高三物理一轮复习（考情解读+知识通关+题型突破+能力提升）专题17 机械振动与机械波课件.ppt

目录contents 考情精解读 考点1 考点2 考法3 考法2 考法1 考法4 方法1 a 考点全通关 b 题型全突破 c 能力大提升 方法2 考点3 方法3 考法6 考法5 考情精解读 考纲解读 命题趋势 命题规律 物理专题十七机械振动与机械波 简谐运动 简谐运动的公式和图像 单摆 周期公式 受迫振动和共振 机械波 横波和纵波 横波的图像 波速 波长和频率 周期 的关系 波的干涉和衍射现象 多普勒效应 实验一 探究单摆的运动 用单摆测定重力加速度 考纲解读 命题趋势 命题规律 物理专题十七机械振动与机械波 考纲解读 命题规律 命题趋势 物理专题十七机械振动与机械波 考纲解读 命题规律 命题趋势 物理专题十七机械振动与机械波 考纲解读 命题规律 返回目录 1 热点预测预计2018年高考对本部分的考查仍会以定性分析或简单的定量计算为主 难度一般 注意实际生活中与本专题内容相联系的题目 2 趋势分析高考中对本专题的考查以图像为主 考查简谐运动的特点和机械波传播时的空间关系 另外 有关波速的相关计算 波的多解问题 用单摆测重力加速度也要引起重视 命题趋势 物理专题十七机械振动与机械波 考点全通关 考点1机械振动 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 一 振动及描述振动的物理量1 机械振动 物体 或物体的一部分 在某一中心位置两侧所做的往复运动称为机械振动 简称振动 2 回复力 振动物体所受的总是指向平衡位置的力 它可以是某一个力 也可以是几个力的合力或某个力的分力 属于效果力 在具体问题中要注意分析是什么力提供了回复力 3 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 其最大值等于振幅 无论振子从什么位置开始振动 其位移总是以平衡位置为初位置 4 振幅 a 振动物体离开平衡位置的最大距离 是标量 表示振动的强弱 5 周期 t 和频率 f 周期和频率是表示振动快慢的物理量 两者互为倒数关系 当t和f由振动系统本身决定时 叫作固有周期和固有频率 二 简谐运动1 简谐运动 如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数规律 即它的振动图像 x t图像 是一条正弦曲线 这样的振动叫作简谐运动 1 简谐运动是最基本 最简单的振动 2 简谐运动的位移随时间按正弦规律变化 所以简谐运动不是匀速运动 而是变力作用下的运动 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 2 简谐运动的两种模型 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 3 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 t 其中a表示振幅 2 f表示简谐运动的快慢 t 表示简谐运动的相位 叫作初相 相位是描述振动 步调 的一个物理量 若两个振动的步调一致 就说它们的相位是相同的 若不一致 就说它们振动的相位不相同 或说它们存在相位差 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 4 简谐运动的图像 1 从平衡位置开始计时 函数表达式为x asin t 图像如图甲所示 图甲图乙 2 从最大位移处开始计时 函数表达式为x acos t 图像如图乙所示 简谐运动的图像表示的是振子的位移随时间变化的规律 而振子的实际轨迹并非正弦 或余弦 曲线 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 三 阻尼振动和受迫振动1 阻尼振动 1 定义 振幅逐渐减小的振动 2 原因 振动系统要克服阻力做功 其机械能减少 导致振幅减小 3 功能关系 系统减少的机械能用于克服阻力做功 2 受迫振动 1 定义 在外界周期性驱动力作用下的振动 2 频率特征 受迫振动的频率等于f驱 与f固无关 3 振幅特征 驱动力的频率越接近固有频率 振幅越大 当f驱 f固时 振幅最大 这种现象叫作共振 受迫振动达到稳定时 驱动力对系统所做的功及时补偿了系统因克服阻力做功而损失的机械能 振幅保持不变 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 3 自由振动 受迫振动和共振的比较 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 通关秘籍1 物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率 与物体的固有频率无关 2 稳定时物体做受迫振动的振幅由驱动力的频率和物体的固有频率共同决定 两者相差越小 受迫振动的振幅越大 两者相差越大 受迫振动的振幅越小 3 受迫振动系统中的能量转化不再只有系统内部动能和势能的转化 还有驱动力对系统做正功补偿系统因克服阻力做功而损失的机械能 物理专题十七机械振动与机械波 返回目录 4 共振曲线 1 如图所示的共振曲线 曲线表示受迫振动的振幅a 纵坐标 随驱动力频率f 横坐标 的变化而变化 驱动力的频率f跟振动系统的固有频率f0相差越小 振幅越大 驱动力的频率f等于振动系统的固有频率f0时 振幅最大 2 受迫振动中系统能量的转化 做受迫振动的系统机械能不守恒 系统与外界时刻进行能量交换 一 波的形成和传播1 机械波的形成 1 机械振动在介质中的传播形成机械波 简称波 2 机械波的形成条件 有持续振动的波源 有传播振动的介质 有机械波必有机械振动 有机械振动不一定有机械波 已经形成的波跟波源无关 波源停止振动 波继续传播 2 机械波的分类 1 横波 质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波 叫作横波 在横波中 凸起的最高处叫作波峰 凹下的最低处叫作波谷 机械横波只能在固体中传播 不能在液体或气体中传播 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 考点2机械波 2 纵波 质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波 叫作纵波 在纵波中 质点分布最密的位置叫作密部 质点分布最疏的位置叫作疏部 纵波可以在固体中传播 也可以在液体或气体中传播 3 机械波的特点 1 每一质点都以它的平衡位置为中心做简谐运动 后一质点的振动总是落后于带动它的前一质点的振动 2 波传播的只是运动 振动 形式和振动能量 介质中的质点并不随波迁移 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 叫作波长 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 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 二 波的图像1 波的图像 如图所示为一横波的图像 它反映了在波的传播过程中 某一时刻介质中各个质点的位移在空间的分布 简谐波的图像为正弦 或余弦 曲线 2 波的图像的应用根据机械波的传播规律 利用波的图像可判定 1 介质中质点的振幅a和波长 以及该时刻各质点的位移和加速度的方向 2 根据波的传播方向确定该时刻各质点的振动方向 且能画出在 t前 或后 的波形图像 3 根据某一质点的振动方向确定波的传播方向 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 三 波的衍射 干涉和多普勒效应1 波的叠加 几列波相遇时能够保持各自的运动特征继续传播 在它们重叠的区域里 介质中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矢量和 2 波的衍射和波的干涉的比较 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 通关秘籍1 稳定干涉中 振动加强区域和振动减弱区域的空间位置是不变的 加强区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之和 减弱区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之差 2 振动加强的条件是两波源到该区域中心的距离之差等于波长的整数倍 半波长的偶数倍 振动减弱的条件是两波源到该区域中心的距离之差等于半波长的奇数倍 3 只有符合干涉条件的两列波相遇时才能产生干涉现象 任何波都能发生衍射现象 而发生明显衍射现象需要一定的条件 3 多普勒效应 1 多普勒效应 当波源和观察者之间有相对运动时 观察者会感到波的频率发生变化 这种现象叫作多普勒效应 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 2 波源的频率与观察者接收到的波的频率 波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数 观察者接收到的波的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数 3 多普勒效应的产生 当波源和观察者相对于介质都不动时 观察者接收到的波的频率等于波源的频率 波源相对于介质不动 当观察者靠近波源运动时 观察者接收到的波的频率增大 当观察者远离波源运动时 观察者接收到的波的频率减小 且当观察者运动的速度与波速相等时观察者接收不到波 观察者相对于介质不动 当波源接近观察者时 观察者接收到的波的频率增大 当波源远离观察者时 观察者接收到的波的频率减小 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 返回目录 通关秘籍1 发生多普勒效应时 波源的真实频率不会发生任何变化 只是观察者接收到的波的频率发生了变化 2 观察者接收到的波的频率发生变化的原因是观察者与波源之间有相对运动 4 声波 一切振动着发声的物体都叫声源 声源的振动在介质中形成纵波 频率为20hz到20000hz的声波能引起人的听觉 频率低于20hz的声波称为次声波 频率高于20000hz的声波称为超声波 超声波的应用十分广泛 如声呐 b超 探伤仪等 声波在空气中的传播速度约为340m s 声波具有反射 干涉 衍射等波的特有现象 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 考点3实验 用单摆测定重力加速度 2 把细丝线的上端用铁夹固定在铁架台上 把铁架台放在实验桌边 使铁夹伸到桌面以外 让摆球自由下垂 在单摆平衡位置处做上标记 3 用刻度尺测量单摆的摆长 悬点到球心间的距离 4 把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度 然后放开小球让它摆动 用停表测出单摆完成30次或50次全振动的时间 计算出平均完成一次全振动的时间 这个时间就是单摆的振动周期 5 改变摆长 重做几次实验 6 根据单摆的周期公式 计算出每次实验的重力加速度 求出几次实验得到的重力加速度的平均值 7 将测得的重力加速度值与当地的重力加速度值进行比较 分析产生误差的可能原因 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 5 注意事项 1 摆线应选择细 轻且不易伸长的线 长度为1m左右 小球应选用密度较大的金属球 直径应较小 最好不超过2cm 2 单摆悬线的上端应当固定牢固 不可随意卷在铁架台的横杆上 以免振动时摆长改变 3 摆动时控制摆线偏离竖直方向的角度不能太大 4 摆球摆动时 要使摆球保持在同一个竖直平面内 不要形成圆锥摆 5 周期的测量 用停表测出单摆做n 30 50 次全振动所用的时间t 则周期t t n 测量时应从摆球通过最低位置时开始计时 计数 并且开始计时时数 零 以后摆球每从同一方向通过最低位置时计数一次 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 返回目录 6 误差分析 1 本实验的系统误差主要来源于单摆模型本身是否符合要求 即 悬点是否固定 是单摆还是复摆 球 线是否符合要求 摆球摆动时是圆锥摆还是在同一竖直平面内摆动 以及测量哪段长度作为摆长等 2 本实验的偶然误差主要来源于时间 单摆周期 的测量 因此 要注意测准时间 周期 要从摆球通过平衡位置时开始计时 最好采用倒数计时计数的方法 不能多记或漏记摆动次数 为了减小偶然误差 要进行多次测量后取平均值 3 本实验中测量长度 摆线长 摆球的直径 时 读数读到毫米位即可 测量时间时 停表读数的有效数字读到停表的最小刻度 不再往下估读一位 题型全突破 考法1对简谐运动的理解 考法指导1 动力学特征f kx 表示回复力的方向与位移方向相反 k是比例系数 不一定是弹簧的劲度系数 2 运动学特征简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比而方向相反 为变加速运动 远离平衡位置时 x f a ep均增大 v ek均减小 靠近平衡位置时则相反 3 运动的周期性特征相隔t或nt的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 考法示例1如图所示 弹簧下面挂一质量为m的物体 物体在竖直方向上做振幅为a的简谐运动 当物体振动到最高点时 弹簧正好为原长 弹簧在弹性限度内 则物体在振动过程中 a 弹簧的最大弹性势能等于2mgab 弹簧的弹性势能和物体动能总和不变c 物体在最低点时的加速度大小应为2gd 物体在最低点时的弹力大小应为mg 物理专题十七机械振动与机械波 解析因物体振动到最高点时 弹簧正好为原长 此时弹簧弹力等于零 物体的重力mg f回 ka 当物体在最低点时 弹簧的弹性势能最大等于2mga a正确 在最低点 由f回 mg ma知 c错误 由f弹 mg f回得f弹 2mg d错误 由能量守恒知 弹簧的弹性势能和物体的动能 重力势能三者的总和不变 b错误 答案a 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 返回目录 突破攻略分析简谐运动的技巧1 做简谐运动的物体经过平衡位置时 回复力一定为零 但所受合外力不一定为零 2 分析简谐运动中各物理量的变化情况时 一定要以位移为桥梁 位移增大时 振动质点的回复力 加速度 势能均增大 速度 动能均减小 反之 则产生相反的变化 另外 各矢量均在其值为零时改变方向 3 分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 考法2简谐运动的图像 考法指导简谐运动的图像遵从正弦函数规律 从简谐运动的图像中可以获得如下信息 1 振幅a 周期t 2 某一时刻振动质点离开平衡位置的位移 3 某一时刻质点的回复力 加速度和速度的方向 回复力和加速度的方向 因为回复力总是指向平衡位置 所以回复力和加速度在图像上总是指向t轴 速度的方向 速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定 下一时刻位移若增大 振动质点的速度方向就是远离t轴 下一时刻位移若减小 振动质点的速度方向就是指向t轴 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 4 确定各时刻质点的运动方向上图中 在t1时刻 质点正远离平衡位置运动 在t3时刻 质点正向着平衡位置运动 5 比较各时刻质点的加速度的大小和方向上图中 t1时刻质点的位移x1为正 加速度a1为负 两者方向相反 t2时刻质点的位移x2为负 加速度a2为正 两者方向相反 又 x1 x2 所以 a1 a2 6 比较不同时刻质点的势能 动能的大小质点离平衡位置的位移越大 质点所具有的势能越大 动能越小 如上图所示 在t1时刻质点的势能ep1大于t2时刻的势能ep2 而动能ek1 ek2 继续学习 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 物理专题十七机械振动与机械波 返回目录 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 考法3对波的形成与传播的考查 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 考法示例3在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点 相邻两质点间的距离均为l 如图甲所示 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 t第一次出现如图乙所示的波形 求 图甲图乙 1 该波的波长 2 质点振动的周期 3 该波的波速 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 思路分析本题可按以下思路进行求解 物理专题十七机械振动与机械波 返回目录 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 考法4波的多解 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 c 只已知波速而不明确波的传播方向 则应考虑波沿两个方向传播的可能 即沿x轴正方向传播或沿x轴负方向传播 d 只给出两时刻的波形 则有多次重复出现的可能 3 隐含性形成多解在波动问题中 往往只给出完整波形的一部分 或给出几个特殊点 而其余信息均处于隐含状态 这样 波形就有多种情况 造成波动问题的多解性 2 解决波的多解问题的思路一般采用从特殊到一般的思维方法 即找出一个周期内满足条件的关系 t或 x 若此关系为时间 则t nt t n 0 1 2 若此关系为距离 则x n x n 0 1 2 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 考法示例4如图所示 一列简谐横波沿x轴正方向传播 实线表示t 0时刻的波形 虚线表示t 0 7s时刻的波形 则这列波的 a 波长为4mb 周期可能为0 4sc 频率可能为0 25hzd 波速可能为5 7m s 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 返回目录 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 考法5振动和波动的比较 考法指导1 振动和波动的比较 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 波动和振动都是周期性的运动 就整个物体来看 所呈现的现象是波动 而就构成物体的单个质点来看 所呈现的现象是振动 因此 可以说振动是波动的成因 波动是振动在时间和空间上的延伸 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 2 振动图像和波的图像的比较 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 2 振动图像和波的图像的比较区分波的图像和振动图像 关键是看横轴表示的是位移x还是时间t 如果是位移x则为波的图像 如果是时间t则为振动图像 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 考法示例5一列简谐横波某时刻的波形如图甲所示 从该时刻开始计时 波上质点a的振动图像如图乙所示 则 a 这列波沿x轴正方向传播b 这列波的波速是25m s图甲图乙c 从该时刻起经0 4s 质点a通过的路程是16md 从该时刻起 质点p将比质点q后回到平衡位置 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 思路分析本题可按以下思路进行求解 振动图像和波的图像 波的传播方向及波长 周期 波速及其他相关量的判断解析质点a在该时刻之后的位移沿y轴正方向且越来越大 可知质点a正在由平衡位置向上运动 所以波源在a的右边 这列波沿x轴负方向传播 a错误 由图像可知波长为20m 周期为0 8s 所以波速为25m s b正确 从该时刻起经0 4s 即半个周期 质点a通过的路程是2个振幅 为16cm c错误 从该时刻起 质点p将向下运动 质点q将向上运动 故p比q先回到平衡位置 d错误 答案b 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 方法规律1 巧解图像问题求解波动图像与振动图像综合类问题可采用 一分 一看 二找 的方法 1 分清振动图像与波动图像 此问题最简单 只要看清横坐标即可 横坐标为x则为波动图像 横坐标为t则为振动图像 2 看清横 纵坐标的单位 尤其要注意单位前的数量级 3 找准波动图像对应的时刻 4 找准振动图像对应的质点 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 2 图像问题的易错点 1 不理解振动图像与波的图像的区别 2 误将振动图像看作波的图像或将波的图像看作振动图像 3 不知道波传播过程中任意质点的起振方向就是波源的起振方向 4 不会区分波的传播位移和质点的振动位移 5 误认为质点随波迁移 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 考法示例6一列简谐横波沿x轴负方向传播 如图所示 其中图甲是t 1s时的波形图 图乙是该波中某振动质点的位移随时间变化的图像 两图用同一时间起点 图甲图乙 1 图乙可能是图甲中哪个质点的振动图像 填正确选项即可 若该波沿x轴正方向传播 则图乙可能是图甲中哪个质点的振动图像 填正确选项即可 a x 0处的质点b x 1m处的质点c x 2m处的质点d x 3m处的质点 2 设该波沿x轴负方向传播 画出x 3m处的质点的振动图像 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 思路分析题中给出了t 1s时的波形图和介质中某质点的振动图像 可根据波的传播方向和质点振动方向的关系进行分析 解析 1 当t 1s时 由题图乙可知 此时该质点在平衡位置 正要沿y轴负方向运动 由于该波沿x轴负方向传播 由题图甲知此时x 0处的质点在平衡位置 且正沿y轴负方向运动 图丙若该波沿x轴正方向传播 由题图甲可知 t 1s时x 2m处的质点在平衡位置 且正沿y轴负方向运动 2 在t 1s时 x 3m处的质点在正向最大位移处 可得振动图像如图丙所示 答案 1 ac 2 如图丙所示 突破攻略波的图像和振动图像的应用1 判断波的传播方向与质点振动方向的依据是波的传播特点 即后一质点的振动总滞后于前一质点 或前一质点总是带动后一质点振动 任一质点的起振方向都跟波源的起振方向一致 2 利用振动图像和波的图像解决实际问题时 应充分理解两图像的物理意义 将两者结合起来进行分析 这也是解决问题的关键 1 已知波形图和波的传播方向 可以确定质点的振动方向 2 已知质点的振动方向和波的图像 可以确定波的传播方向 物理专题十七机械振动与机械波 返回目录 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 考法6波的干涉 衍射 多普勒效应 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 2 图像法 在某时刻波的干涉的波形图上 波峰与波峰 或波谷与波谷 的交点 一定是加强点 而波峰与波谷的交点一定是减弱点 各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线 形成加强线和减弱线 两种线互相间隔 加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间 2 多普勒效应的成因分析 1 接收频率 观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数 2 当波源与观察者相互靠近时 观察者接收到的频率变大 当波源与观察者相互远离时 观察者接收到的频率变小 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 考法示例7如图是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况 以波源s1 s2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰 实线 和波谷 虚线 s1的振幅a1 4cm s2的振幅a2 3cm 则下列说法正确的是 a 质点d是振动减弱点b 质点a d在该时刻的高度差为14cmc 再过半个周期 质点b c是振动加强点d 质点c的振幅为1cm 解析题图是两列频率相同的相干水波于某时刻的叠加情况 实线和虚线分别表示波峰和波谷 则d点是波谷与波谷相遇点 a点是波峰与波峰相遇点 b c两点是波峰与波谷相遇点 则d点是振动加强点 b c两点是振动减弱点 故a错误 s1的振幅a1 4cm s2的振幅a2 3cm 质点a是处于波峰叠加位置 相对平衡位置高度为7cm 而质点d处于波谷叠加位置 相对平衡位置为 7cm 因此质点a d在该时刻的高度差为14cm 故b正确 b c两点是振动减弱点 再过半个周期 质点b c仍是振动减弱点 故c错误 质点c是波峰与波谷的叠加点 则其合振幅为1cm 故d正确 答案bd点评正确理解波的叠加图样 既要注意图中加强点与减弱点是稳定不变的 也要知道它们是在上下振动的 既要看到静态的图样 也要理解变化的图样 物理专题十七机械振动与机械波 返回目录 能力大提升 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 方法1简谐运动的判定方法 1 物体做简谐运动的特点 1 振动图像是正弦 或余弦 曲线 2 回复力满足f kx 3 在运动过程中的任意位置 系统的机械能守恒 2 简谐运动的判断方法根据简谐运动的特点 判断物体的运动是否是简谐运动 首先要确定运动物体的平衡位置 然后在物体离平衡位置为x处分析出回复力 最后根据简谐运动中回复力的特点进行判定 3 利用f kx判断振动是否是简谐运动的步骤 1 以平衡位置为原点 沿运动方向建立直线坐标系 2 在振动过程中任选一位置 平衡位置除外 对振动物体进行受力分析 3 将力沿振动方向分解 求出振动方向上的合力 4 判定振动方向上的合力与位移是否符合f kx关系即可 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 示例8如图所示 一立方体木块漂浮在平静的水面上 已知立方体的边长为a 质量为m 平衡时其浸在水中的深度为h 水的密度为 现将其稍稍压下 使其浸在水中的深度为b b h 由静止释放后木块将在水面上下振动 试证明在不计阻力的情况下木块的振动是简谐运动 思路分析本题可按以下思路进行分析 确定木块的平衡位置 分析木块位移为x时的受力情况 判断合力f与位移x是否满足f kx 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 返回目录 1 带动法由机械波的产生过程可知 后一个质点的振动是由前一个质点的振动带动的 所以只要找到了前一个质点 靠近波源一方的质点 的位置 就可以判断后一个质点的振动方向 如果前一个质点在上方 则后一个质点的振动方向就向上 反之就向下 示例9如图所示为一列向左传播的简谐横波在某一时刻的波形图 判断波形图上p点的振动方向 解析因为该波的传播方向向左 故p质点的前一个质点在p质点的右边 该时刻p质点的前一个质点的实际位置在p点的右上方 所以p点向上振动 答案向上 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 方法2判断质点振动方向的常用方法 物理专题十七机械振动与机械波 2 微平移法微平移法是作出经微小时间 t t t 4 后的波形 由波形就可以知道各质点经过 t时间到达的位置 质点的振动方向就可以确定 示例10如图所示是某一简谐波在某时刻的波形图 由图可知 a 若波向右传播 则质点b正向右运动b 若波向右传播 则质点c正向左运动c 若波向左传播 则质点d正向下运动d 若波向左传播 则质点b正向上运动 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 解析波动的实质是介质中的各质点在自己的平衡位置附近振动 质点并不随波迁移 选项a b错误 当波向左传播时 根据微平移法 将实线波形向左微平移 x 得如图中虚线所示波形 可见波形平移后质点b d的新位置在原位置的下方 故质点b d的振动方向 运动方向 都向下 选项c正确 d错误 答案c 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 3 上下坡 法 上下坡 法是把波形看成凹凸的路面 顺着传播方向看 上坡时质点的振动方向向下 下坡时质点的振动方向向上 如图所示 因波的传播方向向左 则p点处在下坡段 由 上下坡 法得p点的振动方向向上 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 示例11如图所示是一列简谐波在某时刻的波形图 波沿x轴的负方向传播 就图中标明的质点而言 速度为正 加速度为负的质点是 a pb qc rd s解析因波沿x轴的负方向传播 质点r s处在下坡段 由 上下坡 法得 质点r s的振动方向都向上 即质点r s的速度方向与y轴正方向一致 所以它们的速度都为正 而质点r的加速度方向向上 与y轴正方向一致 加速度为正 质点s的加速度方向向下 与y轴正方向相反 加速度为负 同理可以判断质点p和q的振动方向都向下 速度都为负 故选项d正确 答案d 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 4 同侧 法 同侧 法的意思是 波的传播方向与质点的振动方向必须在波形的同一侧 如图所示 因波向左传播 要使质点p的振动方向与波的传播方向在波形的同一侧 质点p的振动方向只能向上 示例12如图所示为一横波在某一时刻的波形图 已知质点f此时的振动方向如图中所示 则 a 波向右传播b 此时质点h和f的运动方向相同c 质点c比质点b先回到平衡位置d 此时速度数值最大的质点是a e i 解析因质点f的振动方向向下 由 同侧 法得 波的传播方向向左 选项a错误 由 同侧 法可以判断 此时质点h的振动方向向上 与质点f的振动方向相反 选项b错误 同理 此时质点b的振动方向向上 质点b要先到达最大位移处 然后再运动到平衡位置 所以质点c比b先回到平衡位置 选项c正确 因为质点到达平衡位置时速度最大 所以选项d正确 答案cd 物理专题十七机械振动与机械波 返回目录 由质点的振动图像附加一定条件便可画出它所在介质中参与振动的质点在某时刻的波形图 若给出波形图 附加一定条件便可画出任一质点的振动图像 1 由波的图像画振动图像给出波的图像 附加波的传播方向便可粗略画出任一质点的振动图像 周期t未知 如果再给出波速 便可准确画出任一质点的振动图像 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 方法3有关波的图像的几个问题 物理专题十七机械振动与机械波 示例13如图所示 简谐横波a沿x轴正方向传播 简谐横波b沿x轴负方向传播 波速都是10m s 振动方向都平行于y轴 t 0时刻 这两列波的波形如图所示 下列选项是平衡位置在x 2m处的质点从t 0开始在一个周期内的振动图像 其中正确的是 继续学习 物理专题十七机械振动与机械波 继续学习 思路分析本题可按以下思路进行判断 t 0时x 2m处质点的振动方向 x 2m处质点振动的最大位移 结合选项进行判断解析沿着波的传播方向看去 上坡下 下坡上 则两列波上平衡位置x 2m处的质点在t 0时刻都沿y轴正方向振动 由t v可知两列波的周期相同 则两列波