波动图象和振动图象波动图象和振动图象两种图象的综合判断是高考考查的热点，处理此两种图象的综合判断是高考考查的热点，处理此类问题一般要注意两点：类问题一般要注意两点：1首先要根据横坐标来区分，质点的振动图象和首先要根据横坐标来区分，质点的振动图象和波的图象波的图象2由波的图象找出振动图象对应质点的位置，再由波的图象找出振动图象对应质点的位置，再由振动图象确定波的图象对应时刻质点的运动方由振动图象确定波的图象对应时刻质点的运动方向，对应时刻和对应质点是联系点向，对应时刻和对应质点是联系点例例2 (2011年高考重庆卷年高考重庆卷)介质中坐标原点介质中坐标原点O处处的波源在的波源在t0时刻开始振动，产生的简谐波沿时刻开始振动，产生的简谐波沿x轴轴正向传播，正向传播，t0时刻传到时刻传到L处，波形如图处，波形如图42所所示下列能描述示下列能描述x0处质点振动的图象是处质点振动的图象是()图图42图图43【解析】由波动图象可知【解析】由波动图象可知t0时时x0处质点正向下振处质点正向下振动，下一时刻质点纵坐标将减小，排除动，下一时刻质点纵坐标将减小，排除B、D选选项项x0处质点开始振动时的振动方向向下，故选项处质点开始振动时的振动方向向下，故选项A错误，选项错误，选项C正确正确【答案】【答案】C图图44Aa处质点的振动图象处质点的振动图象 Bb处质点的振动图象处质点的振动图象Cc处质点的振动图象处质点的振动图象 Dd处质点的振动图象处质点的振动图象波的多解问题的计算波的多解问题的计算例例3 (2011年镇江模拟年镇江模拟)如图如图45实线是某时刻实线是某时刻的波形图象，虚线是经过的波形图象，虚线是经过0.2 s时的波形图象求：时的波形图象求：图图45(1)波传播的可能距离；波传播的可能距离；(2)可能的周期可能的周期(频率频率)；(3)可能的波速；可能的波速；(4)若波速是若波速是35 m/s，求波的传播方向；，求波的传播方向；(5)若若0.2 s小于一个周期时，传播的距离、周期小于一个周期时，传播的距离、周期(频频率率)、波速、波速【解析解析】(1)波的传播方向有两种可能：向左传播波的传播方向有两种可能：向左传播或向右传播向左传播时，传播的距离为或向右传播向左传播时，传播的距离为xn3/4(4n3)m(n0、1、2)向右传播时，传播的距离为向右传播时，传播的距离为xn/4(4n1)m(n0、1、2)(2)向左传播时，传播的时间为向左传播时，传播的时间为tnT3T/4得：得：T4t/(4n3)0.8/(4n3)(n0、1、2)向右传播时，传播的时间为向右传播时，传播的时间为tnTT/4得：得：T4t/(4n1)0.8/(4n1)(n0、1、2)(3)计算波速，有两种方法：计算波速，有两种方法：vx/t或或v/T向左传播时，向左传播时，vx/t(4n3)/0.2(20n15) m/s.(5)若若0.2 s小于一个周期，说明波在小于一个周期，说明波在0.2 s内传播内传播的距离小于一个波长则：向左传播时，传播的距离小于一个波长则：向左传播时，传播的距离的距离x3/43 m；传播的时间；传播的时间t3T/4得：得：周期周期T0.267 s；波速；波速v15 m/s.向右传播时，传播的距离为向右传播时，传播的距离为/41 m；传播的；传播的时间时间tT/4得：周期得：周期T0.8 s；波速；波速v5 m/s.【答案答案】见解析见解析强化训练强化训练3(2010年高考福建卷年高考福建卷)一列简谐横波一列简谐横波在在t0时刻的波形如图中的实线所示，时刻的波形如图中的实线所示，t0.02 s时刻的波形如图时刻的波形如图46中虚线所示若该波的周中虚线所示若该波的周期期T大于大于0.02 s，则该波的传播速度可能是，则该波的传播速度可能是()图图46A2 m/sB3 m/sC4 m/s D5 m/s知能优化训练知能优化训练本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放