高中物理知识点总结课件：选修3-4-机械振动机械波

一、简谐运动1．定义物体在跟偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力的作用下的运动，叫简谐运动．2．简谐运动的描述(1)描述简谐运动的物理量①位移x：由________指向________的有向线段表示振动位移，是矢量．②振幅A：振动物体离开平衡位置的________，是标量，表示振动的强弱．③周期T和频率f：物体完成________所需的时间叫周期，而频率则等于单位时间内完成________，它们是表示振动快慢的物理量．二者互为倒数关系．(2)简谐运动的表达式x＝Asin(ωt＋φ)(3)简谐运动的图象①物理意义：表示振子的位移随时间变化的规律，为正弦(或余弦)曲线．②从平衡位置开始计时，函数表达式为x＝Asinωt，图象如左下图．从最大位移处开始计时，函数表达式为x＝Acosωt，图象如右上图．③从图象上可以获得的信息：可以读取振子在某一时刻相对于平衡位置的位移大小；振子的振幅(唯一的最大值)；周期(振子完成一次全振动所用的时间)；可以判断某一时刻振动物体的速度方向和加速度方向，以及它们的大小变化趋势．3．简谐运动的能量简谐运动过程中动能和势能相互转化，机械能守恒，振动能量与________有关，________越大，能量越大．二、简谐运动的两种基本模型弹簧振子(水平)单摆模型示意图条件忽略弹簧质量、无摩擦等阻力细线不可伸长、质量忽略、无空气等阻力、摆角很小平衡位置弹簧处于原长处最低点弹簧振子(水平)单摆回复力弹簧的弹力提供摆球重力沿与摆线重直(即切向)方向的分力周期公式T＝2πmk(不作要求)T＝2πlg能量转化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三、受迫振动和共振1．受迫振动：物体在________作用下的振动．做受迫振动的物体，它的周期或频率等于________的周期或频率，而与物体的固有周期或频率________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________时，振幅达到最大，这就是共振现象．共振曲线如图所示．四、机械波1．定义：________在介质中的传播形成机械波．2．产生条件：一是要有做机械振动的物体作为________，二是要有能够传播机械振动的________．3．机械波的分类(1)横波：质点的振动方向与传播方向________，凸起的最高处叫________，凹下的最低处叫________．(2)纵波：质点的振动方向与传播方向在________，质点分布最密的位置叫________，质点分布最疏的位置叫________．4．描述机械波的物理量(1)波长λ：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻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________决定，无论在什么介质中传播，波的频率都________．(3)波速v：单位时间内振动向外传播的距离．波速的大小由________决定．波速与波长和频率的关系：________.五、横波的图象如图所示为一横波的图象．纵坐标表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的________，横坐标表示在波的传播方向上各个质点的________．它反映了在波传播的过程中，某一时刻介质中各质点的位移在空间的分布．简谐波的图象为________曲线．六、波的衍射和干涉1．衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象．产生明显衍射现象的条件是：____________.2．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干扰，只是在重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的________．3．干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动________，某些区域的振动________，这种现象叫做波的干涉．产生稳定的干涉现象的必要条件：________.干涉和衍射是波所特有的现象．答案：一、2.(1)①平衡位置振动质点所在位置②最大距离③一次全振动全振动的次数3.振幅振幅三、1.周期性驱动力驱动力无2.相等四、1.机械振动2.波源介质3.(1)相互垂直波峰波谷(2)同一直线上密部疏部4．(2)波源不变(3)介质v＝λf五、位移平衡位置正弦(或余弦)六、1.障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多2.矢量和3.加强减弱两列波的频率相同(1)l——等效摆长：摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离．如图(甲)所示的双线摆的摆长l＝r＋Lcosα；(乙)图中小球在半径为R的光滑圆槽靠近A点振动，其等效摆长为l＝R.(2)g——等效重力加速度：与单摆所处物理环境有关．②单摆处于超重或失重状态下的等效重力加速度分别为g＝g0＋a、g＝g0－a.①在不同星球表面：g＝GMr2；振动类型项目自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力周期性驱动力作用周期性驱动力作用振动周期或频率由系统本身性质决定，即固有周期或固有频率由驱动力的周期或频率决定，即T＝T驱或f＝f驱T驱＝T固或f驱＝f固振动能量振动物体的机械能不变由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆(θ5°)机械工作时底座发生的振动共振筛、转速计等已知波的传播方向，由图象可知各质点的振动方向；若已知某质点此时刻的振动方向，由图象可知波的传播方向．常用方法有：方法1：上下坡法：沿波的传播方向看，“上坡”的质点向下振动；“下坡”的质点向上振动，简称“上坡下，下坡上”(如图甲所示)．方法2：同侧法：在波的图象上某一点，沿纵轴方向画出一个箭头表示质点的振动方向，并设想在同一点沿水平方向画个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧(如图乙所示)．方法3：平移法：将波沿波的传播方向做微小移动，Δx＝vΔtλ4，如图丙中虚线所示，则可判断P点沿y正方向运动了．振动图象波的图象研究对象一振动质点沿波传播方向的所有质点图象意义一质点位移随时间的变化规律某时刻所有质点相对平衡位置的位移图象特点振动图象波的图象图象信息质点振动周期、振幅、各时刻的位移、速度、加速度(包括大小和方向)波长、振幅、任意一质点此刻的位移、任意一质点在该时刻的加速度方向图象变化随时间推移图象延续，但已有形状不变随时间推移，图象沿传播方向平移一完整曲线对应横坐标一个周期一个波长波动问题的一个显著特点是多解性，出现多解的原因主要有以下几点：1．波的空间周期性沿波的传播方向相距波长整数倍的各质点振动情况完全相同，因此在同一波形图上，某一振动状态(位移、速度等)会不断地重复出现，这就是波的空间周期性．2．波的时间周期性由于经过周期整数倍的时间(即t′＝t＋nT)各质点的振动情况(位移、速度、加速度等)与它在t时刻的振动情况完全相同，因此t时刻的波形在t′＝t＋nT时刻必然重复出现，这就是波的时间周期性．由于机械波的空间、时间的周期性必然导致波的传播距离、时间和速度等物理量出现多值，这三个物理量可分别表示为x＝nλ＋Δx，t＝kT＋Δtv＝xt＝nλ＋ΔxkT＋Δt(n＝0,1,2，…；k＝0,1,2，…)若x与λ或t与T有约束关系，则有有限个解或惟一解．3．波传播的双向性在一维的条件下，机械波既可以向x轴正方向传播，又可以向x轴负方向传播，这就是波传播的双向性．波沿正负两个方向传播的最短时间之和为一个周期、最短距离之和为一个波长．即Δt左＋Δt右＝T，Δx左＋Δx右＝λ.如图所示，实线为t时刻波形，虚线为t＋Δt时刻波形．4．介质中两质点间距离与波长关系的不确定性已知两质点平衡位置间的距离及某时刻它们所在的位置，由于波的空间周期性，则两质点间存在多种可能波形．做这类题，可据题意在两质点间先画出最简波形，然后再做一般分析，从而写出两质点间的距离与波长关系的通式．；道：“快些快些！别想着换字。这联令么，令主当然是要挖陷阱的，你就算掉进去，也别埋怨，认输就算了。”宝音不认输：“古泉惜书。”只要自己解释得通，已顾不上同他怎么对了。明柯笑笑道：“方晓谁怜月。”宝音暗暗松口气：“古泉我惜书。”明柯一口气给两字，结了全联：“东方欲晓谁怜月。”宝音筹划半天，也无可奈何了：“中古流泉我惜书。”实在将通未通。明柯倒是很欣赏的样子：“妹妹你联得这样好！”“真的？”宝音自己把成联左看右看，“哪里见得好？”“这是联令耶！你想如何？联成这样就已经很不错了！”“哦？”宝音狐疑问道，“那一次，五哥你又联成了什么样？”“我么？”明柯苦着脸道，“夜始出更友爱楼。”宝音“噗哧”一笑。“联令么，就是要勇于发出最后的声音，总比中途滑脚掉队的那些好罢？”明柯捧宝音作品而去，“你不信，我去叫他们看看。瞧他们是夸你还是贬你！”明柯去得快，回来的也快，当晚便啧啧道：“我说什么来着？他们瞧见这个，都惊为天人，死活不信是即席联的，更不信是闺阁弱女——”“什么？你说了是我写的？！”宝音大惊。“没有没有！所以我的意思嘛是，若我说了是闺阁中小姑娘写的，他们更不信了！”明柯把话圆了回来，“唉，我妹妹明明写得这样好，我却不能炫耀，真是可惜。”宝音垂头：“五哥哥……”明柯道：“哎？”“你有办法带我去那个文会不能呢？”宝音期期艾艾，“你说……你先前说，我穿成男装……”这本是明柯的目的。他估计他的笙妹妹拒绝不了这份诱惑，但还是推三阻四，摆足架子，才牙一咬答应了！“明天，你得空不？”不得空也要得啊！宝音第二天，只推晚上太用功，熬了夜，精力不济，午后要休憩，掩了门，床上堆个被卷子，梳个男童女童通用的总角丫髻，便出来找明柯。明柯也是逃学溜家惯常了的主儿，三下五除二把宝音倒腾出去了，寻个稳妥房间，拿一包文童的衣袍给宝音换，尺码倒是合适，他自己在外头给宝音把门。宝音换是换了，觉得还是要给明柯提个醒，出来道：“洛月知道我要跟你出来，吓得跟什么似的，我都恨不得把她打晕了，免得她拦我。你说她烦不烦？”言下之意，家里还是有人知道我跟你出来的，五少爷你别做得太过火，譬如把我卖到窑子里什么的，家里不把你绑到祖宗牌位前分了你的尸！明柯有劣迹在前，宝音不得不防他。明柯“哦”了一声，似乎听了进去，又似乎没有，却对宝音惊叹道：“打扮起来真不错！”宝音满脸都是：“我有打扮吗？咦！”明柯一笑：“算了。”这里没有落地的穿衣镜，没法叫她看见自己。简简单单青六云袄子，蓝绫子裤儿，甜鞋净袜，漂亮的头发只以最普通的黑丝发带扎起，脂粉洗净，眼眸清澈如秋季的