2018机械振动和机械波专题复习教学内容

机械振动和机械波知识点复习一 机械振动知识要点1． 机械振动：物体（质点）在平衡位置附近所作的往复运动叫机械振动，简称振动条件：a 、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。

b 、阻力足够小。

回复力：效果力——在振动方向上的合力 平衡位置：物体静止时，受（合）力为零的位置： 运动过程中，回复力为零的位置（非平衡状态） 描述振动的物理量位移x （m ）——均以平衡位置为起点指向末位置振幅A （m ）——振动物体离开平衡位置的最大距离（描述振动强弱） 周期T （s ）——完成一次全振动所用时间叫做周期（描述振动快慢） 全振动——物体先后两次运动状态（位移和速度）完全相同所经历的过程频率f （Hz ）——1s 钟内完成全振动的次数叫做频率（描述振动快慢） 2． 简谐运动概念：回复力与位移大小成正比且方向相反的振动 受力特征：kx F -= 运动性质为变加速运动 从力和能量的角度分析x 、F 、a 、v 、E K 、E P 特点：运动过程中存在对称性平衡位置处：速度最大、动能最大；位移最小、回复力最小、加速度最小 最大位移处：速度最小、动能最小；位移最大、回复力最大、加速度最大✧ v 、E K 同步变化；x 、F 、a 、E P 同步变化，同一位置只有v 可能不同3． 简谐运动的图象（振动图象）物理意义：反映了1个振动质点在各个时刻的位移随时间变化的规律 可直接读出振幅A ，周期T （频率f ） 可知任意时刻振动质点的位移（或反之） 可知任意时刻质点的振动方向（速度方向） 可知某段时间F 、a 等的变化4． 简谐运动的表达式：)2sin(φπ+=t TA x 5． 单摆（理想模型）——在摆角很小时为简谐振动回复力：重力沿切线方向的分力 周期公式：glT π2= （T 与A 、m 、θ无关——等时性） 测定重力加速度g,g=224T Lπ 等效摆长L=L 线+r6． 阻尼振动、受迫振动、共振阻尼振动（减幅振动）——振动中受阻力，能量减少，振幅逐渐减小的振动 受迫振动：物体在外界周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动。

2018高考物理二轮复习精品资料专题13 机械振动、机械波教学案（学生版）机械波是高中物理的一个比较重要的知识，也是每年高考的必考内容， 高考中的热点内容主要包括振动和波的关系；波长、频率和波速的关系；波的图象及其应用等. 高考中机械波相关试题的特点是:(1)试题容量大、综合性强，一道题往往要考查多个概念或多个规律；(2)用图象考查理解能力和推理能力，特别是对波的图象的理解和应用。

本章所占的分值约为全卷总分的5%，个别年份将达到10 %以上,因此要认真对待，熟练掌握相关内容。

【重点知识整合】一、机械振动1．简谐运动的对称性(1)振动质点经过关于平衡位置对称的两点时，位移x 、回复力F 、速度v 、加速度a 、动能E k 、势能E p 的大小都相等，其中回复力F 、加速度a 与位移x 方向相反，速度与位移x 的方向可能相同，也可能相反．(2)振动质点通过关于平衡位置对称的两段等长线段的时间相等．2．简谐运动的周期性(1)周期性：简谐运动的位移x 、速度v 、加速度a 、回复力F 、动能E k 和势能E p 都随时间作周期性变化，x 、v 、a 、F 的变化周期为T ，E k 和E p 的变化周期为T 2. (2)质点在任意时刻开始计时的一个周期内通过的路程s ＝4A (A 为振幅)，半个周期内通过的路程s ＝2A .但从不同时刻开始计时的四分之一周期内，路程不一定等于振幅A .二、机械波1．波长、波速与频率(周期)的关系 v ＝λf ＝λT波的频率(周期)等于振源的频率(周期)，与介质无关，波从一种介质进入另一种介质，频率(周期)是不变的；波在介质中的传播速度v 由介质的性质决定；波长等于波在一个周期内向外传播的距离，其大小取决于波的频率及介质的性质(波速v )．波速也可用公式v ＝Δx Δt计算，其中Δx 为Δt 时间内波沿传播方向传播的距离． 2．振动图象与波的图象的比较振动图象反映了一个质点的位移x (位置坐标)随时间t 变化的关系，波动图象反映了一系列质点在某一时刻相对其平衡位置的位移随质点的平衡位置变化的关系；由振动图象可确定周期T 、振幅A 、各时刻的位移及速度方向，由波动图象可确定波长λ、振幅A 、波峰和波谷的位置、各个质点的位置及速度方向(结合传播方向)．注意：(1)简谐运动与其在介质中的传播形成的简谐波的振幅、频率均相同．(2)简谐振动和简谐波的图象均为正弦(或余弦)曲线．(3)振动和波动的图象中质点振动方向判断方法不同．3．波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域互相隔开，这种现象叫波的干涉．路程差Δx ＝2n ＋12λ(n ＝0,1,2…)的点为振动减弱点；路程差Δx ＝n λ(n ＝0,1,2…)的点为振动加强点．4．波的衍射：波绕过障碍物继续传播的现象．发生明显衍射的条件是，波长大于障碍物、小孔的尺寸或差不多．三、光1．光的折射定律：光从真空(或空气)射入透明介质时，sin θ1sin θ2＝n ；光从透明介质射入真空(或空气)时，sin θ1sin θ2＝1n. 2．折射率n ：n ＝c v(v 为透明介质中的光速)，折射率是表征透明介质的光学性质的物理量．3．全反射和临界角(1)发生全反射的条件：①光从光密介质进入光疏介质；②入射角不小于临界角．(2)临界角C ：sin C ＝1n . 【高频考点突破】考点一 基本概念和规律的理解例1 有以下说法A ．在“探究单摆的周期与摆长的关系”实验中，为减小偶然误差,应测出单摆作n 次全振动的时间t ，利用T ＝t n求出单摆的周期B ．如果质点所受的合外力总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动C ．变化的磁场一定会产生变化的电场D ．图1振荡电路中的电容器正处于放电状态E ．X 射线是比紫外线频率低的电磁波F ．只有波长比障碍物的尺寸小的时候才会发生明显的衍射现象G ．在同种均匀介质中传播的声波，频率越高，波长越短其中正确的是________．题型2 波动和振动关系的应用例2 、在O 点有一波源，t ＝0时刻开始向上振动，形成向右传播的一列横波．t 1＝4 s 时，距离O 点为3 m 的A 点第一次达到波峰；t 2＝7 s 时，距离O 点为4 m 的B 点第一次达到波谷．则以下说法正确的是 ( )A ．该横波的波长为2 mB ．该横波的周期为4 sC ．该横波的波速为1 m/sD ．距离O 点为1 m 的质点第一次开始向上振动的时刻为6 s 末题型3 两种图象和波速公式的理解及应用例3 、渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位，已知某超声波的频率为1.0×118 Hz ，某时刻该超声波在水中传播的波动图象如图3所示．①从该时刻开始计时，画出x ＝7.5×10－3 m 处质点做简谐运动的振动图象(至少一个周期)．②现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用的时间为4 s ，求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动)．图3【难点探究】难点一 振动图象与波动图象问题1．由振动图象判定质点在某时刻的振动方向振动图象中质点在某时刻的振动方向可根据下一个时刻(远小于T 4)质点的位移(位置坐标)确定，也可根据图象中该时刻对应的曲线斜率的正负确定．2．波动图象中质点的振动方向与波的传播方向(1)“上下坡法”：将波形想象成一段坡路，沿着波传播的方向看，位于“上坡”处的各质点振动方向向下，位于“下坡”处的各质点振动方向向上．(2)微平移法：波的传播过程其实是波形沿传播方向的平移，作出微小时间Δt 后的波形，可确定各质点经Δt 后到达的位置，由此可确定各质点的振动方向．3．振动图象与波动图象结合解答振动图象和波动图象结合的问题，应注意两种图象意义的理解，波动图象是某时刻一系列质点的振动情况的反映，振动图象是某一质点在不同时刻的振动情况的反映；其次要从一种图象中找到某一质点的振动信息，由此结合题设条件及相应的振动或波动规律推导另一种图象的相关情况．关键提醒：要特别关注波动图象是哪个时刻的图象，振动图象是哪个质点的图象． 例1、介质中坐标原点O 处的波源在t ＝0时刻开始振动，产生的简谐波沿x 轴正向传播，t 0时刻传到L 处，波形如图5－12－1所示．图5－12－2中能描述x 0处质点振动的图象是( )图5－12－1A BC D图5－12－2【点评】解答本题的关键是，明确振动图象是波动图象中x0处质点的振动图象，波动图象是t＝t0时的波动图象．解题时应根据波动图象中x0处质点的振动方向确定振动图象t＝0及t＝t0时刻的振动情况．下面的变式题则是根据振动图象中某时刻质点的振动情况确定波动图象中某位置质点的振动方向．【变式探究】如图5－12－3甲所示，一条水平张紧的弹性长绳上有等间距的Q′、P′、O、P、Q等质点，相邻两质点间距离为1 m，t＝0时刻质点O从平衡位置开始沿y轴正方向振动，并产生分别向左、向右传播的简谐横波，质点O振动图象如图乙所示．当质点O第一次到达正方向最大位移时刻，质点P刚开始振动，则下列说法正确的是( )甲乙图5－12－3A．这列波的波长为2 m，传播速度为2 m/sB．当质点O′第二次达到正向最大位移时，质点O已经走过35 cm路程C．t＝3 s时，质点P、P′均在平衡位置且向上运动D ．t ＝2 s 时，质点P 位于波峰，质点P ′则位于波谷【变式探究】一列简谐横波沿x 轴传播，波长为1.2 m ，振幅为A .当坐标为x ＝0处质元的位移为－ 32A 且向y 轴负方向运动时，坐标为x ＝0.4 m 处质元的位移为 32A .当坐标为x ＝0.2 m 处的质元位于平衡位置且向y 轴正方向运动时，x ＝0.4 m 处质元的位移和运动方向分别为( )A ．－12A 、沿y 轴正方向B ．－12A 、沿y 轴负方向 C ．－ 32A 、沿y 轴正方向 D ．－ 32A 、沿y 轴负方向【历届高考真题】【2018高考】（2018·大纲版全国卷）20.一列简谐横波沿x 轴正方向传播，图（a ）是t=0时刻的波形（2018·福建）13、 .一列简谐波沿x轴传播，t=0时刻的波形如图甲所示，此时质点P正沿y轴负方向运动，其振动图像如图乙所示，则该波的传播方向和波速分别是A．沿x轴负方向，60m/s B．沿x轴正方向，60m/sC．沿x轴负方向，30 m/s D．沿x轴正方向，30m/s（2018·浙江）16、用手握住较长软绳的一端连续上下抖动，形成一列简谐横波。

机械振动、机械波【本讲教育信息】 一. 教学内容：机械振动、机械波本章的知识点： （一）机械振动 1、简谐运动（1）机械振动和回复力回复力f ：使振动物体返回平衡位置的力叫做回复力。

它时刻指向平衡位置。

回复力是以效果命名的力，它是振动物体在振动方向上的合外力，可能是几个力的合力，也可能是某一个力的分力。

并不一定是物体受的合外力。

（2）弹簧振子的振动①弹簧振子：一个物体和一根弹簧构成弹簧振子。

需要条件：物体可视为质点，弹簧为轻质弹簧，忽略一切阻力和摩擦。

②简谐振动：物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的力作用下的振动。

受力特征：f =－kx 。

可以由回复力f =－kx 证明一种运动为简谐运动。

2、振动的描述①简谐运动的振幅、周期和频率：振幅A ：物体偏离平衡位置的最大距离。

标量，反映振动的强弱和振动的空间范围。

周期T 和频率f ：描述振动快慢的物理量。

其大小由振动系统本身的性质决定，所以也叫固有周期和固有频率。

②简谐运动的振动图像：物理意义：表示振动物体的位移随时间变化的规律。

横轴表示时间，纵轴表示质点在不同时刻偏离平衡位置的位移。

需要注意的是振动图像不是质点的运动轨迹。

简谐运动的振动图像为正（余）弦函数曲线。

振动图像的应用：①可读取A 、T 及各时刻的位移；②判断v 、x 、f 、a 、的方向及变化情况和E k 、E p 的变化情况。

③简谐运动的公式表达；t TA x π2sin= 3、单摆①单摆，在小振幅条件下单摆作简谐振动在一条不可伸长的轻质细线下端拴一质点，上端固定，这样的装置就叫单摆。

单摆振动在偏角很小（θ＜5°）的情况下，才可以看成是简谐运动。

单摆做简谐运动的回复力为重力在垂直于摆线方向上的分力。

等效摆长：单摆的摆长是悬点到球心的距离。

图1单摆模型中的摆长为圆的半径减去球的半径，图2中的摆长不断的在变化，它先以摆长l 1摆动半个周期，再以摆长l 2摆动半个周期。

第十三章波与相对论【研透全国卷】在新课标全国卷中，对本部分知识的考查是在选考题中出现.从近几年的高考试题来看，主要考查简谐运动的图象、波动图象以及波的传播规律等；另外对光学知识的考查主要以折射定律、全反射等为主.预测在2018年高考中，对本部分内容的考查仍将以图象为主，考查振动和波动问题；并以光的折射和全反射为重点考查光学知识.关系相对论、质能关系式Ⅰ第1讲机械振动(实验：用单摆测定重力加速度)知识点一简谐运动1.定义:物体在跟位移大小成正比并且总是指向的回复力作用下的振动。

2.平衡位置：物体在振动过程中为零的位置。

3.回复力（1)定义：使物体返回到的力.(2)方向：总是指向.（3)来源:属于力，可以是某一个力，也可以是几个力的或某个力的。

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°回复力弹簧的提供摆球沿与摆线垂直方向(即切向）的分力平衡位置弹簧处于处最低点周期与振幅无关T＝能量转化与动能的相互转化，机械能守恒与动能的相互转化，机械能守恒（3）效果合力分力4。

弹力重力原长2πLg弹性势能重力势能知识点二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＝，其中“－”表示回复力与位移的方向相反.(2)运动学表达式：x＝，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。

2.简谐运动的图象（1）从开始计时，函数表达式为x＝A sin ωt，图象如图甲所示。

②从处开始计时，函数表达式为x＝A cos ωt，图象如图乙所示。

答案：1.(1)－kx（2)A sin （ωt＋φ）初相 2.（1)平衡位置（2）最大位移知识点三受迫振动和共振1.受迫振动系统在作用下的振动.做受迫振动的物体，它做受迫振动的周期(或频率）等于的周期(或频率),而与物体的固有周期(或频率)。

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 ＝A sin (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①变化规律：位移增大时⎩⎪⎨⎪⎧回复力、加速度增大⎭⎬⎫速度、动能减小势能增大机械能守恒振幅、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 。