高中物理机械振动机械波知识点总结课件新人教版选修3-4.ppt

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 位移x 由 指向 的有向线段表示振动位移 是矢量 振幅A 振动物体离开平衡位置的 是标量 表示振动的强弱 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 t 3 简谐运动的图象 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 从平衡位置开始计时 函数表达式为x Asin t 图象如左下图 从最大位移处开始计时 函数表达式为x Acos t 图象如右上图 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 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 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 平衡位置振动质点所在位置 最大距离 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 f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 Lcos 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 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 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 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 n x t kT t 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 t左 t右 T x左 x右 如图所示 实线为t时刻波形 虚线为t t时刻波形 4 介质中两