二輪9機(jī)械振動(dòng)機(jī)械波.doc

高三物理二輪復(fù)習(xí)交互式集體備課教案周數(shù)第 周日 期 年 月 日題目專題九 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波課時(shí)建議23課時(shí)教學(xué)目標(biāo)1、本章內(nèi)容主要以選擇題為主，使學(xué)生能明確本章考點(diǎn)；2、使學(xué)生掌握物體機(jī)械振動(dòng)的過程及振動(dòng)過程中各物理量得變化規(guī)律，并能應(yīng)用正確分析解決問題；3、掌握機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波之間的關(guān)系，尤其是能對多解問題進(jìn)行正確的分析和應(yīng)用；4、培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。教學(xué)重難點(diǎn)1、使學(xué)生掌握機(jī)械振動(dòng)過程中個(gè)物理量得變化情況及關(guān)系；2、使學(xué)生掌握機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波之間的關(guān)系，并能應(yīng)用解決實(shí)際應(yīng)用問題。教學(xué)內(nèi)容及活動(dòng)設(shè)計(jì)個(gè)性化設(shè)計(jì)一 專題要點(diǎn)1簡諧運(yùn)動(dòng)的特征與判斷（1）從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度看，簡諧運(yùn)動(dòng)的特征要有：往復(fù)性；周期性，對稱性。（2）從動(dòng)力學(xué)角度看，簡諧運(yùn)動(dòng)的特征表現(xiàn)在所受到的回復(fù)力的形式上：簡諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)所受到的回復(fù)力F其方向總與質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移x的方向相反，從而總指向平衡位置；其大小則總與質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移x的大小成正比，即F=kx（3）通?？梢岳煤喼C運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征去判斷某質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是否是簡諧運(yùn)動(dòng)，其具體的判斷方法是分為兩個(gè)步驟：首先找到運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，即運(yùn)動(dòng)過程中所達(dá)到的受到的合力為零的位置，以該位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向過立坐標(biāo)；其次是在質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到一般位置（坐標(biāo)值為x）處時(shí)所受到的回復(fù)力F，如F可表為F=kx 則運(yùn)動(dòng)是簡諧的，否則就不是簡諧音。2單擺理想化條件，受力特征及周期公式. （1）單擺及其理想化條件：如圖所示，一根長需求輕的線，懸掛著一個(gè)小而重的球，就構(gòu)成所謂的單擺。理想的單擺應(yīng)具備如下理想化條件：和小球的質(zhì)量m相比，線的質(zhì)量可以忽略；與線的長度l相比，小球的半徑可以忽略。 （2）單擺的受力特征當(dāng)單擺做小角度擺支時(shí)，其受力情況為：受到一個(gè)恒定的豎直向下的重力mg，和一個(gè)變化的始終沿繩方向指向點(diǎn)的拉力F，而將這些力沿垂直于和平行于運(yùn)速度方向分解，其中垂直于速度方向上的力使擺球的速度方向發(fā)生改變，充分?jǐn)[球繞懸點(diǎn)做變速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力 F向=Fmgcos平行于速度方向上的力使擺球的速度大小發(fā)生改變，充當(dāng)擺球的回復(fù)力.F向=mgsin=x=kx可見：當(dāng)單擺做小角度擺動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)近似為簡諧運(yùn)動(dòng) （3）單擺的周期公式 對于單擺，回復(fù)力與偏離平衡位置的位移的比例系數(shù)為k= 將其代入簡諧運(yùn)動(dòng)周期的一般表達(dá)式中，得T=2=2 該公式提供了一種測定重力加速度g的方法. 3簡諧運(yùn)動(dòng)的圖象及其應(yīng)用（1）圖象的形式：當(dāng)質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)其振動(dòng)圖象形如圖所給出的正弦曲線.（2）圖象的意義：簡諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖像反映的是某振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在各個(gè)時(shí)刻相對于平衡位置的位移的變化情況.（3）圖象的應(yīng)用：由定量畫出的簡諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖象可以得到：振幅A；周期T；某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)相對于平衡位置的位移；某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向；某一階段質(zhì)點(diǎn)的位移，速度，加速度，回復(fù)力，振動(dòng)的能量形式等物理量的變化情況。4. 關(guān)于機(jī)械波的基本知識。（1）產(chǎn)生條件：第一，必須有波源；第二，必須有彈性的連續(xù)的介質(zhì)。（2）波的分類：橫波和縱波兩類。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直的叫橫波；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向相互平行的叫縱波。簡諧運(yùn)動(dòng)的振圖象機(jī)械波的波動(dòng)圖象圖象函數(shù)關(guān)系一個(gè)質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的位置x隨時(shí)間t變化的關(guān)系在某一時(shí)刻某一直線上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置所形成的圖象（橫波）坐標(biāo)橫軸一個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的時(shí)間各質(zhì)點(diǎn)平衡位置距坐標(biāo)原點(diǎn)的位置（距離）縱軸一個(gè)質(zhì)點(diǎn)不同時(shí)刻相對平衡位置的位移各質(zhì)點(diǎn)相對各自平衡位置的位移形狀正弦函數(shù)或余弦函數(shù)的圖象由圖象可直觀得到的數(shù)據(jù)周期T振幅A波長 振幅A波峰及波谷的位置圖象上某一點(diǎn)的意義在某時(shí)刻（橫軸坐標(biāo)）做簡諧運(yùn)動(dòng)的物體相對平衡位置的位移（縱軸坐標(biāo)）在某時(shí)刻，距坐標(biāo)原點(diǎn)的距離一定（橫軸坐標(biāo)）的該質(zhì)點(diǎn)的位移（縱坐標(biāo)）（3）波的特點(diǎn)：機(jī)械波傳播的只是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的形式和能量，質(zhì)點(diǎn)本身并不隨波的傳播而遷移；機(jī)械波的傳播過程實(shí)際上是離波源泉近的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)依次參加振動(dòng)；正因?yàn)椴ǖ男纬蓪?shí)際上是從波源開始依次帶動(dòng)介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)參加振動(dòng)，所以一方面參加振動(dòng)的各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期，振動(dòng)頻率都與波源質(zhì)點(diǎn)相同，另一方面各質(zhì)點(diǎn)參加振動(dòng)的起始時(shí)刻隨著與波源的距離依次滯后 （4）波的圖象（以簡諧波為例）意義：波的圖象反映的是波的傳播過程中某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)相對于各自的平衡位置的位移情況：作用：利用波的圖象通?？梢越鉀Q如下問題：從圖象中可以看出波長；各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅A；該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移情況；比較各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)速度、動(dòng)能、熱能、回復(fù)力、加速度等量的大小；判斷各質(zhì)點(diǎn)該時(shí)刻的振動(dòng)方向以及下一時(shí)刻的波形；5.波的特有現(xiàn)象：（1）波的疊加原理（獨(dú)立傳播原理）（2）波的衍射（3）波的干涉（4）多普勒效應(yīng)6.波的圖象與振動(dòng)圖象的比較；二 考綱要求考點(diǎn)要求考點(diǎn)解讀簡諧運(yùn)動(dòng)本專題考查的重點(diǎn)是簡諧運(yùn)動(dòng)與機(jī)械波的圖像、單擺周期公式的應(yīng)用和共振、波長、波速、頻率間的關(guān)系、波的干涉和衍射。命題的方式依然是選擇題、問答題、作圖題和計(jì)算題的組合復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)該通欄教材，理解振動(dòng)和波的基本概念和規(guī)律、電磁波的形式與傳播，以應(yīng)對以選擇題形式覆蓋知識點(diǎn)的考查，掌握波速公式、折射定律、解題的基本方法簡諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖像單擺、周期公式受迫振動(dòng)和共振機(jī)械波橫波和縱波橫波的圖像波速、波長和頻率（周期）的關(guān)系波的干涉和衍射現(xiàn)象探究單擺的運(yùn)動(dòng)、用單擺測定重力加速度三 教法指引此專題復(fù)習(xí)時(shí)，可以先讓學(xué)生完成相應(yīng)的習(xí)題，在精心批閱之后以題目帶動(dòng)知識點(diǎn)，進(jìn)行適當(dāng)提煉講解。這一專題的知識點(diǎn)高考要求不是很高，但是比較雜亂，學(xué)生易于掌握每個(gè)知識點(diǎn)，但是不易掌握全面，尤其是機(jī)械波與機(jī)械振動(dòng)的問題還容易混淆。二輪復(fù)習(xí)時(shí)還是要穩(wěn)扎穩(wěn)打，從基本知識出發(fā)再進(jìn)行總結(jié)提升。四 知識網(wǎng)絡(luò) 五 典例精析題型1.（簡諧運(yùn)動(dòng)的證明）如圖所示，正方體木塊漂浮在水平上，將其稍向下壓后放手，試證明木塊是否做簡諧運(yùn)動(dòng)證明：木塊將做簡諧運(yùn)動(dòng). 從簡諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征出發(fā)，判斷木塊是否做簡諧運(yùn)動(dòng)設(shè)木塊的邊長為a，質(zhì)量為m，則當(dāng)圖144中木塊浸入水中的高度為h，而處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)所受到的重力mg與浮力F1=ha2g大小相等，木塊在該位置處于平衡狀態(tài)，于是可取該裝置為平衡位置建立坐標(biāo)；當(dāng)木塊被按下后上下運(yùn)動(dòng)過程中浸入水中的高度達(dá)到h+x，而如圖145所示時(shí)，所受到的浮力大小為 F2=(h+x)a2g于是，木塊此時(shí)所受到的合外力為：F=mgF2=a2gxkx 由此可知：木塊做的是簡諧運(yùn)動(dòng)題型2.（單擺周期公式）已知在單擺a完成10次全振動(dòng)的時(shí)間內(nèi)，單擺b完成6次振動(dòng)，兩擺長之差為1.6m，則兩單擺擺長la與lb分別為Ala=2.5m，lb=0.9m Bla=0.9m，lb=2.5m Cla=2.4m，lb=4.0m Dla=4.0m，lb=2.4m解析：由周期比得擺長比，加上題設(shè)條件中的擺長差已知，故la與lb可求已知兩擺長之差為1.6m，即=1.6而單擺a擺動(dòng)10次時(shí)間內(nèi)，單擺b無成36次全振動(dòng)，這就意味著兩個(gè)單擺的周期之比為= 考慮到：Ta=2 Tb=2 得：=于是解得：la=0.9m lb=2.5m 應(yīng)選B.題型3.（簡諧運(yùn)動(dòng)的周期性、對稱性）如圖所示，質(zhì)點(diǎn)沿直線做簡諧運(yùn)動(dòng)平衡位置在O點(diǎn)，某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)，徑1s再次回到P點(diǎn)，再經(jīng)1s到達(dá)O點(diǎn)，若=2cm， 則：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期T=_s；質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的振幅為A=_cm，解析：注意到簡諧運(yùn)動(dòng)的周期性，對稱性等特征，結(jié)合簡諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖象可作出正解的解 答.由簡諧運(yùn)動(dòng)的對稱性可知，質(zhì)點(diǎn)在第1s內(nèi)從P點(diǎn)到達(dá)右端最大位移處，再回到P點(diǎn)，可見從最大位移處回到P點(diǎn)歷時(shí)應(yīng)該為0.5s，而人P點(diǎn)到O點(diǎn)又歷時(shí)1s，可見T=1.5s即：T=6s另外，考慮到簡諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖象（如圖所示）質(zhì)點(diǎn)在t1時(shí)刻從P點(diǎn)開始向右運(yùn)動(dòng)，t2時(shí)刻又回到P點(diǎn)，t3時(shí)刻到達(dá)平衡位置O點(diǎn)，即t2t1=t3t2=1s由此不難得到： Asin600=2 即A=cm應(yīng)依次填充：6，題型4.（機(jī)械波的圖像）一列橫波沿直線傳播，某時(shí)刻的波形如圖-2所示，質(zhì)點(diǎn)A的平衡位置與坐標(biāo)原點(diǎn)O相距0.5m，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)A沿正方向運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)0.02s第一次到達(dá)最大位移。由此可知：A、這列波的波長為1mB、這列波的頻率為100HzC、這列波的波速為25m/s D、這列波向右傳播 圖-2解析：由A點(diǎn)坐標(biāo)結(jié)合波的圖象可得波長；由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最大位移所歷時(shí)間可得周期；由波長、周期、波速關(guān)系可得波速；由波形成過程的本質(zhì)可得振動(dòng)方向與傳播方向關(guān)系。由于A點(diǎn)距O點(diǎn)0.5m，所以波長為由于質(zhì)點(diǎn)A再經(jīng)0.02s第一次到達(dá)最大位移，所以周期為T=0.08s由于v=T，所以波速為傳播方向的“雙向性”特點(diǎn)。由振動(dòng)圖象可知：周期為T=0.4s由波的圖象又可知：波長為 于是可得波速為在t=t-t=0.5s 內(nèi)，波的傳播距離為 x=vt=5m考慮到波的傳播方向的“雙向性”特征知：當(dāng)波沿x軸正方向傳播，t時(shí)刻波形應(yīng)如圖15-5中的C圖所示；當(dāng)波沿x 軸反方向傳播，t時(shí)刻波形應(yīng)如圖15-5中 v=1.25m/s由于波的形成實(shí)際上是波源質(zhì)量依次帶動(dòng)后面的質(zhì)量參與振動(dòng)，而質(zhì)點(diǎn)A此時(shí)是向上振動(dòng)，可見它是被左側(cè)質(zhì)點(diǎn)所帶動(dòng)，即波是向右傳播的。綜上所述此例應(yīng)選A、D。題型5. （波的干涉）如圖-6所示，在同一均勻媒質(zhì)中有S1、S2兩個(gè)波源，這個(gè)波源的頻率、振動(dòng)方向均相同，且振動(dòng)的步調(diào)完全一致，S1、S2之間相距兩個(gè)波長，D點(diǎn)為S1、S2連線中點(diǎn)，今以D點(diǎn)為圓心，以R=DS1為半徑畫圓，問在該圓周上（S1、S2兩波源除外）共有幾個(gè)加強(qiáng)點(diǎn)？解析：干涉強(qiáng)、弱區(qū)的判斷方法有兩種：（1）在波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇處是干涉加強(qiáng)區(qū)；在波峰與波谷相遇或波谷與波峰相遇處是干涉減弱區(qū)。（2）與相同波源的距離差為半波長的偶數(shù)倍處是干涉加強(qiáng)區(qū)；與相同波源的距離差為半波長的奇數(shù)倍處是干涉減弱區(qū)。由干涉強(qiáng)、弱的第二種判斷方法可知，干涉加強(qiáng)區(qū)的集合實(shí)際上是以兩波源所在處為焦點(diǎn)的雙曲線簇。由此不難判斷：以波源邊線為直徑的賀周上分布看，到兩波源距離差等于0的兩個(gè)加強(qiáng)是D1、D2；到兩波源距離差等于的四個(gè)加強(qiáng)是A1、A2、C1、C2。即：除兩波源外，圓周上振動(dòng)加強(qiáng)是共有六個(gè)。題型6.（多普勒效應(yīng)） 一機(jī)車汽笛頻率為650Hz，機(jī)車以v=15m/s的速度觀察者駛來，設(shè)空氣中的聲速是V=340m/s，觀察者聽到的聲音頻率為多少？解析：機(jī)車靜止時(shí)，汽笛聲的波長為，由于機(jī)車（波源）向觀察者運(yùn)動(dòng)，波長應(yīng)減小vT，則單位時(shí)間內(nèi)通過觀察者的波數(shù)變?yōu)?即觀察者聽到的聲音頻率變大了，音調(diào)變高了。規(guī)律總結(jié)：由于波源與觀察者間的相對運(yùn)動(dòng)，使得單位時(shí)間內(nèi)觀察者所感受到的完整波形的個(gè)數(shù)發(fā)生變化，這就使得感受到的頻率發(fā)生變化。題型7. （受迫振動(dòng)）一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，如圖712a所的裝置可用于研究該彈簧振子的受迫振動(dòng).勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動(dòng)力，使振子做受迫振動(dòng)，把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期就是驅(qū)動(dòng)力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的速度就可以改變驅(qū)動(dòng)力的周期.若保持把手不動(dòng)，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)圖線如圖712b所示.當(dāng)把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，砝碼的振動(dòng)圖線如圖712c所示.若用T0表示彈簧振子的固有周期，T表示驅(qū)動(dòng)力的周期，表示受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后砝碼振動(dòng)的振幅.則（） 圖712A.由圖線可知T0=4sB.由圖線可知T0=8sC.當(dāng)T在4s附近時(shí)，顯著增大；當(dāng)T比4s小得多或大得多時(shí)，很小D.當(dāng)T在8s附近時(shí)，顯著增大；當(dāng)T比8s小得多或大得多時(shí)，很小解析：若保持把手不動(dòng)，砝碼以一定的初速度做簡諧振動(dòng)，為自由振動(dòng)，圖b 為砝碼的自由振動(dòng)圖象，由圖讀出的周期T0=4s，為砝碼的固有周期。當(dāng)把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，砝碼為受迫振動(dòng)，此時(shí)砝碼振動(dòng)的周期T為驅(qū)動(dòng)力的周期，圖c為砝碼受迫振動(dòng)的圖象，由圖讀出的周期T=2s，為砝碼受迫振動(dòng)的周期，也為驅(qū)動(dòng)力的周期。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期越靠近砝碼的固有周期時(shí)，砝碼的振動(dòng)越強(qiáng)烈，振幅越大；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期越遠(yuǎn)離砝碼的固有周期時(shí)，砝碼的振動(dòng)越弱，振幅越小。所以A、C選項(xiàng)正確。題型8.（單擺振動(dòng)圖像）如圖717為演示簡諧運(yùn)動(dòng)圖像的裝置，當(dāng)盛沙漏斗下面的薄木板N被勻速拉動(dòng)時(shí)，擺動(dòng)著漏斗中漏出的沙在板上形成的曲線顯示擺的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系，板上的OO代表時(shí)間軸，圖717b是兩個(gè)擺各自在木板上形成的曲線，若拉板N1和N2的 速度關(guān)系為=2，則板上曲線所代表的振動(dòng)周期T1和T2關(guān)系（ ） A.2T2=T1B.T2=2T1 C.T2=4T1 D.T2=T1解析：板N1是N2速度的2倍，沙漏在板N1上的時(shí)間是 T1，沙漏在板N2上的時(shí)間是2T2，因此T2=T1.題型9. （機(jī)械波圖像）彈性繩沿x軸放置，左端位于坐標(biāo)原點(diǎn)，用手握住繩的左端，當(dāng)t0時(shí)使其開始沿y軸做振幅為8m的簡諧振動(dòng)，在t0.25s時(shí)，繩上形成如圖所示的波形，則該波的波速為_cm/s，t_時(shí)，位于x245cm的質(zhì)點(diǎn)N恰好第一次沿y軸正向通過平衡位置。解析：由圖可知，這列簡諧波的波長為20cm，周期T=0.25s4=1s，所以該波的波速；從t=0時(shí)刻開始到N質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)需要時(shí)間 , 在振動(dòng)到沿y軸正向通過平衡位置需要再經(jīng)過，所以當(dāng)t=（2.25+0.5）s=2.75s，質(zhì)點(diǎn)N恰好第一次沿y軸正向通過平衡位置。題型10.（機(jī)械波、電磁波的區(qū)別）類比是一種有效的學(xué)習(xí)方法，通過歸類和比較，有助于掌握新知識，提高學(xué)習(xí)效率。在類比過程中，既要找出共同之處，又要抓住不同之處。某同學(xué)對機(jī)械波和電磁波進(jìn)行類比，總結(jié)出下列內(nèi)容，其中不正確的是A機(jī)械波的頻率、波長和波速三者滿足的關(guān)系，對電磁波也適用B機(jī)械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象C機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播D機(jī)械波既有橫波又有縱波，而電磁波只有縱波解析：波長、波速、頻率的關(guān)系對任何波都是成立的，對電磁波當(dāng)然成立，故A選項(xiàng)正確；干涉和衍射是波的特性，機(jī)械波、電磁波都是波，這些特性都具有，故B項(xiàng)正確；機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成的，所以機(jī)械波的傳播需要介質(zhì)而電磁波是交替變化的電場和磁場由近及遠(yuǎn)的傳播形成的，所以電磁波傳播不需要介質(zhì)，故C項(xiàng)正確；機(jī)械波既有橫波又有縱波，但是電磁波只能是橫波，其證據(jù)就是電磁波能夠發(fā)生偏振現(xiàn)象，而偏振現(xiàn)象是橫波才有的， D項(xiàng)錯(cuò)誤。故正確答案應(yīng)為D。4x/my0題型11.（波的多解問題）如圖實(shí)線是某時(shí)刻的波形圖象，虛線是經(jīng)過0.2s時(shí)的波形圖象。求：波傳播的可能距離 可能的周期（頻率）www.ks