简谐运动和机械波
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机械振动考点一简谐运动的描述与规律1. 机械振动:物体在平衡位置附近所做的往复运动,简称振动。
回复力是指振动物体所受的总是指向平衡位置的合外力。
回复力是产生振动的条件,它使物体总是在平衡位置附近振动。
它属于效果力,其效果是使物体再次回到平衡位置。
回复力可以是某一个力,也可以是几个力的合力或某个力的分力。
平衡位置是指物体所受回复力为零的位置!2. 简谐运动: 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。
简谐运动属于最简单、最基本的振动形式,其振动过程关于平衡位置对称,是一种周期性的往复运动。
例如弹簧振子、单摆。
注: (1)描述简谐运动的物理量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,它表示振动的强弱.③周期T 和频率f:物体完成一次全振动所需的时间叫做周期,而频率则等于单位时间内完成全振动的次数.它们是表示振动快慢的物理量,二者互为倒数关系:T=1/f.(2) 简谐运动的表达式①动力学表达式:F =-kx,其中“-”表示回复力与位移的方向相反.②运动学表达式:x=Asin (ωt+φ),其中A 代表振幅,ω=2πf 表示简谐运动的快慢,(ωt+φ)代表简谐运动的相位,φ叫做初相.(可借助于做匀速圆周运动质点在水平方向的投影理解)(3) 简谐运动的运动规律回复力、加速度增大速度、动能减小①变化规律:位移增大时机械能守恒势能增大振幅、周期、频率保持不变注意:这里所说的周期、频率为固有周期与固有频率,由振动系统本身构造决定。
振幅是反映振动强弱的物理量,也是反映振动系统所具备能量多少的物理量。
②对称规律:I 、做简谐运动的物体,在关于平衡位置对称的两点,回复力、位移、加速度具有等大反向的关系,另外速度的大小、动能具有对称性,速度的方向可能相同或相反.II 、振动物体来回通过相同的两点间的时间相等,如t BC=t CB;振动物体经过关于平衡位置对称的等长的两线段的时间相等,如t BC=t B′C′,③运动的周期性特征:相隔T 或nT 的两个时刻振动物体处于同一位置且振动状态相同. 注意:做简谐运动的物体在一个周期内的路程大小一定为4A,半个周期内路程大小一定为2A ,四分之一个周期内路程大小不一定为 A 。
物理中的机械振动知识点解析及解题技巧机械振动是物理学中的重要分支,研究物体在平衡位置附近做微小振幅周期性运动的规律。
在本文中,我们将对机械振动的知识点进行解析,并介绍一些解题技巧。
一、简谐振动简谐振动是理想化的机械振动模型,它假设振动系统没有能量损耗,且恢复力与位移成正比。
简谐振动的典型例子包括弹簧振子和摆锤等。
解析公式:1. 位移公式:x(t) = A*cos(ωt+φ),其中A为振幅,ω为角频率,t为时间,φ为初相位。
2. 速度公式:v(t) = -A*ω*sin(ωt+φ)。
3. 加速度公式:a(t) = -A*ω²*cos(ωt+φ)。
解题技巧:1. 周期与频率的关系:T = 1/f,其中T为周期,f为频率。
2. 角频率与频率的关系:ω = 2πf。
3. 振动的周期和频率与弹簧的劲度系数和质量有关:T = 2π√(m/k),其中m为质量,k为劲度系数。
二、阻尼振动阻尼振动是指振动系统中存在有能量消耗的情况下的振动现象。
根据阻尼的不同,可以分为无阻尼振动、欠阻尼振动和过阻尼振动。
解析公式:1. 无阻尼振动的位移公式:x(t) = A*cos(ωnt + φ),其中A为振幅,ωn为自然角频率,t为时间,φ为初相位。
2. 欠阻尼振动的位移公式:x(t) = A*e^(-βt)*cos(ωdt + φ)。
3. 过阻尼振动的位移公式:x(t) = A1*e^((-β1)t) + A2*e^((-β2)t),其中A1、A2为常数,β1、β2为自然频率。
解题技巧:1. 阻尼比:ζ = β/ωn,其中β为阻尼常数,ωn为自然角频率。
2. 衰减因子:η = e^(-βt)。
三、受迫振动受迫振动是指振动系统在受到外力作用下的振动现象。
当外力频率等于振动系统的固有频率时,会出现共振现象。
解析公式:1. 受迫振动的位移公式:x(t) = X*cos(ωt-δ),其中X为振幅,ω为外力角频率,t为时间,δ为初相位差。
高考物理知识点之机械振动与机械波考试要点基本概念一、简谐运动的基本概念1.定义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,叫简谐运动。
表达式为:F= -kx(1)简谐运动的位移必须是指偏离平衡位置的位移。
也就是说,在研究简谐运动时所说的位移的起点都必须在平衡位置处。
(2)回复力是一种效果力。
是振动物体在沿振动方向上所受的合力。
(3)“平衡位置”不等于“平衡状态”。
平衡位置是指回复力为零的位置,物体在该位置所受的合外力不一定为零。
(如单摆摆到最低点时,沿振动方向的合力为零,但在指向悬点方向上的合力却不等于零,所以并不处于平衡状态)(4)F=-kx是判断一个振动是不是简谐运动的充分必要条件。
凡是简谐运动沿振动方向的合力必须满足该条件;反之,只要沿振动方向的合力满足该条件,那么该振动一定是简谐运动。
2.几个重要的物理量间的关系要熟练掌握做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。
(1)由定义知:F∝x,方向相反。
(2)由牛顿第二定律知:F ∝a ,方向相同。
(3)由以上两条可知:a ∝x ,方向相反。
(4)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 一定增大;当v 、a 反向(即 v 、 F 反向,也就是v 、x 同向)时,v 一定减小。
3.从总体上描述简谐运动的物理量振动的最大特点是往复性或者说是周期性。
因此振动物体在空间的运动有一定的范围,用振幅A 来描述;在时间上则用周期T 来描述完成一次全振动所须的时间。
(1)振幅A 是描述振动强弱的物理量。
(一定要将振幅跟位移相区别,在简谐运动的振动过程中,振幅是不变的而位移是时刻在改变的)(2)周期T 是描述振动快慢的物理量。
(频率f =1/T 也是描述振动快慢的物理量)周期由振动系统本身的因素决定,叫固有周期。
『题型解析』【例题2】试证明竖直方向的弹簧振子的振动是简谐运动】试证明竖直方向的弹簧振子的振动是简谐运动类型题: 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接关系【例题】弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动,在振子向平衡位置运动的过程中:( ) A .振子所受的回复力逐渐增大.振子所受的回复力逐渐增大B .振子的位移逐渐增大.振子的位移逐渐增大C .振子的速度逐渐减小.振子的速度逐渐减小D .振子的加速度逐渐减小。
.振子的加速度逐渐减小。
【例题】有一弹簧振子做简谐运动,则(【例题】有一弹簧振子做简谐运动,则( )A .加速度最大时,速度最大.加速度最大时,速度最大B .速度最大时,位移最大.速度最大时,位移最大C .位移最大时,回复力最大.位移最大时,回复力最大D .回复力最大时,加速度最大.回复力最大时,加速度最大类型题: 必须弄清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。
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。
理解好对称性这一点对解决有关问题很有帮助。
【例题】如图所示。
弹簧振子在振动过程中,振子经a 、b 两点的速度相同,若它从a 到b 历时0.2s ,从b 再回到a 的最短时间为0.4s ,则该振子的振动频率为:( ) A 、1Hz; B 、1.25Hz; C 、2Hz; D 、2.5Hz 。
【例题】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)从高于位置的c 位置沿弹簧中轴线自由下落,位置沿弹簧中轴线自由下落,弹簧被重球压缩到最低位置弹簧被重球压缩到最低位置d 。
专题十七 简谐运动和机械波重点难点1.简谐运动特点 ①研究简谐运动,通常以平衡位置为坐标原点.②对称性:在振动轨迹上关于平衡位置对称的两点,位移、回复力、加速度等大反向;速度等大,方向可能相同,也可能相反;动能、速率等大;振动质点从平衡位置开始第一次通过这两点所用的时间相等.③周期性:简谐运动是周期性运动,其位移、速度、加速度、回复力、动能和势能都随时间作周期性变化.2.振动图象振动图象反映的是一个质点的位移随时间的变化规律,由图象可直接读出振幅、周期和任意时刻的运动方向.由于振动的周期性和非线性,在从任意时刻开始计时的一个周期内或半周期内,质点运动的路程都相等(分别为4A 和2A ),但从不同时刻开始计时的四分之一周期内,质点运动的路程是不一定相等的.3.单摆 ①单摆周期与高度关系设地球质量为M 时,半径为R ,地球表面的重力加速度为g 0.离地面高h 处重力加速度为g ,单摆的质量为m ,忽略地球自转的影响,则有022,()GM GM g g R R h ==+ 因此可得单摆在高为h 处的周期T 与地面处周期T 0的关系为R h R g g T T +==00 或 020g L R h R R h R T T +=+=π ②单摆周期与不同行星的关系把单摆分别置于质量为M 1、M 2,半径为R 1、R 2的两行星表面上,其周期分别为T 1和T 2,重力加速度分别为g 1、g 2,忽略行星自转影响,则有22122111,R GM g R GM g ==, 2121221)(M M R R g g ⋅= 4.波动过程具有时间和空间的周期性介质在传播振动的过程中,介质中每一个质点相对于平衡位置的位移随时间作周期性变化,这体现了时间的周期性;另一方面,每一时刻,介质中沿波传播方向上各个质点的空间分布具有空间周期性.如相距波长整数倍的两个质点振动状态相同,即它们在任一时刻的位移、速度及相关量均相同;相距半波长奇数倍的两个质点振动状态相反,即它们在任一时刻的位移、速度及相关量均相反.5.有关波的图象的计算①计算的主要依据有:υ==T =λ·f 及Δx =υ·Δt ,式中Δx 为Δt 时间内波沿传播方向传播的距离.②计算的关键是确定波传播的距离Δx 与λ的关系,Δt 与T 的关系.求Δx 方法之一是在图象中用平移波形来表示.若知道t 1、t 2两时刻的波形,将t 1时刻的波形沿传播方向平移.直到与t 2时刻的波形重合,设平移的距离最少为ΔL ,则Δx =n λ+ΔL(注意:当不知传播方向时,t 1时的波形可能向两个方向移动,Δx 有二解).③双向性与重复性是波的两个基本特征,这两个特征决定了波问题通常具有多解性.为了准确地表达波的多解性,通常先写出含有“n ”或“k ”的通式,再结合所需要的特解,这样可有效地防止漏解.6.由波的图象判定质点振动方向或波的传播方向①“带动”法如果已知某质点的振动方向,在波的图象中找一个与它紧邻的另一质点,分析这两个质点哪一个先振,先振的质点靠近振源,从而判断出波的传播方向.反之,如果知道了波的传播方向,也就知道了振源在哪一侧,再找一个与所研究的质点紧邻且靠近振源的质点,这个质点先振,由此判断所研究质点的振动方向.②微平移法规律方法【例1】一列简谐机械横波某时刻的波形图如图所示,波源的平衡位置坐标为x =0,当波源质点处于其平衡位置上方且向下运动时,介质中平衡位置坐标x =2m 的质点所处位置及运动情况是 ( A )A .在其平衡位置下方且向上运动B .在其平衡位置下方且向下运动C .在其平衡位置上方且向上运动D .在其平衡位置上方且向下运动训练题一列简谐横波沿x 轴传播.t =0时的波形如图所示,质点A 与质点B 相距1m,A 点速度沿y 轴正方向;t =0.02s 时,质点A 第一次达正向最大位移处,由此可知 ( AB )A .此波的传播速度为25m/sB .此波沿x 轴负方向传播C .从t =0时起,经过004s ,质点A 沿传播方向迁移了1mD .t =0.04s 时,质点B 处在平衡位置,速度沿y 轴负方向【例2】一列沿x 轴正方向传播的简谐横波,t =0时刻的波形如图中实线所示,t =0.2s 时刻的波形如图中的虚线所示,则 ( C )A .物质P 的运动方向向右B .波的周期可能为0.27sC .波的频率可能为 1.25HzD .波的传播速度可能为20m/s 训练题1 图中实线和虚线分别是x 轴上向右传播的一列简谐横波在t =0和t =0.03s 时刻的波形图,x =1.2m 处的质点在t =0.03s 时刻向y 轴正方向运动,则 ( A )A .该波的频率可能是125HzB .该波的波速可能是10m/sC .t =0时x =1.4m 处质点的加速度方向沿y 轴正方向D .各质点在0.03s 内随波迁移0.9m训练题2 有一列沿水平方向传播的简谐横波,频率为10Hz ,振动方向沿竖直方向,当绳上的质点P 到达其平衡位置且向下运动时,其右方向相距0.6m 处的质点Q 刚好到达最高点,由此可知波速和传播方向可能是 ( BC )A .8m/s 向右传播B .8m/s 向左传播C .24m/s 向右传播D .24m/s 向左传播【例3】如图所示,实线表示两个相干波源S 1、S 2发出的波的波峰位置,则图中的 b 点为振动加强的位置,图中的 a 点为振动减弱的位置.训练题如图所示为两列频率相同的水波在t =0时刻的叠加情况,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,已知两列波的振幅均为2 cm (且在图示范围内振幅不变),波速为2 m/s ,波长为0.4 m ,E 点是BD 连线和AC 连线的交点,下列说法正确的是 (AB )A .A 、C 两点是振动减弱点,B .E 点是振动加强点,C .B 、D 两点在该时刻的竖直高度差为4 cm ,D .t =0.05 s 时,E 点离平衡位置的位移大小为2 cm 。
简谐运动和机械波重点难点1.简谐运动特点①研究简谐运动,通常以平衡位置为坐标原点.②对称性:在振动轨迹上关于平衡位置对称的两点,位移、回复力、加速度等大反向;速度等大,方向可能相同,也可能相反;动能、速率等大;振动质点从平衡位置开始第一次通过这两点所用的时间相等.③周期性:简谐运动是周期性运动,其位移、速度、加速度、回复力、动能和势能都随时间作周期性变化.2.振动图象振动图象反映的是一个质点的位移随时间的变化规律,由图象可直接读出振幅、周期和任意时刻的运动方向.由于振动的周期性和非线性,在从任意时刻开始计时的一个周期内或半周期内,质点运动的路程都相等(分别为4A和2A),但从不同时刻开始计时的四分之一周期内,质点运动的路程是不一定相等的.3.单摆①单摆周期与高度关系.离地面高h处重力加速度设地球质量为M时,半径为R,地球表面的重力加速度为g为g,单摆的质量为m,忽略地球自转的影响,则有因此可得单摆在高为h处的周期T与地面处周期T0的关系为或②单摆周期与不同行星的关系把单摆分别置于质量为M1、M2,半径为R1、R2的两行星表面上,其周期分别为T1和T2,重力加速度分别为g1、g2,忽略行星自转影响,则有,4.波动过程具有时间和空间的周期性介质在传播振动的过程中,介质中每一个质点相对于平衡位置的位移随时间作周期性变化,这体现了时间的周期性;另一方面,每一时刻,介质中沿波传播方向上各个质点的空间分布具有空间周期性.如相距波长整数倍的两个质点振动状态相同,即它们在任一时刻的位移、速度及相关量均相同;相距半波长奇数倍的两个质点振动状态相反,即它们在任一时刻的位移、速度及相关量均相反.5.有关波的图象的计算①计算的主要依据有:υ===λ·f及Δx=υ·Δt,式中Δx为Δt时间内波沿传播方向传播的距离.②计算的关键是确定波传播的距离Δx与λ的关系,Δt与T的关系.求Δx方法之一是在图象中用平移波形来表示.若知道t1、t2两时刻的波形,将t1时刻的波形沿传播方向平移.直到与t2时刻的波形重合,设平移的距离最少为ΔL,则Δx=nλ+ΔL (注意:当不知传播方向时,t1时的波形可能向两个方向移动,Δx有二解).③双向性与重复性是波的两个基本特征,这两个特征决定了波问题通常具有多解性.为了准确地表达波的多解性,通常先写出含有“n”或“k”的通式,再结合所需要的特解,这样可有效地防止漏解.6.由波的图象判定质点振动方向或波的传播方向①“带动”法如果已知某质点的振动方向,在波的图象中找一个与它紧邻的另一质点,分析这两个质点哪一个先振,先振的质点靠近振源,从而判断出波的传播方向.反之,如果知道了波的传播方向,也就知道了振源在哪一侧,再找一个与所研究的质点紧邻且靠近振源的质点,这个质点先振,由此判断所研究质点的振动方向.②微平移法规律方法【例1】(05年高考北京)一列简谐机械横波某时刻的波形图如图所示,波源的平衡位置坐标为x=0,当波源质点处于其平衡位置上方且向下运动时,介质中平衡位置坐标x=2m的质点所处位置及运动情况是( A )A.在其平衡位置下方且向上运动B.在其平衡位置下方且向下运动C.在其平衡位置上方且向上运动D.在其平衡位置上方且向下运动训练题一列简谐横波沿x轴传播.t=0时的波形如图所示,质点A与质点B相距1m,A点速度沿y轴正方向;t=0.02s时,质点A第一次达正向最大位移处,由此可知 ( AB )A.此波的传播速度为25m/sB.此波沿x轴负方向传播C.从t=0时起,经过004s,质点A沿传播方向迁移了1mD.t=0.04s时,质点B处在平衡位置,速度沿y轴负方向【例2】(05年高考广东)一列沿x轴正方向传播的简谐横波,t=0时刻的波形如图中实线所示,t=0.2s时刻的波形如图中的虚线所示,则 ( C )A.物质P的运动方向向右B.波的周期可能为0.27sC.波的频率可能为1.25HzD.波的传播速度可能为20m/s训练题1 (05年高考天津)图中实线和虚线分别是x轴上向右传播的一列简谐横波在t=0和t=0.03s时刻的波形图,x=1.2m处的质点在t=0.03s时刻向y轴正方向运动,则 ( A ) A.该波的频率可能是125HzB.该波的波速可能是10m/sC.t=0时x=1.4m处质点的加速度方向沿y轴正方向D.各质点在0.03s内随波迁移0.9m训练题2 有一列沿水平方向传播的简谐横波,频率为10Hz,振动方向沿竖直方向,当绳上的质点P到达其平衡位置且向下运动时,其右方向相距0.6m处的质点Q刚好到达最高点,由此可知波速和传播方向可能是( BC )A.8m/s向右传播 B.8m/s向左传播C.24m/s向右传播D.24m/s向左传播【例3】(05年高考上海)如图所示,实线表示两个相干波源S1、S2发出的波的波峰位置,则图中的 b 点为振动加强的位置,图中的 a 点为振动减弱的位置.训练题(06年上海杨浦)如图所示为两列频率相同的水波在t=0时刻的叠加情况,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,已知两列波的振幅均为2 cm(且在图示范围内振幅不变),波速为2 m/s,波长为0.4 m,E点是BD连线和AC连线的交点,下列说法正确的是(AB)A.A、C两点是振动减弱点,B.E点是振动加强点,C.B、D两点在该时刻的竖直高度差为4 cm,D.t=0.05 s时,E点离平衡位置的位移大小为2 cm。
103(4)简谐运动的两种模型 模型弹簧振子单摆示意图简谐 运动 条件①弹簧质量可忽略 ②无摩擦等阻力 ③在弹簧弹性限度内①摆线为不可伸缩的轻细线 ②无空气等的阻力 ②最大摆角小于10° 回复力弹簧的弹力提供F=kx 摆球重力沿切向的分力 F 回=-mg sin θ=-mg lx 平衡 位置弹簧处于原长处最低点周期与振幅无关T =2πL g L 为摆长,表示从悬点到摆球重心的距离。
简谐运动的特点受力 特征 回复力F =-kx ,F (或a )的大小与x 的大小成正比,方向相反运动 特征 靠近平衡位置时,a 、F 、x 都减小,v 增大;远离平衡位置时,a 、F 、x 都增大,v 减小能量 特征振幅越大,能量越大。
在运动过程中,系统的动能和势能相互转化,机械能守恒选修3-4 周期性特征质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化,变化周期就是简谐运动的周期T;动能和势能也随时间做周期性变化,其变化周期为T2对称性特征关于平衡位置O对称的两点,速度的大小、动能、势能相等,相对平衡位置的位移大小相等;由对称点到平衡位置O用时相等2.简谐运动的公式和图象(1)简谐运动的表达式①动力学表达式:F=-kx,其中“-”表示回复力与位移的方向相反。
②运动学表达式:x=Asin(ωt+φ),其中A代表振幅,ω=2πf表示简谐运动的快慢,(ωt+φ)代表简谐运动的相位,φ叫做初相。
(2)简谐运动的图象①从平衡位置开始计时,函数表达式为x=Asinωt,图象如图甲所示。
②从最大位移处开始计时,函数表达式为x=Acosωt,图象如图乙所示。
(3)根据简谐运动图象可获取的信息①振幅A、周期T(或频率f)和初相位φ(如图所示)。
②某时刻振动质点离开平衡位置的位移。
③某时刻质点速度的大小和方向:曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度的大小和速度的方向,速度的方向也可根据下一时刻物体的位移的变化来确定。
机械振动和机械波一、简谐振动【【知知识识要要点点】】(1)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. (2)简谐运动的规律:○1在平衡位置:速度最大、动能最大、动量最大;位移最小、回复力最小、加速度最小。
○2在离开平衡位置最远时:速度最小、动能最小、动量最小;位移最大、回复力最大、加速度最大。
○3振动中的位移x 都是以平衡位置为起点的,方向从平衡位置指向末位置,大小为这两位置间的直线距离。
加速度与回复力、位移的变化一致,在两个“端点”最大,在平衡位置为零,方向总是指向平衡位置。
(3)振幅A :振动物体离开平衡位置的最大距离称为振幅。
它是描述振动强弱的物理量。
它是标量。
(4)周期T 和频率f :振动物体完成一次全振动所需的时间称为周期T,它是标量,单位是秒;单位时间内完成的全振动的次数称为振动频率,单位是赫兹(Hz )。
周期和频率都是描述振动快慢的物理量,它们的关系是:T=1/f.1.一弹簧振子振动过程中的某段时间内其加速度数值越来越大,则在这段时间内 A .振子的速度越来越大B .振子正在向平衡位置运动C .振子的速度方向与加速度方向一致D .以上说法都不正确2.一个弹簧振子的振动周期为0.4s ,当振子从平衡位置开始向右运动,经1.26s 时振子做的是 A .振子正向右做加速运动 B .振子正向右做减速运动 C .振子正向左做加速运动 D .振子正向左做减速运动3.(2010全国卷1)一简谐振子沿x 轴振动,平衡位置在坐标原点。
0t =时刻振子的位移0.1m x =-;4s 3t =时刻0.1m x =;4s t =时刻0.1m x =。
该振子的振幅和周期可能为A .0. 1 m ,8s 3B .0.1 m, 8sC .0.2 m ,8s 3D .0.2 m ,8s1.一个弹簧振子,第一次用力把弹簧压缩x 后开始振动,第二次把弹簧压缩2x 后开始振动,则两次振动的周期之比和最大加速度的大小之比分别为 [ ]A .1∶2,1∶2B .1∶1,1∶1C .1∶1,1∶2D .1∶2,1∶1 2.已知某弹簧振子做简谐运动的振幅为4cm ,下列说法正确的是[ ] A .振子的最大位移是8cmB .从任意时刻起,一个周期内振子通过的路程是16cmC .从任意时刻起,半个周期内振子通过的路程是8 cmD .从任意时刻起,1/4周期内振子通过的路程是4cm3.质点沿直线以O 为平衡位置做简谐运动,A 、B 两点分别为正最大位移处与负最大位移处的点,A 、B 相距10cm ,质点从A 到B 的时间为0.1s ,从质点到O 点时开始计时,经0.5s ,则下述说法正确的是 [ ] A .振幅为5cm B .振幅为10cmC .通过路程50cmD .质点位移为50 cm 4.对简谐运动下述说法中正确的是 [ ]A .物体振动的最大位移等于振幅B .物体离开平衡位置的最大距离叫振幅C .振幅随时间做周期性变化D .物体两次通过平衡位置的时间叫周期二、单摆1.单摆: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且球的直径比细线短得多的装置叫单摆.在实际摆中如果悬挂小球的细线的伸缩量和质量很小,可以忽略,细线的长度又比摆球的直径大得多时,才能将其理想化为单摆。
简谐运动和机械波重点难点1.简谐运动特点①研究简谐运动,通常以平衡位置为坐标原点.②对称性:在振动轨迹上关于平衡位置对称的两点,位移、回复力、加速度等大反向;速度等大,方向可能相同,也可能相反;动能、速率等大;振动质点从平衡位置开始第一次通过这两点所用的时间相等. ③周期性:2.振动图象振动图象反映的是一个质点的位移随时间的变化规律,由图象可直接读出振幅、周期和任意时刻的运动方向.由于振动的周期性和非线性,在从任意时刻开始计时的一个周期内或半周期内,质点运动的路程都相等(分别为4A 和2A ),但从不同时刻开始计时的四分之一周期内,质点运动的路程是不一定相等的.3.单摆①单摆周期与高度关系设地球质量为M 时,半径为R ,地球表面的重力加速度为g 0.离地面高h 处重力加速度为g ,单摆的质量为m ,忽略地球自转的影响,则有022,()GM GM g g R R h ==+ 因此可得单摆在高为h 处的周期T 与地面处周期T 0的关系为 R h R g g T T +==00 或 020g L R h R R h R T T +=+=π ②单摆周期与不同行星的关系把单摆分别置于质量为M 1、M 2,半径为R 1、R 2的两行星表面上,其周期分别为T 1和T 2,重力加速度分别为g 1、g 2,忽略行星自转影响,则有22122111,R GM g R GM g ==, 2121221)(M M R R g g ⋅= 4.波动过程具有时间和空间的周期性介质在传播振动的过程中,介质中每一个质点相对于平衡位置的位移随时间作周期性变化,这体现了时间的周期性;另一方面,每一时刻,介质中沿波传播方向上各个质点的空间分布具有空间周期性.√如相距波长整数倍的两个质点振动状态相同,即它们在任一时刻的位移、速度及相关量均相同;相距半波长奇数倍的两个质点振动状态相反,即它们在任一时刻的位移、速度及相关量均相反.5.由波的图象判定质点振动方向或波的传播方向①“带动”法如果已知某质点的振动方向,在波的图象中找一个与它紧邻的另一质点,分析这两个质点哪一个先振,先振的质点靠近振源,从而判断出波的传播方向.反之,如果知道了波的传播方向,也就知道了振源在哪一侧,再找一个与所研究的质点紧邻且靠近振源的质点,这个质点先振,由此判断所研究质点的振动方向.②微平移法规律方法【例1】一列简谐机械横波某时刻的波形图如图所示,波源的平衡位置坐标为x =0,当波源质点处于其平衡位置上方且向下运动时,介质中平衡位置坐标x =2m 的质点所处位置及运动情况是 ()A .在其平衡位置下方且向上运动B .在其平衡位置下方且向下运动C .在其平衡位置上方且向上运动D .在其平衡位置上方且向下运动训练1一列简谐横波沿x 轴传播.t =0时的波形如图所示,质点A 与质点B 相距1m,A 点速度沿y 轴正方向;t =0.02s 时,质点A 第一次达正向最大位移处,由此可知A .此波的传播速度为25m/sB .此波沿x 轴负方向传播C .从t =0时起,经过0 04s ,质点A 沿传播方向迁移了1mD .t =0.04s 时,质点B 处在平衡位置,速度沿y 轴负方向【例2】一列沿x 轴正方向传播的简谐横波,t =0时刻的波形如图中实线所示,t =0.2s 时刻的波形如图中的虚线所示,则 ()A .物质P 的运动方向向右B .波的周期可能为0.27sC .波的频率可能为1.25HzD .波的传播速度可能为20m /s训练2 图中实线和虚线分别是x 轴上向右传播的一列简谐横波在t =0和 t =0.03s 时刻的波形图,x =1.2m 处的质点在t =0.03s 时刻向y 轴正方向运动,则 ( )A .该波的频率可能是125HzB .该波的波速可能是10m/sC .t =0时x =1.4m 处质点的加速度方向沿y 轴正方向D .各质点在0.03s 内随波迁移0.9m训练3 有一列沿水平方向传播的简谐横波,频率为10Hz ,振动方向沿竖直方向,当绳上的质点P 到达其平衡位置且向下运动时,其右方向相距0.6m 处的质点Q 刚好到达最高点,由此可知波速和传播方向可能是 ( )A .8m/s 向右传播B .8m/s 向左传播C .24m/s 向右传播D .24m/s 向左传播【例3】如图所示,实线表示两个相干波源S 1、S 2发出的波的波峰位置,则图中的 点为振动加强的位置,图中的 点为振动减弱的位置.训练 4如图所示为两列频率相同的水波在t =0时刻的叠加情况,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,已知两列波的振幅均为2 cm (且在图示范围内振幅不变),波速为2 m/s ,波长为0.4 m ,E 点是BD 连线和AC 连线的交点,下列说法正确的是 ()A .A 、C 两点是振动减弱点,B .E 点是振动加强点,C .B 、D 两点在该时刻的竖直高度差为4 cm ,D .t =0.05 s 时,E 点离平衡位置的位移大小为2 cm 。
A D EB C训练5.在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点,相邻两质点的距离均为L ,如图(a )所示.一列横波沿该直线向右传播,t=0时到达质点1,质点1开始向下运动,经过时间Δt 第一次出现如图(b )所示的波形.则该波的(A )周期为Δt ,波长为8L . (B )周期为32Δt ,波长为8L .(C )周期为32Δt ,波速为12L /Δt (D )周期为Δt ,波速为8L/Δt【例4】 A 、B 两列波在某时刻的波形如图所示,经过t =T A 时间(T A 为波A 的周期),两波再次出现如图波形,则两波的速度之比υA ∶υB可能是 ( )A .1∶3B .1∶2C .2∶1D .3∶1训练题6 一条弹性绳子呈水平状态,M 为绳子中点,两端P 、Q 同时开始上下振动,一小段时间后产生的波形如图,对于其后绳上各点的振动情况,以下判断正确的是 ( )A .两列波将同时到达中点MB .两列波的波速之比为l ∶2C .中点M 的振动是加强的D .M 点的位移大小在某时刻可能为零例1 A 训练1 AB 例2 C 训练2 A 训练3 BC 例训练5BC 例4 ABC 训练6AD 能力训练√1.下列说法中正确的是 ( )A .做简谐运动的物体,经过同一位置的动能总相同B .做简谐运动的物体,经过同一位置的动量总相同C .做简谐运动的物体,在半个周期内回复力做功一定为零D .做简谐运动的物体,在半个任一周期内回复力的冲量一定为零√2.如图一轻弹簧与一物体组成弹簧振子,物体在同一条竖直线上的A 、B间作简谐振动,O 点为平衡位置,C 为AO 的中点,已知OC=h ,振子周期为T ,某时刻物体恰好经过C 点并向上运动,则从此时刻开始计时 ()A .t=T/4时刻,物体回到C 点B .△t=T/2时间内,物体运动的路程为4hC .t=3T/8时刻,物体的振动位移为0D .t=3T/8时刻,物体的振动速度方向向下√3.如图单摆摆球为带正电的玻璃球,摆长为l 且不导电,悬挂于O 点。
当摆球摆过竖直线OC 时便进入或离开一匀强磁场,此磁场的方向与单摆摆动平面垂直.在摆角α<10°的情况下,摆球沿着AB 弧来回摆动,下列说法正确的是 ()A .图中A 点和B 点处于同一水平面上B .单摆摆动的周期gl T π2= C .在A 点和B 点,摆线的张力一样大D .单摆向左或向右摆过C 点时摆线的张力一样大√4.声波属于机械波.下列有关声波的描述中正确的是()A.同一列声波在各种介质中的波长是相同的B.声波的频率越高,它在空气中传播的速度越快C.声波可以绕过障碍物传播,即它可以发生衍射D.人能辨别不同乐器同时发出的声音,证明声波不会发生干涉 5.一列简谐横波沿x 轴负方向传播,如图 (甲)所示,是t =1s 时的波形图,图 (乙)是波中某振动质元位移随时间变化的振动图线(两图用同一时间起点),则(乙)可能是图 (甲)中哪个质元的振动图线? ( )A .x =0处的质元B .x =1m 处的质元C .x =2m 处的质元D .x =3m 处的质元√6..如图所示,波源S 从平衡位置y =0开始振动,运动方向竖直向上(y 轴的正方向),振动周期T =0.01s ,产生的简谐波向左、右两个方向传播,波速均为υ=80m/s .经过一段时间后,P 、Q 两点开始振动,已知距离SP =1.2m 、SQ =2.6m .若以Q 点开始振动的时刻作为计时的零点,则在图的振动图象中,能正确描述P 、Q 两点振动情况的是 ( )A. 甲为Q 点振动图象B. 乙为Q 点振动图象 C .丙为P 点振动图象 D. 丁为P 点振动图象7.如图所示,一列简谐横波在x 轴上传播,轴上a 、b 两点相距12m.t =0时a 点为波峰,b 点为波谷;t =0.5时,a 点为波谷,b 点为波峰.则下列判断中正确的是 ( )A. 波一定沿x 轴正方向传播B. 波长可能是8mC. 周期可能是0.5sD. 波速一定是24m/s√8.如图所示为两列简谐横波在同一条绳上传播时某时刻的波形图,M 为绳上x =0.2m 处的质点,则下列说法正确的是 ( )A. 这两列波将发生干涉现象,质点M 的振动始终加强B. 由图示时刻开始,再经甲波周期的1/4,M 将位于波峰C. 甲波的速度v 1与乙波的速度v 2一样大D. 因波的周期未知,故两列波波速的大小无法比较能力训练答案:1.AC 2.BD 3 ABC 4 C 5.A 6 AD 7.BD 8 AC例1一列简谐横波沿x轴负方向传播,波速为v=4m/s。
已知坐标原点(x=0)处质点的振动图像如图1所示,在图2的4幅图中能够正确表示t=0.15s时波形的图是()【解析】由原点的振动图像知,原点正处于“上坡”,故起振方向向上,所以波传播过程中任何质点的起振方向均向上,波形如图3所示。
又因t=0.15s波应传播s=vt=0.6m,根据“平移法”和波沿x轴负方向传播,只有A的波形符合,故正确选项为A。
【点评】t=0.15s介于四分之一周期和二分之一周期之间,不是考生常见的四分之一周期的整数倍,有的考生无法突破思维定势,导致无法求解。
这正是命题专家设置的障碍,考查学生是否真正理解了振动和波的相关知识。
(一)以课本演示实验为背景,考查描述机械振动和机械波的物理量√例5如图9所示为两列不同频率的水波通过相同的小孔所形成的衍射示意图,由图可知,它们的波长和频率分别为λA、λB,f A、f B,下列判断正确的是()A.λA>λ B C.这两列波有可能是同一个波源发出的B.f A>f B D.若这两列波相遇,能产生稳定的干涉条纹【解析】由图中的衍射图像可以看出,A的衍射更明显,孔的宽度相同,由明显衍射的条件有λA>λB,故选项A正确;波速由介质决定,而这两列波都是水波,故波速相等,由得,f A<f B,同一波源发出的波频率相等,只有频率相等的波相遇才能产生稳定的干涉条纹,故选项B、C、D错误。