08年内蒙古地区物理学科二轮复习课件8.ppt

第八讲机械振动机械波 第一部分基础知识 回顾第二部分解题方法 例析 复习内容 第一部分 基础知识 机械振动a t 机械波 f 简谐运动1 受力特征f kx2 机械能守恒3 典型模型 1 弹簧振子 2 单摆 简谐运动图象某一质点在各个时刻的位移 是一条正弦曲线 受迫振动f振 f驱共振f驱 f固阻尼振动 波的干涉衍射多普勒效应 简谐波的图象某一时刻各个质点的位移 是一条正弦曲线 振动是波动的根源介质中质点都做振动 知识结构 一 机械振动 2 产生振动的两个条件 物体必须受到回复力的作用 物体在振动过程中受到的阻力要足够小 注意 回复力是指让物体回到平衡位置的力 是效果来命名的 它可以是物体所受的某个力 也可以是物体所受的几个力的合力或某个力的分力 2 简谐运动 振动的描述 f和t的关系 两者均反映振动的快慢 2 简谐运动的图象 注意 它不是振动物体的运动轨迹 只有简谐运动的图象才是正弦或余弦曲线 4 单摆 是实际摆的理想化的物理模型 3 单摆的振动周期 5 振动中的能量转化阻尼振动 6 受迫振动共振 注意 物体作受迫振动时 其振动的频率总是等于驱动力的频率 与物体的固有频率无关 二 机械波 2 机械波的分类 1 横波质点振动方向与波的传播方向垂直的波 2 纵波质点振动方向与波的传播方向在同一直线上的波 例在空气中传播的声波 注意 波的频率由波源决定 与介质无关 波速是由介质决定的 波速与质点振动的速度不同 2 波的图象 b 从图象可确定 振幅 波长 某时刻各质点的位移 若已知波的传播方向 可推知该时刻各质点的振动方向 在已知波的传播方向和波速的情况下 还可推知任一时刻波的图象 注意 振动图像和波动图像的区别和联系 三 波特有的现象 2 条件两列波频率相同 3 波的衍射 1 现象波绕过障碍物继续向前传播的现象 2 发生明显衍射现象的条件 孔 缝的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多 或者比波长更小 4 多普勒效应 由于波源与观察者之间有相对运动 使观察者感到波源频率发生变化的现象 当波源和观察者相互接近时 观察者接收到的频率比波源频率要大 当波源和观察者相互远离时 观察者接收到的频率比波源频率要小 波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数 观察者接收到的频率等于单位时间内接收到的完全波的个数 简谐运动问题常用的解题方法 建立理想化物理模型 利用简谐运动的图象对比分析 运用能量守恒的观点 第二部分 解题方法例析 分析 要判断木块的振动是否为简谐运动 只要判断木块所受回复力是否满足f kx的特点 o 任取木块振动中的某一位置 设位移大小为x 回复力方向与位移方向相反 即f回 kx 所以 木块的振动是简谐运动 回复力大小f回 f2 mg gs h x gsh gsx f2 gs h x 例一弹簧振子做简谐运动 周期为ta 若t时刻和 t t 时刻振子运动位移的大小相等 方向相同 则 t一定等于t的整数倍b 若t时刻和 t t 时刻振子运动速度的大小相等 方向相反 则 t一定等于t 2的整数倍c 若 t t 则在t时刻和 t t 时刻振子运动的加速度一定相等d 若 t t 2 则在t时刻和 t t 时刻弹簧的长度一定相等 所以 选项c正确 取向右的位移为正 由图象可知 a b球在下次到达平衡位置之前 没有相同的位移 即没有相遇的可能 选项c d正确 有钉子时 周期 解 无钉子时 周期t 取摆球在平衡位置时的重力势能为零 由机械能守恒定律 有 显然 2 t 所以 选项a b正确 例把一个筛子用四根弹簧支起来 筛子上装一个电动偏心轮 它每转一周给筛子一个驱动力 这就做成了一个共振筛 筛子在作自由振动时 每次全振动用时2s 在某电压下电动偏心轮转速是36r min 如果增大电压 可以使偏心轮转速提高 增加筛子质量可以增大筛子的固有周期 那么要使筛子的振幅增加 下列做法正确的是a 提高输入电压b 降低输入电压c 增加筛子质量d 减小筛子质量 分析 由共振条件 要增加筛子的振幅 就要使f驱接近f固 f驱 36 60 0 6hz 可见 f固 f驱 故要使两频率接近 则一可降低f驱 也就是降低输入电压 二可增大f固 即减小筛子质量 故b d正确 解 f固 0 5hz 分析由波的叠加原理 在两列波叠加的区域里 任何一个质点的总位移 都等于两列波分别引起的位移的矢量和 周期t v 0 04sa 4cm 路程 所以 选项c正确 分析波能否发生明显衍射 关键在孔缝的尺寸要跟波长相差不多 或者比波长更小 a 若保持狭缝宽度不变 可减小波的频率以增大波长 b 若波源振动频率不变 可将n板向左平移 使缝的宽度减小 所以 b d正确 波动问题的特点及常用的解题方法 1 波动问题的一个显著特点是多解性 形成多解的原因有两个 一是空间和时间上的周期性 二是传播方向的不确定性 2 波动图像问题常用的方法 1 带动法 2 波形平移法 经过 t后 波形图像向波的传播方向平移的距离为 例如图所示 沿波的传播方向上有间距均为1m的六个质点a b c d e f 均静止在各自的平衡位置 一列横波以1m s的速度水平向右传播 t 0时到达质点a a开始由平衡位置向上运动 t 1s时 质点a第一次到达最高点 则在4s t 5s这段时间内a 质点c的加速度逐渐增大b 质点a的速度逐渐增大c 质点d向下运动d 质点f保持静止 分析 关键画出4s t 5s这一时间段内某一时刻的波形曲线 故在t 4s时 波源的振动形式刚好传播到与a相距一个波长的质点e处 即此时质点e正通过平衡位置向上振动 a 质点c的加速度逐渐增大b 质点a的速度逐渐增大c 质点d向下运动d 质点f保持静止 选项acd正确 分析 质点p在t 20s时的振动情况在两图像上的反映是相同的 解 乙图中 t 2s 在t 20s时 质点p正通过平衡位置向上运动 据图甲可判波是向左传播的 又由甲图 100cm 则波速v t 50cm s 选项b正确 a 0 06sb 0 10sc 0 14sd 0 26s 例一根张紧的水平弹性长绳上的a b两点 相距14 0m b点在a点的右方 当一列简谐横波沿此长绳向右传播时 若a点的位移达到正极大时 b点的位移恰为零 且向下运动 经过1 00s后 a点的位移为零 且向下运动 而b点的位移恰达到负极大 则这简谐横波的波速可能等于a 4 67m sb 6m sc 10m sd 14m s n 0 1 2 m 0 1 2 n m 0 1 2 当v 4 67m s时 3m n当v 6m s时 14m 6n 1当v 10m s时 7m 5n 2当v 14m s时 2m 2n 1 选项ac正确 再见 4 振动图像与波动图象的区别和联系 联系 振幅 周期 同一质点在某时刻的振动情况在两图像上的反映是相同的 区别 研究对象 研究内容 坐标含义 直观数据 图像形状随时间的变化情况 据图确定质点的振动方向的方法 解题方法画示意图 利用简谐运动的周期性和对称性 进行分段讨论 解设a b为质点最大位移处若质点从o开始向右运动o m3s m b m2s 若质点开始从 a 运动3s b m2s 即t 4 4s t 16s 质点第三次经过m点所需的时间 t1 t 2s 14s 由对称性 质点从o a o m b3t 4 3s 1s 4s t 16 3s 质点第三次经过m点所需要的时间 t2 t 2s 10 3s 例由原点 处的波源发出的一列简谐波沿x轴正向传播 在t 时刻的波形曲线如图所示 已知这列波的 质点连续出现两次波峰的时间间隔为0 4s 则a 这列波的波长为5mb 这列波的传播速度为10m sc t 0 7s时 质点 第一次到达波峰d 质点 到达波峰时 质点 恰好到达波谷 分析 波的形成过程 也就相当于波形沿着波传播方向平移的过程 t 时刻平衡位置在x 2m处质点正处于波峰 故使 质点第一次到达波峰所需经过的时间 即波峰从x 2m处推进到x 9m处所需时间 两质点相距8m 即两个波长 当两者均已振动时 对平衡位置的位移总是相同的 包括大小和方向 所以 正确选项为b c 例一列横波沿ab方向传播 波的频率为 hz 振幅为 cm 两点间相距 cm 振动方向总是相反 在某时刻 两质点同处于平衡位置 它们之间还有一个波峰 试求波速和波从 点传到