【理想樹600分考點-700分考法】-2016屆高考物理專題復習課件專題15-機械振動與機械波共38張

1、1,專題15 機械振動與機械波,考點53 簡諧運動,考點54 用單擺測定重力加速度,考點55 機械波與波的圖像,考點56 機械振動和機械波的綜合應用,2,考點53 簡諧運動,1. 簡諧運動的基本模型,3,2. 簡諧運動的特點 (1) 動力學特征：F回＝－kx.“－”表示位移的方向與回復力的方向總是相反．(2) 運動學特征：做變加速運動．①遠離平衡位置的過程：由F＝－kx＝ma可知，x增大，F增大，a增大，但a與v反向，

2、故v減小，動能減?。诳拷胶馕恢玫倪^程：由F＝－kx＝ma可知，x減小，F減小，a減小，但a與v同向，故v增大，動能增大．x、v、a均按正弦或余弦規(guī)律發(fā)生周期性變化(注意：v與a的變化趨勢相反)．(3) 能量特征：對單擺和彈簧振子來說，振幅越大，能量越大．在運動過程中，動能和勢能相互轉化，系統的機械能守恒，振幅A不變．,考點53 簡諧運動,4,(4) 周期性特征：相隔T或者nT的兩個時刻，振子處于同一位置且振動狀態(tài)相同．3．

3、簡諧運動圖像(1) 簡諧運動圖像的建立簡諧運動的位移—時間圖像反映的是物體偏離平衡位置的位移隨時間變化的規(guī)律，圖像是正弦(或余弦)曲線．改變紙帶運動的速度，可以改變簡諧運動的圖像，但并不能改變質點運動的軌跡．,考點53 簡諧運動,5,(2) 振動圖像的一般表達式：x＝Asin(ωt＋φ)，也可以表示為：x＝𝐴𝑠𝑖𝑛( 2𝜋 𝑇 

4、9905;+𝜑)或x＝Asin(2πft＋φ)．①從平衡位置開始計時，函數表達式為x＝Asinωt，圖像如圖甲．②從最大位移處開始計時，函數表達式為x＝Acosωt，圖像如圖乙．,考點53 簡諧運動,6,考法1　考查簡諧運動的動力學特征★★1．物體運動是否是簡諧運動,通過分析做簡諧運動的物體所受的力是否滿足F＝－kx來判斷，回復力F與位移x成正比且方向總相反．此時，一般首先要確定運動物體的平衡位置，其次在物體離平

5、衡位置x處分析出回復力，再根據簡諧運動中回復力的特點進行判斷．,7,2．考查影響簡諧運動周期及能量的因素簡諧運動振子的周期，由振子的機械特性決定，是固有周期，基本公式為𝑇=2𝜋 𝑙 𝑔 .其中單擺運動的周期與質量無關，𝑇=2𝜋 𝑙 𝑔 ，振幅是表征簡諧運動能量大小的物理量．考法2　考查簡諧運動

6、的運動學特征★★★這個角度一般會要求定性分析振子運動位置、位移、速度、加速度等物理量的關系，也可能會定量求解某位置、位移或時間．總結如下：,考點53 簡諧運動,8,1．簡諧運動的位移、速度、加速度及對稱性(1) 位移：方向為從平衡位置指向振子位置，大小為平衡位置到該位置的距離．位移的表示方法：以平衡位置為原點，以振動所在的直線為坐標軸，規(guī)定正方向，則某一時刻振子(偏離平衡位置)的位移用該時刻振子所在位置的坐標來表示．振子通過平衡

7、位置時，位移改變方向．(2) 速度：描述振子在振動過程中經過某一位置或某一時刻運動的快慢．在所建立的坐標軸上，速度的正負號表示振子運動方向與坐標軸的正方向相同或相反．振子在最大位移處速度為零，在平衡位置時速度最大，振子在最大位移處速度方向發(fā)生改變．,考點53 簡諧運動,9,(4) 理解簡諧運動的對稱性①瞬時量的對稱性：做簡諧運動的物體，在關于平衡位置對稱的兩點，回復力、位移、加速度具有等大反向的關系．另外速度的大小具有對稱性，方

8、向可能相同或相反．②過程量的對稱性：振動質點來回通過相同的兩點間的時間相等，如：質點經過關于平衡位置對稱的等長的兩線段的時間相等，如tBC＝tB′C′，如圖所示．,考點53 簡諧運動,10,2．簡諧運動中路程和時間的關系(1) 若質點運動時間t與周期T的關系滿足t＝nT(n＝1，2，3，…)，則s＝ ×4A成立．【關鍵點撥】不論計時起點對應質點在哪個位置向哪個方向運動，經歷一個周期就完成一次全振動，完成任何一次全

9、振動質點通過的路程都等于4A.(2) 若質點運動時間t與周期T的關系滿足 (n＝1，2，3，…)，則 成立．(3) 若質點運動時間t與周期T的關系滿足 ，此種情況最復雜，分三種情形：①計時起點對應質點在三個特殊位置(兩個最大位移處，一個平衡位置)，由簡諧運動的周期性和對稱性知，s＝A成立．,考點53 簡諧運動,11,②計時起點對應質點在最大位移和平衡位置之間，向

10、平衡位置運動，則s>A.③計時起點對應質點在最大位移處和平衡位置之間，向最大位移處運動，則s<A.(4) 質點運動時間t為非特殊值，則需要利用簡諧運動的振動圖像進行計算．考法3　對簡諧運動圖像的考查★★★★這是對簡諧運動考點最常見的考查方式，主要有以下兩種考法，前者易，后者難．1．簡諧運動的圖像體現的基本信息通過簡諧運動圖像可以確定振動物體在任一時刻的位移．從而知道位移x隨時間t的變化情況．,考點53 簡諧運動

11、,12,確定振動的振幅、周期和頻率．如圖中，對應t1、t2時刻的位移分別為x1＝＋7 cm，x2＝－5 cm.振幅A＝10 cm，周期T＝0.2 s，頻率f＝5 Hz.2．依據對圖像的幾何分析判斷質點運動性質(1) 確定質點的振動方向．振動方向判定有兩種方法：①可依據“上坡正，下坡負”，例如圖中的t1、t3時刻，質點正在“上坡”，則其振動方向為正方向；t2時刻，質點正在“下坡”，則其振動方向為負方向．②可用作曲線上某點切線的方法

12、，切線斜率為正則速度方向為正；切線斜率為負則速度方向為負．(2) 質點的速度大小判定有兩種方法：①可依據切線斜率的絕對值大小，斜率的絕對值越大，速度越大；斜率的絕對值越小，速度越?。诳筛鶕\動情況來判斷速度大小，由平衡位置向兩側運動，速度減??；由兩,考點53 簡諧運動,13,側向平衡位置運動，速度增大．例如t1、t2時刻質點遠離平衡位置，速度減小，t3時刻質點靠近平衡位置，速度增大．(3) 比較各時刻質點加速度的大小和方向．由于

13、 ，故可以根據圖像上各個時刻的位移變化情況確定質點加速度的變化情況．例如在圖中t1時刻質點位移x1為正，則加速度a1為負，t2時刻質點位移x2為負，則加速度a2為正，又因為|x1|＞|x2|，所以|a1|＞|a2|.,考點53 簡諧運動,14,返回專題首頁,考點53 簡諧運動,15,考點54 用單擺測定重力加速度,16,(3) 用停表測出擺球擺動30次的時間t，算出周期T；(4) 重復上述步驟，將每次

14、對應的擺長l、周期T填于表中，按公式g＝ 算出每次g值，然后求出結果．4．數據處理根據 的變換公式g＝ 計算出每次g值，然后求出平均值．,考點54 用單擺測定重力加速度,17,考法4　用游標卡尺測小球直徑★(注：游標卡尺的介紹可見本書P232)1．游標卡尺使用方法使測量爪并攏，查看游標尺與主尺零刻線是否對齊，檢查無誤后即可測量．讀數之前要用緊固螺釘把游標尺固定．按

15、下列步驟讀數：(1)以游標尺零刻線位置為準，在主尺上讀取毫米數L.(2)看游標尺上第幾條刻線與主尺上的某一刻線(不管是第幾條刻線)對齊，從游標尺上讀出毫米以下的小數為nΔL，式中n為與主尺某刻線對齊的游標尺第n條刻線，ΔL為該游標卡尺的精確度．(3)最后讀數為L＋nΔL.,18,2．測量讀數 第一步：看游標尺總刻度確定精確度(10分度、20分度、50分度的精確度見表格)；,考點54 用單擺測定重力加速度,19,第二步：讀出游標尺零刻

16、線左側的主尺整毫米數(X)；如例題中為X＝41 mm；第三步：找出游標尺與主尺刻線“正對”的位置，并在游標尺上讀出對齊線到零刻線的小格數(n)(不要估讀)；如例題中為10小格， 即n＝10；第四步：按讀數公式讀出測量值．讀數公式：測量值(L)＝主尺讀數(X)＋游標尺對齊格數(n×精確度)如例題的測量值L＝41 mm＋10×0.02 mm＝41.20 mm，單位換算后其讀數為4.120 cm.,考點54 用單

17、擺測定重力加速度,20,考法5　對實驗操作和理解的考查★★★1．本實驗系統誤差主要來源于單擺模型本身是否符合要求．因此選擇材料時擺線應選擇細而不易伸長的線，比如用單根尼龍線、胡琴絲弦或蠟線等，長度一般不應短于1 m．小球應選用密度較大的金屬球，直徑應較小，最好不超過2 cm.2．擺動時控制擺線偏離豎直方向不超過5°；擺動時，要使之保持在同一個運動平面內，不要形成圓錐擺．,,考點54 用單擺測定重力加速度,21,返回專題首

18、頁,考點54 用單擺測定重力加速度,22,考點55 機械波與波的圖像,1．機械波 (1) 機械波產生的條件有兩個：一是要有做機械振動的物體作為波源；二是要有能夠傳播機械振動的介質．質點的振動方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波．質點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波．(2) 機械波的特點 ①每一質點都以它的平衡位置為中心做簡諧運動；后一質點的振動總是落后于帶動它的前一質點的振動．②波傳播的只是運動(振動)形式和振動

19、能量，介質中的質點并不隨波遷移．,23,2．描述機械波的物理量(1) 波長λ：兩個相鄰的、在振動過程中相對平衡位置的位移總是相同的質點間的距離叫波長．橫波中，兩個相鄰波峰(或波谷)間的距離等于一個波長；縱波中，兩個相鄰密部(或疏部)間的距離等于一個波長．(2) 頻率f：波的頻率由波源的頻率決定，在任何介質中頻率均不變．(3) 波速v：單位時間內波向外傳播的距離．(4) 波速與波長和頻率之間的關系：v＝λf，波速的大小由介質決

20、定．3．振動圖像與波的圖像比較,考點55 機械波與波的圖像,24,振動是一個質點隨時間的推移而呈現的現象，波動是全部質點聯合起來共同呈現的現象．簡諧運動和其引起的簡諧波的振幅、頻率相同，二者圖像有相同的正弦(余弦)曲線形狀，但兩個圖像是有本質區(qū)別的，見表．,考點55 機械波與波的圖像,25,4. 波的干涉和衍射(1) 波的疊加：幾列波相遇時，每列波都能夠保持各自的狀態(tài)繼續(xù)傳播而不互相干擾，只是在重疊的區(qū)域里，任一質點的總位移等于

21、各列波分別引起的位移的矢量和．,考點55 機械波與波的圖像,26,(2) 衍射：波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現象．產生明顯衍射現象的條件是障礙物或孔的尺寸比波長小或與波長相差不多．(3) 干涉：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域相互間隔的現象．產生干涉現象的條件是兩列波的頻率相同．,考點55 機械波與波的圖像,27,考法6　由波的圖像分析波的振動特點和傳播特點★★★波的圖像表示

22、的是波傳播過程中某個時刻各個質點振動的位移，是一瞬間的靜態(tài)圖片，但它包含了一些基本的信息，既有波的傳播特征信息，也有振動特征信息，這是必須掌握的．1．振動信息：從波動圖像中，可以看到各個質點的位移、振幅大?。粢阎ㄋ?，可以通過波長求出振動周期；若已知波的傳播方向可以判斷任一質點振動方向．,28,2．波動信息：從波動圖像中可以看出波長，若已知波速或周期中的任一個可以求出另一個．若已知任一質點的振動方向，可以判斷波的傳播方向．從而可以畫

23、出另一個時刻的波形圖．3．波的傳播方向與質點振動方向的相互判定(1) 帶動法(特殊點法)如圖甲所示，若已知波為向x軸正方向傳播的橫波，那么根據波的形成，靠近波源的點能帶動它鄰近的離波源稍遠的點，可判斷質點P的振動方向．在質點P附近靠近波源一方的圖線上另找一點P′，P′在,考點55 機械波與波的圖像,29,P上方，P′帶動P向上運動，則P向上運動(若P′在P下方，P′帶動P向下運動，則P向下運動)．反過來，若已知質點P沿y

24、軸正方向運動，由于它是跟隨P′運動的，說明波由P′傳向P，即向x軸正方向傳播．(2) 如圖乙所示，已知波的傳播方向，作出經微小時間Δt(Δt<T/4)后的波形(如圖乙中虛線所示)，就知道了各質點經過Δt時間到達的位置，振動方向就知道了．反過來，已知各質點振動方向，沿振動方向描點，畫出下一時刻的波形圖，就能看出波的傳播方向．,考點55 機械波與波的圖像,30,(3) 上下坡法沿波的傳播速度的正方向看，“上坡”的點向下振動，“下

25、坡”的點向上振動，簡稱“上坡下，下坡上”．(見圖丙),考點55 機械波與波的圖像,31,考法7　質點振動圖像與波動圖像相互轉化分析★★★★★波的傳播與質點振動的結合考查，振動圖像與波動圖像的結合考查是高考對本考點最主要的考法，因為波本質是振動的傳播．這類題目主要分成兩類情況：已知一個質點的振動圖像來求某個時刻的波動圖像；已知某時刻的波動圖像與一個質點的振動圖像，來判定質點的位置及相關問題．無論哪種情況，我們首先明確波的圖像是描述波的

26、傳播路徑上,考點55 機械波與波的圖像,32,所有質點的某個時刻的位移狀態(tài)．這個時候的質點振動圖像是波的傳播路徑上某個質點所有時刻的振動變化情況．然后，依據已知條件，突破以下兩個關鍵點，問題就能解決．(1) 定位：依據已知條件明確波的圖像的時刻，依據質點振動圖像找出該時刻質點振動的位移及振動方向．再根據此位移及振動方向，在波動圖像中找出質點，則所有問題將解決；,考點55 機械波與波的圖像,33,(2) 定時：依據已知條件找到波的圖

27、像中質點，讀出位移并判斷振動方向，依據位移到振動圖像中確定該質點處在此位移時的時刻．考法8　波的傳播過程中的波形與振動分析★★★波的傳播過程和路徑中，涉及波形的變化，遠近不同質點的振動狀態(tài)，本考法也是高考中重要的考查方式之一．,考點55 機械波與波的圖像,34,本考點關鍵突破點是：(1)理解波的傳播原理與特點，波是振動的傳播，由振源相繼將振動由近及遠傳播．(2)波傳播的周期規(guī)律，一個振動周期內傳動一個波長，

28、 或v＝λf.每隔整數倍的波長振動相同，每隔奇數倍的波長振動相反．所以計算出波的傳播時間，或兩個質點間的距離與波長的關系，是解決本類問題的關鍵．本考法中，有時會與波的疊加知識綜合，這時會有兩種波傳向一個質點，需要分別計算兩個波源到質點的距離，判斷兩列波傳播到該質點時的振動狀態(tài)，然后矢量疊加．,考點55 機械波與波的圖像,35,返回專題首頁,考點55 機械波與波的圖像,36,考點56 機械振動和機械波的綜合應用,考法9　簡諧運動為

29、背景的力與運動關系的分析★★簡諧運動是機械運動的一種形式，同樣適用于牛頓運動定律、功與能的原理，考試時有時會出現以彈簧振子模型為對象的力學問題，這類問題我們以簡諧運動知識作為背景去解決，會顯得駕輕就熟，但這類問題一般不以考查簡諧運動的特點為主，而更多的是應用到它的動力學特點．主要注意以下幾點：(1)彈簧振子受到的是變力，做變加速運動．(2)若分析力，應關注平衡位置時，加速度為零，受到的合外力為零．運動到最大位移時是運動的臨界點，加速度

30、最大，受到合外力最大．(3)若有關速度、位移的求解，一般應用動能定理或機械能守恒定律求解．,37,考法10　波的傳播過程的多解問題與不確定性★★★波的傳播有一定的周期規(guī)律，這會引起問題的多解，另外波的傳播的方向等條件的不確定也會引起多個可能的解答．這類問題在高考中可能會出現，有一定難度或陷阱題的意思，需要特別注意．具體表現有：1．波形移動的距離x與波長λ的關系不確定，必有系列解，若x與λ有一定的約束關系，可使系列解轉化為有限解或唯

31、一解；2．波形變化的時間Δt與周期T的關系不確定，必有系列解，關鍵式為t＝kT＋Δt，若Δt與T有一定的約束關系，可使系列解轉化為有限解或唯一解；3．波的傳播方向不確定必有兩種可能解；,考點56 機械振動和機械波的綜合應用,38,4．兩質點間的波形不確定形成多解，例如一列簡諧橫波沿水平直線方向向右傳播，M、N為介質中相距為Δx的兩質點，M在左，N在右，t時刻，M、N兩質點正好振動經過平衡位置，而且M、N之間只有一個波峰，經過Δt時