高中物理选修3-4知识点机械振动与机械波解析及高中物理选修3-5动量守恒定律的应用

13/21机械振动与机械波简谐振动一、学习目标1.了解什么是机械振动、简谐运动2.正确理解简谐运动图象的物理含义，知道简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线。二、知识点说明1.弹簧振子(简谐振子)：(1)平衡位置：小球偏离原来静止的位置；(2)弹簧振子：小球在平衡位置附近的往复运动，是一种机械运动，这样的系统叫做弹簧振子。(3)特点：一个不考虑摩擦阻力，不考虑弹簧的质量，不考虑振子的大小和形状的理想化的物理模型。2.弹簧振子的位移—时间图像弹簧振子的s—t图像是一条正弦曲线，如图所示。3.简谐运动及其图像。(1)简谐运动：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。(2)应用：心电图仪、地震仪中绘制地震曲线装置等。三、典型例题例1：简谐运动属于下列哪种运动()A．匀速运动

B．匀变速运动C．非匀变速运动

D．机械振动解析：以弹簧振子为例，振子是在平衡位置附近做往复运动，并且平衡位置处合力为零，加速度为零，速度最大．从平衡位置向最大位移处运动的过程中，由F＝－kx可知，振子的受力是变化的，因此加速度也是变化的。故A、B错，C正确。简谐运动是最简单的、最基本的机械振动，D正确。答案：CD简谐运动的描述一、学习目标1．知道简谐运动的振幅、周期和频率的含义。2．知道振动物体的固有周期和固有频率，并正确理解与振幅无关。二、知识点说明1.描述简谐振动的物理量，如图所示：(1)振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离，。(2)全振动：振子向右通过O点时开始计时，运动到A，然后向左回到O，又继续向左达到，之后又回到O，这样一个完整的振动过程称为一次全振动。(3)周期：做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间，符号T表示，单位是秒(s)。(4)频率：单位时间内完成全振动的次数，符号用f表示，且有，单位是赫兹(Hz)，。(5)周期和频率都是表示物体振动快慢的物理量，周期越小，频率越大，振动越快。(6)相位：用来描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态。2.简谐运动的表达式：。(1)理解：A代表简谐运动的振幅；叫做简谐运动的圆频率，表示简谐运动的快慢，且；(代表简谐运动的相位，是t=0时的相位，称作初相位或初相；两个具有相同频率的简谐运动存在相位差，我们说2的相位比1超前。(2)变形：三、典型例题例1：某振子做简谐运动的表达式为x＝2sin(2πt＋6π)cm则该振子振动的振幅和周期为()A．2cm1s

B．2cm2πsC．1cmπ6s

D．以上全错解析：由x＝Asin(ωt＋φ)与x＝2sin(2πt＋6π)对照可得：A＝2cm，ω＝2π＝2πT，∴T＝1s，A选项正确。答案：A例2：周期为2s的简谐运动，在半分钟内通过的路程是60cm，则在此时间内振子经过平衡位置的次数和振子的振幅分别为()A．15次，2cmB．30次，1cmC．15次，1cm

D．60次，2cm解析：振子完成一次全振动经过轨迹上每点的位置两次(除最大位移处)，而每次全振动振子通过的路程为4个振幅。答案：B例3：一简谐振子沿x轴振动，平衡位置在坐标原点。t=0时刻振子的位移x=-0.1m；t=s时刻x=0.1m；t=4s时刻x=0.1m。该振子的振幅和周期可能为()A．0.1m，B．0.1m，8sC．0.2m，D．0.2m，8s△t1△t2解析：t=s和t=4s两时刻振子的位移相同，第一种情况是此时间差是周期的整数倍，当n=1时T=s。在s△t1△t2第二种情况是此时间差不是周期的整数倍，则，当n=0时T=8s，且由于是的二倍说明振幅是该位移的二倍为0.2m。如图答案D。答案：AD简谐运动的回复力和能量一、学习目标1.掌握简谐运动的定义。2.了解简谐运动的运动特征。3.掌握简谐运动的动力学公式。4.了解简谐运动的能量变化规律。二、知识点说明1.简谐运动的回复力：(1)如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动，力的方向总是指向平衡位置，所以称这个力为回复力。(2)大小：，k是弹簧的劲度系数，x是小球的位移大小。2.简谐运动的能量：(1)振子速度在变，因而动能在变；弹簧的伸长量在变，弹性势能在变。(2)变化规律：位置AOB位移的大小最大减小0增大最大速度的大小0增大最大减小0动能0增大最大减小0势能最大减小0增大最大总能(理想化)不变不变不变不变不变总结：A总机械能=任意位置的动能+势能=平衡位置的动能=振幅位置的势能；B弹簧振子在平衡位置的动能越大，振动的能量就越大；振幅越大，振幅位置的势能就越大，振动的能量就越大。三、典型例题例1：关于回复力，下列说法正确的是()A．回复力是指物体离开平衡位置时受到的指向平衡位置的力B．回复力是按力的作用效果命名的，它可能由弹力提供，也可能由摩擦力提供C．回复力可能是某几个力的合力，也可能是某一个力的分力D．振动物体在平衡位置时，其所受合力为零解析：选ABC.由回复力定义可知选项A正确；回复力是物体在振动方向上受到的合力，并不一定是物体所受合力，所以平衡位置是回复力为零的位置，并不一定是合力为零的位置，D选项错误；回复力是效果力，它可以由一个力来提供，也可以由几个力的合力来提供，B、C选项正确例2：弹簧振子做简谐运动时，下列说法中正确的是()A．加速度最大时，速度也最大B．位移相同时速度一定相同C．加速度减小时，速度一定增大D．速度相同时位移也一定相同解析：选C.加速度最大时，速度为零，A错误．位移相同时，速度方向可能不同，B错误，加速度减小时，振子向平衡位置运动，速度增大，C正确．速度相同时，振子的位移也可能方向相反，D错误。例3：一简谐横波以4m/s的波速沿x轴正方向传播。已知t=0时的波形如图所示，则A．波的周期为1sB．x=0处的质点在t=0时向y轴负向运动C．x=0处的质点在t=s时速度为0D．x=0处的质点在t=s时速度值最大解析：由波的图像可知，半个波长是2m，波长是4m，周期是，A正确。波在沿x轴正方向传播，则x=0的支点在沿y轴的负方向运动，B正确。x=0的质点的位移是振幅的一半，则要运动到平衡位置的时间是，则时刻x=0的质点越过了平衡位置速度不是最大，CD错误。答案：AB单摆一、学习目标1.知道什么是单摆；2.理解单摆振动的回复力来源及做简谐运动的条件；3.知道单摆的周期和什么有关，掌握单摆振动的周期公式，并能用公式解题。二、知识点说明1.定义：用一根绝对挠性且长度不变、质量可忽略不计的线悬挂一个质点，在重力作用下在铅垂平面内作周期运动，就成为单摆。2.回复力：，其中x为摆球偏离平衡位置的位移。3.周期：简谐运动的周期T与摆长l的二次方根成正比，与重力加速度g的二次方根成反比，而与振幅、摆球的质量无关，表达式。4.应用：利用单摆测量重力加速度。由单摆的周期公式得到，测出单摆的摆长l、周期T，就可以求出当地的重力加速度。5.实验探求单摆周期与摆长的关系注意事项：(1)摆的振幅不要太大，即偏角较小，不超过5°(现在一般认为是小于10°)，这时才能看做是简谐振动。(2)摆线要尽量选择细的、伸缩性小的，并且尽可能长点；(3)摆球要尽量选择质量大的、体积小的；(4)悬挂时尽量使悬挂点和小球都在竖直方向；(5)细线的长度和小球的半径作为摆长的测量值；(6)小球在平衡位置时作为计时的开始与终止更好一些。三、典型例题例1：如图所示的单摆，摆球a向右摆动到最低点时，恰好与一沿水平方向向左运动的粘性小球b发生碰撞，并粘接在一起，且摆动平面不变.已知碰撞前a球摆动的最高点与最低点的高度差为h，摆动的周期为T，a球质量是b球质量的5倍，碰撞前a球在最低点的速度是b球速度的一半.则碰撞后()A.摆动的周期为TB.摆动的周期为TC.摆球的最高点与最低点的高度差为0.3h D.摆球的最高点与最低点的高度差为0.25h解析：碰撞前后摆长不变，由T=2π知，摆动的周期不变.若a球质量为M，速度为v，则B球质量为Mb=，vb=2v，由碰撞过程动量守恒得：Mv-Mbvb=(M+Mb)v′代入数值解得：v′=v因为h=所以h′==h.答案：D例2：一单摆做小角度摆动，其振动图象如图所示，以下说法正确的是()A.t1时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最小B.t2时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最小C.t3时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最大D.t4时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最大解析：由振动图线可看出，t1时刻和t0时刻，小球偏离平衡位置的位移最大，此时其速度为零，悬线对它的拉力最小，故A、C错；t2和t4时刻，小球位于平衡位置，其速度最大，悬线的拉力最大，故B错，D对。例3：如图所示，A、B分别为单摆做简谐振动时摆球的不同位置，其中，位置A为摆球摆动的最高位置，虚线为过悬点的竖直线.以摆球最低位置为重力势能零点，则摆球在摆动过程中()A.位于B处时动能最大B.位于A处时势能最大C.在位置A的势能大于在位置B的动能D.在位置B的机械能大于在位置A的机械能解析：小球在摆动过程中，只有重力做功，机械能守恒，即A点的重力势能等于B点动能和势能的和。答案：BC外力作用下的振动学习目标1.知道阻尼振动和无阻尼振动，并能从能量的观点给予说明。2.知道受迫振动的概念。知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关。二、知识点说明1.固有频率：如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为固有频率。2.阻尼振动：(1)定义：振幅逐渐减小的振动；(2)原因：系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来。(3)特点：阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼越小，振幅减小得越慢。3.受迫振动：(1)自由振动：物体在系统内部回复力作用下产生的振动；(2)驱动力：系统受到的周期性的外力；(3)受迫振动：系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动。(4)不管系统的固有频率如何，它做受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率，与系统的固有频率无关。4.共振：驱动力频率f等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。三、典型例题例1：在接近收费口的道路上安装了若干条突起于路面且与行驶方向垂直的减速带，减速带间距为10m，当车辆经过减速带时会产生振动。若某汽车的固有频率为1.25Hz，则当该车以_________m/s的速度行驶在此减速区时颠簸得最厉害，我们把这种现象称为_________。解析：汽车每经过一个减速带时，减速带都给汽车一个向上的力，这个力使汽车上下颠簸，当这个力的频率等于汽车的固有频率

时，汽车发生共振，振动最厉害。答案：

12.5，共振例2：下列说法正确的是()A．实际的自由振动必然是阻尼振动B．在外力作用下的振动是受迫振动C．阻尼振动的振幅越来越小D．受迫振动稳定后频率与自身物理条件无关解析：实际的自由振动，必须不断克服外界阻力做功而消耗能量，振幅会逐渐减小，必然是阻尼振动，故A、C正确；只有在周期性外力(驱动力)的作用下物体所做的振动才是受迫振动，B错；受迫振动稳定后的频率由驱动力的频率决定，与自身物理条件无关，D对。答案：ACD例3：A、B两个单摆，A摆的固有频率为f，B摆的固有频率为4f，若让它们在频率为5f的驱动力作用下做受迫振动，那么A、B两个单摆比较()A．A摆的振幅较大，振动频率为fB．A摆的振幅较大，振动频率为5fC．B摆的振幅较大，振动频率为5fD．B摆的振幅较大，振动频率为4f解析：A、B两单摆都做受迫振动，振动的频率等于驱动力的频率5f。B摆的固有频率更接近5f，故B摆振幅较大，C正确，A、B、D错误。答案：C波的形成与传播一、学习目标1.知道直线上机械波的形成过程。2.知道什么是横波，波峰和波谷。3.知道什么是纵波，密部和疏部。二、知识点说明1.波的形成：振动的传播称为波动，简称波。2.横波和纵波：(1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波；凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷。(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；质点分布最密的位置叫密部，质点分布最疏的位置叫疏部。3.机械波：(1)介质：波借以传播的物质，如绳、弹簧、水、空气等，介质本身不随波一起传播。(2)机械波：机械振动在介质中传播形成了机械波。4.应用：波既能传播能量，又能传播信息。三、典型例题例1：关于横波和纵波，下列说法正确的是()A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波B．质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫纵波C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部D．地震波是横波，声波是纵波答案：ABC解析：根据横波和纵波的定义知A、B、C正确；声波是一种纵波，但地震波中既有横波又有纵波，D选项错误，故选A、B、C。例2：一个小石子投向平静的湖面中心，会激起一圈圈波纹向外传播，如果此时水面上有一片树叶，下列对树叶运动情况的叙述正确的是()A．树叶慢慢向湖心运动B．树叶慢慢向湖岸漂去C．在原处上下振动D．沿着波纹做圆周运动解析：由于波在传播过程中，只传递振动能量和波源所发出的信息，而各质点不随波迁移，只在各自的位置附近做振动，故选C。答案：C例3：在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音未绝”，分析其原因是()A．大钟的回声B．大钟在继续振动，空气中继续形成声波C．人的听觉发生“暂留”的缘故D．大钟虽停止振动，但空气仍在振动解析：停止对大钟的撞击后，大钟做阻尼振动，仍在空气中形成声波；另一个方面即使大钟停止振动，空气中已形成的机械波也仍在传播．随着能量的减弱，钟声逐渐消失。答案：B例4：下图是某绳上波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐振动，带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动由绳的左端传到右端．已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝eq\f(T,4)时，质点1到达最上方，质点5开始向上运动。问：(1)t＝eq\f(T,2)时，质点8、12、16的运动状态(是否运动，运动方向)如何？(2)t＝eq\f(3,4)T时，质点8、12、16的运动状态如何？(3)t＝T时，质点8、12、16的运动状态如何？解析：由于质点间的相互作用，前面的质点总是带动后面的质点振动，所以后面的质点总是滞后于前面的质点。(1)t＝eq\f(T,2)时，质点8未达到最高点，正在向上振动，质点12、16未动。(2)t＝eq\f(3,4)T时，质点8正在向下振，质点12向上振动，质点16未振动。(3)t＝T时，质点8、12正在向下振动，质点16向上振动。波的图像一、学习目标1.知道波的图象，知道横、纵坐标各表示什么物理量，知道什么是简谐波。2.知道什么是波的图象，能在简谐波的图象中读出质点振动的振幅。二、知识点说明1.形状：波的图象的形状是正（余）弦曲线。2.意义：波的图象反映的是波的传播过程中某一时刻各个质点相对于各自的平衡位置的位移情况：3.作用：利用波的图象通常可以解决如下问题：(1)从图象中可以看出波长；(2)从图象中可以看出各质点振动的振幅A；(3)从图象中可以看出该时刻各质点偏离平衡位置的位移情况；(4)从图象中可以间接地比较各质点在该时刻的振动速度、动能、势能、回复力、加速度等量的大小；(5)如波的传播方向已知，则还可以由图象判断各质点该时刻的振动方向以及下一时刻的波形；(6)如波的传播速度大小书籍，更可利用图象所得的相关信息进一步求得各质点振动的周期和频率；

4.振动图像与波的图像之间的区别与联系1.相同点：两者都是按正弦或余弦规律变化的曲线，振动图像和波的图像中的纵坐标均表示质点离开平衡位置的位移，纵坐标的最大值均表示质点的振幅。2.不同点：(1)横轴坐标的意义不同：波的图像中横轴表示各个质点的平衡位置到原点的距离；振动图像中横轴表示该质点振动的时间。(2)物理意义不同：波动图像表示某一时刻各个质点离开平衡位置的距离；振动图像描述的是某一质点在不同时刻离开平衡位置的位移。(3)最大值间距的含义不同：波的图像中相邻的最大值之间的间隔等于波长；振动图像中相邻的最大值之间的间隔等于周期。三、典型例题例1：如图所示，（1）为某一波在t＝0时刻的波形图，（2）为参与该波动的P点的振动图象，则下列判断正确的是A.该列波的波速度为4m／s；B．若P点的坐标为xp＝2m，则该列波沿x轴正方向传播C．该列波的频率可能为2Hz；D．若P点的坐标为xp＝4m，则该列波沿x轴负方向传播；解析：当一列波某一时刻的波动图象已知时，它的波长和振幅就被唯一地确定，当其媒质中某质点的振动图象已知时，这列波的周期也就被唯一地确定，所以本题中的波长λ、周期T、波速v均是唯一的．由于质点P的坐标位置没有唯一地确定，所以由其振动图象可知P点在t＝0后的运动方向，再由波动图象确定波的传播方向由波动图象和振动图象可知该列波的波长λ=4m，周期T＝1．0s，所以波速v＝λ／T＝4m／s。由P质点的振动图象说明在t=0后，P点是沿y轴的负方向运动：若P点的坐标为xp＝2m，则说明波是沿x轴负方向传播的；若P点的坐标为xp＝4m，则说明波是沿x轴的正方向传播的．该列波周期由质点的振动图象被唯一地确定，频率也就唯一地被确定为f＝l／t＝0Hz．综上所述，只有A选项正确。答案：A例2：如图所示，甲为某一波动在t=1．0s时的图象，乙为参与该波动的P质点的振动图象（1）说出两图中AA/的意义？（2）说出甲图中OA/B图线的意义？（3）求该波速v=？（4）在甲图中画出再经3．5s时的波形图（5）求再经过3．5s时p质点的路程S和位移解析：甲图中AA/表示A质点的振幅或1．0s时A质点的位移大小为0．2m，方向为负．乙图中AA/’表示P质点的振幅，也是P质点在0．25s的位移大小为0．2m，方向为负。（2）甲图中OA/B段图线表示O到B之间所有质点在1．0s时的位移、方向均为负．由乙图看出P质点在1．0s时向一y方向振动，由带动法可知甲图中波向左传播，则OA/间各质点正向远离平衡位置方向振动，A/B间各质点正向靠近平衡位置方向振动．（3）甲图得波长λ＝4m，乙图得周期T＝1s所以波速v=λ/T=4m/s（4）用平移法：Δx＝v·Δt＝14m＝（3十½）λ所以只需将波形向x轴负向平移½λ=2m即可，如图所示：（5）求路程：因为n==7，所以路程S=2An=2×0·2×7=2。8m求位移：由于波动的重复性，经历时间为周期的整数倍时．位移不变，所以只需考查从图示时刻，p质点经T/2时的位移即可，所以经3．5s质点P的位移仍为零。波长、频率和波速一、学习目标1.什么是波的波长，能在波的图象中求出波长。2.什么是波传播的周期（频率），理解周期与质点振动周期的关系。3.决定波的周期的因素，并知道其在波的传播过程中的特点。二、知识点说明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，用λ表示。(1)在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长；(2)在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长。2.周期或频率：(1)定义：在波动中，各个质点的振动周期或频率是相同的，它们都等于波源的振动周期或频率，也叫做波的周期或频率。(2)公式：；f表示频率，v表示波速，λ表示波长，T表示周期。3.波速：(1)机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，在不同的介质中，波速是不同的；(2)公式适用于机械波，也适用于电磁波。(3)机械波从一种介质进入另一种介质，频率并不改变，但波速变了，所以波长会改变。三、典型例题例1：关于机械波的概念，下列说法中正确的是（）A．质点振动的方向总是垂直于波传播的方向B．简谐波沿长绳传播，绳内相距半个波长的两质点振动位移的大小相等C．任一振动质点每经过一个周期，沿波的传播方向移动一个波长D．相隔一个周期的两个时刻，简谐波的图象相同解析：波有纵波和横波两种，横波的质点振动方向总与波传播方向垂直，而纵波的质点振动方向则与波传播方向一致，所以选项A是错误的。相距半波长的两个质点振动的位移大小相等，方向相反，所以选项B是正确的。振动在传播过程中，各质点均在自己的平衡位置附近振动，并不沿传播方向移动，所以选项C是错误的。相隔一个周期的两个时刻，各质点的振动状态是相同的，则这两个时刻简谐波的波形图象是相同的，故选项D正确。答案：BD例2：一列简谐波，在时刻的波形如图所示，自右向左传播，已知在s时，P点出现第二次波峰，Q点坐标是（－7，0），则以下判断中正确的是()A．质点A和质点B，在时刻的位移是相等的B．在时刻，质点C向上运动C．在s末，Q点第一次出现波峰D．在s末，Q点第一次出现波峰解析：由图像知，时刻，质点A．B位移大小相等，但方向相反；用“特殊点法”易判断出C点在时刻向上运动，故B正确。由s时，P点出现第二次波峰且时刻P点向下运动，可判定，∴。时刻A的振动状态（波峰）第一次传播到Q点时，需要的时间是，C项正确。答案：BC例3：如图所示的实线是某时刻的波形图象，虚线是经过0.2s时的波形图象。（1）假设波向左传播，求它传播的可能距离。（2）若这列波向右传播，求它的最大周期。（3）假定波速是35m/s，求波的传播方向。解析：波从实线传到虚线可能向左传播，也可能向右传播，可能在一个周期内，也可能在几个周期内。向左传播时传播的距离为：s=（n+）λ=（n+）×4m（n=0、1、2…）可能值有3m、7m、11m…（2）根据t=（n+）T得：T=，在所有可能的周期中，当n=0时最大，故Tm=0.8s。（3）播在0.2s传播的距离s=vt=7m，等于s/λ=7/4=个波长，故可知波向左。波的衍射和干涉一、学习目标1.知道什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件。2.知道波的叠加原理。3.知道什么是波的干涉现象和干涉图样。4.知道衍射和干涉现象也是波所特有的现象。二、知识点说明1.波的衍射：(1)概念：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。(2)条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多，或者比波长更小时才能观察到明显的衍射现象。(3)一切波都能发生颜色，衍射是波特有的现象。2.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，介质的支点同时参与这几列波引起的振动，支点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。3.波的干涉：(1)概念：频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小，这种现象叫做波的干涉。(2)条件：两列波的频率必须相同；两个波源的相位差必须保持不变。(3)特点：A振动的相位相同的点，两列波在这点的相位差保持不变，因此两列波引起的振动总是相互加强的，质点振动的振幅最大；B振动的相位相反的点，两列波在这点的相位差保持不变，所以它们在这点引起的振动总是相互削弱的，振幅最小，振幅之和等于0；4.干涉和衍射是波——水波、声波、电磁波等一切波所特有的现象。三、典型例题例1：下列说法中正确的是()A．孔的尺寸比波长大得多时不会发生衍射现象B．孔的尺寸比波长小才发生衍射现象C．只有孔的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象D．只有波才有衍射现象解析：波绕过障碍物的现象称为波的衍射现象，发生明显衍射的条件是孔或障碍物尺寸跟波长差不多或者比波长更小。孔径大并不是不发生衍射，只是更突出原波的传播，波面只有边缘有变化。换句话说，波的衍射现象不明显，所以A、B项错，C项正确。衍射现象是波的特有的现象，所以D项正确。答案：选CD例2：两列波相叠加发生了稳定的干涉现象，那么()A．两列波的频率不一定相同B．振动加强区域的各质点都在波峰上C．振动加强的区域始终加强，振动减弱的区域始终减弱D．振动加强的区域和振动减弱的区域不断地周期性地交换位置解析：两列波发生稳定的干涉的条件是两列波的频率相同且相位差恒定，故A错；且振动加强区始终加强，振动减弱区始终减弱，形成稳定的干涉图样，C对D错；振动加强区域的各质点只是振幅最大，它们也在自己的平衡位置附近振动，并不是只在波峰上，B错。答案：C例3：当两列波产生干涉时，如果两列波的波峰在P点相遇，下列说法正确的是()A．质点P的振动始终是加强的B．质点P的振幅最大C．质点P的位移始终最大D．质点P的位移有时为零解析：依题意两列波满足干涉条件，其波峰相遇点P一定是加强点，且振动是始终加强的，合振幅最大。但需要注意的是，加强点不能理解为位移始终是最大的，而是指两列波在振动过程中始终是加强的，这个加强点的位移有时可能为零，有时可能最大。故选项A、B、D正确。答案：ABD例4：如图所示，在同一均匀介质中有S1和S2两个波源，这两个波源的频率、振动方向均相同，且振动的步调完全一致，S1与S2之间相距为4m，若S1、S2振动频率均为5Hz，两列波的波速均为10m/s，B点为S1和S2连线的中点，今以B点为圆心，以R＝BS1为半径画圆。(1)该波的波长为多少？(2)在S1、S2连线之间振动加强的点有几个？(3)在该圆周上(S1和S2两波源除外)共有几个振动加强的点？解析：(1)由公式λ＝eq\f(v,f)，得λ＝eq\f(10,5)m＝2m。(2)在S1、S2连线上任选一点A，则：|S1A－S2A|<4＝2λ即－2λ<Δx<2λ由加强的条件：Δx＝nλ得：－2<n<2故n＝－1，0，1，即3个加强点。(3)如上图，A、B、C三点为振动加强的点，过A、B、C三点作三条加强线(表示三个加强区域)交于圆周上A1、A2、B1、B2、C1、C2六个点，显然这六个点也为加强点，故圆周上共有六个加强点。答案：(1)2m(2)3(3)6多普勒效应一、学习目标1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别。2.知道什么是多普勒效应。3.能运用多普勒效应解释一些物理现象。二、知识点说明1.概念：波源与观察者相互靠近或者相互原理时，接受到的波的频率都会发生变化，这种现象叫做多普勒效应。2.特点：波在波源移向观察者时接受频率变高，而在波源原理观察者时接收频率变低。3.产生原因：声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。3.应用：不仅仅适用于声波，也适用所有类型的波，包括电磁波。医学应用D超，彩超，彩色多普勒超声等等。三、典型例题例1：医院有一种先进的检测技术——彩超，向病人体内发射频率已精确掌握的超声波.超声波经血液反射后被专用仪器接收，测出反射波的频率变化，就可以知道血液的流速.这一技术主要体现了哪一种物理现象（）A.多普勒效应B.波的衍射C.波的干涉D.共振解析：由于血液流动，接收到的反射波与发射波频率相比发生了变化，具备由于相对运动，接收到的反射波比发射波频率变大或变小特征，因此是利用了多普勒效应，故选A。答案：A例2：公路巡警开车在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波，结果该电磁波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时的低。(1)此现象属于()A．波的衍射B．波的干涉C．多普勒效应D．波的反射(2)若该路段限速为100km/h，则该车是否超速？(3)若该轿车以20m/s的速度向前行进，反射回的频率应怎样变化？解析：(1)巡警车接收到的电磁波频率比发出时的低，此现象为多普勒效应，选C。(2)因警车接收到的频率低，由多普勒效应知警车与轿车在相互远离，而警车车速恒定又在后面，可判断轿车车速比警车车速大，故该车超速。(3)若该轿车以20m/s的速度向前行进，由于警车速度大于轿车速度，此时警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的频率应变高。答案：(1)C(2)超速(3)变高例3：下列说法不正确的是()A.若声波波源向观察者靠近，则观察者接收到的声波频率减小B.声波击碎玻璃杯的实验原理是共振C.超声波在水中传播的距离要比光波远得多D.“闻其声而不见其人”是声波的衍射现象解析：由多普勒效应可知，若声波波源向着观察者运动，则观察者接收到的声波频率增大，A错；声波击碎玻璃杯是声波频率与玻璃杯的固有频率相同，玻璃杯发生共振导致破碎，B正确；由于水对光波吸收比对声波吸收多，所以超声波在水中传播的距离比光波在水中传播的距离要远得多，C正确；“闻其声而不见其人”是声波的衍射现象，D对。答案：A惠更斯原理一、学习目标1.理解波面和波线的概念并会确定波面和波线2.掌握惠更斯原理3.知道入射角、反射角、折射角和折射率的概念4.掌握反射和折射定律并会应用解题二、知识点说明1.波面和波线：(1)波面：任何振动状态相同的点组成的一个个圆，这些圆就叫做波面；(2)波线：与波面垂直的那些代表波的传播方向的线。2.惠更斯原理：(1)内容：介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。(2)理解光的反射：(3)理解光的折射：三、典型例题例1：一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则()A．声波频率不变，波长变小B．声波频率不变，波长变大C．声波频率变小，波长变大D．声波频率变大，波长不变答案：B例2：下列说法中不正确的是()A．只有平面波的波面才与波线垂直B．任何波的波线与波面都相互垂直C．任何波的波线表示波的传播方向D．有些波的波面表示波的传播方向解析：不管是平面波，还是球面波，其波面与波线均垂直，选项A错误，选项B正确，只有波线才表示波的传播方向，选项C正确，D错误。答案：AD选修3-5第十六章动量守恒定律【动量定理】一、动量1、动量：运动物体的质量和速度的乘积叫做动量．P=mv①是矢量，方向与速度方向相同；动量的合成与分解，按平行四边形法则、三角形法则。是状态量；②通常说物体的动量是指运动物体某一时刻的动量(状态量)，计算物体此时的动量应取这一时刻的瞬时速度。③是相对量；物体的动量亦与参照物的选取有关，常情况下，指相对地面的动量。单位是kg·m/s；2、动量的变化及其计算方法①ΔP=P一P0，主要计算P0、P在一条直线上的情况。②利用动量定理ΔP=F·t，通常用来解决P0、P不在一条直线上或F为恒力的情况。二、冲量1、冲量：力和力的作用时间的乘积叫做该力的冲量．I=F·t①是矢量，如果在力的作用时间内，力的方向不变，则力的方向就是冲量的方向；冲量的合成与分解，按平行四边形法则与三角形法则．②冲量不仅由力的决定，还由力的作用时间决定。而力和时间都跟参照物的选择无关，所以力的冲量也与参照物的选择无关。单位是N·s；2、冲量的计算方法①I=F·t．采用定义式直接计算、主要解决恒力的冲量计算问题。I=Ft②利用动量定理Ft=ΔP．主要解决变力的冲量计算问题，但要注意上式中F为合外力（或某一方向上的合外力）。三、动量定理1、动量定理：物体受到合外力的冲量等于物体动量的变化．Ft=mv一mv02、应用动量定理的思路：（1）明确研究对象和受力的时间（明确质量m和时间t）；（2）分析对象受力和对象初、末速度（明确冲量I合，和初、未动量P0，P）；（3）规定正方向，目的是将矢量运算转化为代数运算；（4）根据动量定理列方程例1.质量为60kg的建筑工人,不慎从高空跌下,幸好弹性安全带的保护使他悬挂起来。已知弹性安全带的缓冲时间是1.5s,安全带自然长度为5m,g取10m/s2,则安全带所受的平均冲力的大小为()A.500N B.1100NC.600N D.1000N例2.如图所示,一个质量为1kg的滑块在固定于竖直平面内半径为R的光滑轨道内运动,若滑块在圆心等高处的C点由静止释放,到达最低点B时的速度为5m/s,求滑块从C点到B点的过程中合外力的冲量。【动量守恒定律】一、动量守恒定律1、内容：相互作用的物体，如果不受外力或所受外力的合力为零，它们的总动量保持不变，即作用前的总动量与作用后的总动量相等．动量守恒定律适用的条件①系统不受外力或所受合外力为零．②当内力远大于外力时．③某一方向不受外力或所受合外力为零，或该方向上内力远大于外力时，该方向的动量守恒．3、常见的表达式①p=p0，其中p、p0分别表示系统的末动量和初动量，表示系统作用前的总动量等于作用后的总动量。②Δp=0，表示系统总动量的增量等于零。③Δp1=－Δp2，其中Δp1、Δp2分别表示系统内两个物体初、末动量的变化量，表示两个物体组成的系统，各自动量的增量大小相等、方向相反。其中①的形式最常见，具体来说有以下几种形式A、m1vl＋m2v2＝m1v/l＋m2v/2，各个动量必须相对同一个参照物，适用于作用前后都运动的两个物体组成的系统。B、0=m1vl＋m2v2，适用于原来静止的两个物体组成的系统。C、m1vl＋m2v2=（m1＋m2）v，适用于两物体作用后结合在一起或具有共同的速度。4、动量守恒定律的“四性”在应用动量守恒定律处理问题时,要注意“四性”①矢量性：动量守恒定律是一个矢量式，对于一维的运动情况，应选取统一的正方向，凡与正方向相同的动量为正，相反的为负。若方向未知可设与正方向相同而列方程，由解得的结果的正负判定未知量的方向。②瞬时性：动量是一个状态量，即瞬时值，动量守恒指的是系统任一瞬时的动量恒定，列方程m1vl＋m2v2＝m1v/l＋m2v/2时，等号左侧是作用前各物体的动量和，等号右边是作用后各物体的动量和，不同时刻的动量不能相加。③相对性：由于动量大小与参照系的选取有关，应用动量守恒定律时，应注意各物体的速度必须是相对于同一惯性参照系的速度，一般以地球为参照系④普适性：动量守恒定律不仅适用于两个物体所组成的系统，也适用于多个物体组成的系统，不仅适用于宏观物体组成的系统，也适用于微观粒子组成的系统。例1、一辆质量为60kg的小车上有一质量为40kg的人（相对车静止）一起以2m／s的速度向前运动，突然人相对车以4m／s的速度向车后跳出去，则车速为多大？例2、两名质量相等的滑冰人甲和乙都静止于光滑的水平冰面上,现在其中一人向另一人抛出一篮球,另一人接球后再抛出,如此反复几次后,甲和乙最后的速率关系是()A.若甲最先抛球,则一定是v甲>v乙B.若乙最后接球,则一定是v甲>v乙C.只有甲先抛球,乙最后接球,才有v甲>v乙D.无论怎么抛球和接球,都是v甲>v乙5、应用动量守恒定律的基本思路①明确研究对象和力的作用时间，即要明确要对哪个系统，对哪个过程应用动量守恒定律。②分析系统所受外力、内力，判定系统动量是否守恒。③分析系统初、末状态各质点的速度，明确系统初、末状态的动量。④规定正方向，列方程。⑤解方程。如解出两个答案或带有负号要说明其意义。例3、如图所示,在光滑水平面上静止着一倾角为θ、质量为M的斜面体B。现有一质量为m的物体A以初速度v0沿斜面向上滑,若A刚好可以到达B的顶端,求A滑到B的顶端时A的速度的大小。二、碰撞碰撞指的是物体间相互作用持续时间很短，而物体间相互作用力很大的现象．在碰撞现象中，一般都满足内力远大于外力，故可以用动量守恒定律处理碰撞问题．1、弹性碰撞在弹性力作用下，碰撞过程只产生机械能的转移，系统内无机械能的损失的碰撞，称为弹性碰撞。设两小球质量分别为m1、m2，碰撞前后速度为v1、v2、v1/、v2/，碰撞过程无机械能损失，求碰后二者的速度．根据动量守恒m1v1＋m2v2＝m1v1/＋m2v2/……①根据机械能守恒½m1v12十½m2v22=½m1v1/2十½m2v2/2……②由①②得v1/=，v2/=仔细观察v1/、v2/结果很容易记忆,当v2=0时v1/=，v2/=①当v2=0时；m1=m2时v1/=0，v2/=v1这就是我们经常说的交换速度、动量和能量．②m1＞＞m2，v/1=v1，v2/=2v1．碰后m1几乎未变，仍按原来速度运动，质量小的物体将以m1的速度的两倍向前运动。③m1《m2，v/l=一v1，v2/=0．碰后m1被按原来速率弹回，m2几乎未动。2、非弹性碰撞①非弹性碰撞：受非弹性力作用，使部分机械能转化为内能的碰撞称为非弹性碰撞。②完全非弹性碰撞：是非弹性碰撞的特例，这种碰撞的特点是碰后粘在一起，或碰后具有共同速度，其动能损失最大。注意：在碰撞的一般情况下系统动能都不会增加（有其他形式的能转化为机械能的除外，如爆炸过程），这也常是判断一些结论是否成立的依据．三、几种常见模型模型1、子弹打击木块模型子弹打木块实际上是一种完全非弹性碰撞。作为一个典型，它的特点是：子弹以水平速度射向原来静止的木块，并留在木块中跟木块共同运动。例1.如图所示,质量为m的子弹以初速度v0射向静止在光滑水平面上的质量为M的木块，并留在木块中不再射出，子弹钻入木块深度为d.求木块与子弹相对静止时的速度，木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离．变式练习1、子弹以一定的初速度射入放在光滑水平面上的木块中，并共同运动下列说法中正确的是：A、子弹克服阻力做的功等于木块动能的增加与摩擦生的热的总和B、木块对子弹做功的绝对值等于子弹对木块做的功C、木块对子弹的冲量大小等于子弹对木块的冲量D、系统损失的机械能等于子弹损失的动能和子弹对木块所做的功的差总结子弹打击木块模型1.运动性质：子弹对地在滑动摩擦力作用下匀减速直线运动；木块在滑动摩擦力作用下做匀加速运动。2.符合的规律：子弹和木块组成的系统动量守恒，机械能不守恒。3.共性特征：一物体在另一物体上，在恒定的阻力作用下相对运动，系统动量守恒，机械能不守恒ΔEK=Q=f滑d相对变式练习2、如图所示，质量m=20kg的物体以水平速度v0=5m/s滑上静止在水平地面的平板小车的左端．小车质量M=80kg，物体在小车上滑行一段距离后相对于小车静止．已知物体与平板间的动摩擦因数μ=0.8，小车与地面间的摩擦可忽略不计，g取10m/s2，求：（1）物体相对小车静止时，小车的速度大小；（2）整个过程中系统产生的热量；（3）小车在地面上滑行的距离．模型2、人船模型例2.静止在水面上的小船长为L，质量为M，在船的最右端站有一质量为m的人，不计水的阻力，当人从最右端走到最左端的过程中，小船移动的距离是多大？变式练习1.如图所示,一小车静止在光滑水平面上,甲、乙两人分别站在车的左、右两侧,整个系统原来静止,则当两人同时相向运动时()A.要使小车静止不动,甲、乙速率必须相等B.要使小车向左运动,甲的速率必须比乙的大C.要使小车向左运动,甲的动量必须比乙的大D.要使小车向左运动,甲的动量必须比乙的小变式练习2.质量为m的人站在质量为M，长为L的静止小船的右端，小船的左端靠在岸边。当他向左走到船的左端时，船左端离岸多远？变式练习3、载人气球原静止在高度为H的高空，气球的质量为M，人的质量为m，现人要沿气球上的软绳梯滑至地面，则绳梯至少要多长？总结人船模型1、“人船模型”是动量守恒定律的拓展应用，它把速度和质量的关系推广到质量和位移的关系。即：m1v1=m2v2则：m1s1=m2s22、此结论与人在船上行走的速度大小无关。不论是匀速行走还是变速行走，甚至往返行走，只要人最终到达船的左端，那么结论都是相同的。3、人船模型的适用条件是：两个物体组成的系统动量守恒，系统的合动量为零。模型3、弹簧模型例3.如图所示，质量为m的小物体B连着轻弹簧静止于光滑水平面上，质量为2m的小物体A以速度v0向右运动，则当弹簧被压缩到最短时，弹性势能Ep为多大？相互作用的两个物体在很多情况下，皆可当作碰撞处理，那么对相互作用中两个物体相距恰“最近”、相距恰“最远”或恰上升到“最高点”等一类临界问题，求解的关键都是“速度相等”。例4.光滑水平面上放着一质量为M的槽,槽