新高考一輪復(fù)習(xí)人教版專題十五機(jī)械振動(dòng)機(jī)械波課件（31張）

考點(diǎn)一機(jī)械振動(dòng)一、描述機(jī)械振動(dòng)的物理量1.回復(fù)力:總指向平衡位置的力,是效果力。2.位移x:由平衡位置指向振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)所在位置的有向線段。位移的起始點(diǎn)

為平衡位置。當(dāng)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置兩側(cè)時(shí),位移方向相反。3.振幅A:振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)離平衡位置的最大距離(標(biāo)量)。即平衡位置(速度最大

的位置)與速度為零的位置間的距離。4.周期T和頻率f:表示振動(dòng)快慢的物理量,T=

。二、機(jī)械振動(dòng)的分類1.自由振動(dòng):振動(dòng)開始后,外界不提供外力(能量)。振動(dòng)周期T自由=T固有。2.受迫振動(dòng):振動(dòng)開始后,外界提供周期性外力(驅(qū)動(dòng)力),補(bǔ)充能量。振動(dòng)周期T受迫=T驅(qū)動(dòng)。受迫振動(dòng)

共振

振幅最大三、振動(dòng)的圖像

考點(diǎn)二機(jī)械波一、機(jī)械波的產(chǎn)生1.各質(zhì)點(diǎn)都在以它的平衡位置為中心做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),后面質(zhì)點(diǎn)在前面質(zhì)點(diǎn)

的帶動(dòng)下做受迫振動(dòng),后面質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,只是不同步。2.傳播的只是運(yùn)動(dòng)(振動(dòng))形式和振動(dòng)能量,質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移。二、波的分類1.橫波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直。2.縱波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一條直線上。三、描述機(jī)械波的物理量及它們之間的關(guān)系1.v(波速):只由傳播介質(zhì)決定。2.T(周期)和f(頻率):只由波源決定。3.λ(波長(zhǎng)):在波動(dòng)中,振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離。橫波

中,相鄰兩波峰或波谷間的距離為波長(zhǎng);縱波中,相鄰兩密部或疏部間的距

離為波長(zhǎng)。4.λ=vT=

。四、波的圖像

波的干涉波的衍射

兩列波的頻率必須相同,相位差保持不變產(chǎn)生明顯衍射的條件:障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或相差不多

形成加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)相互間隔的穩(wěn)定的干涉圖樣波能夠繞過(guò)障礙物或孔繼續(xù)向前傳播五、波的干涉和衍射現(xiàn)象拓展一振動(dòng)的兩種基本模型模型彈簧振子(直線往復(fù)的代表)單擺(曲線往復(fù)的代表)

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)條件忽略彈簧質(zhì)量擺線不可伸長(zhǎng);輕細(xì)線;角θ很小回復(fù)力合力提供回復(fù)力切向的分力提供回復(fù)力平衡位置合力為零的位置最低點(diǎn)特點(diǎn)周期與振幅無(wú)關(guān)相對(duì)平衡位置是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),相對(duì)懸點(diǎn)是圓周運(yùn)動(dòng)【例1】[2021廣東,16(1),6分]如圖所示,一個(gè)輕質(zhì)彈簧下端掛一小球,小

球靜止?，F(xiàn)將小球向下拉動(dòng)距離A后由靜止釋放,并開始計(jì)時(shí),小球在豎

直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),周期為T。經(jīng)

時(shí)間,小球從最低點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)的距離

(選填“大于”“小于”或“等于”);在

時(shí)刻,小球的動(dòng)能

(選填“最大”或“最小”)。

解析小球從最低點(diǎn)向上至平衡位置的過(guò)程中,做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),

經(jīng)歷時(shí)間為

,位移為A,則前

的位移小于

;在

時(shí)刻,小球到達(dá)平衡位置,此時(shí)速度最大,動(dòng)能最大?！纠?】[2019課標(biāo)Ⅱ,34(1),5分]如圖,長(zhǎng)為l的細(xì)繩下方懸掛一小球a,繩的

另一端固定在天花板上O點(diǎn)處,在O點(diǎn)正下方

l的O'處有一固定細(xì)鐵釘。將小球向右拉開,使細(xì)繩與豎直方向成一小角度(約為2°)后由靜止釋放,

并從釋放時(shí)開始計(jì)時(shí)。當(dāng)小球a擺至最低位置時(shí),細(xì)繩會(huì)受到鐵釘?shù)淖?/p>

擋。設(shè)小球相對(duì)于其平衡位置的水平位移為x,向右為正。下列圖像中,能

描述小球在開始一個(gè)周期內(nèi)的x-t關(guān)系的是(

)

解析擺長(zhǎng)為l時(shí)單擺的周期T1=2π

,振幅A1=lsinα(α為擺角);擺長(zhǎng)為

l時(shí)單擺的周期T2=2π

=π

=

,振幅A2=

lsinβ(β為擺角)。根據(jù)機(jī)械能守恒定律得mgl(1-cosα)=mg·

(1-cosβ),利用cosα=1-2sin2

,cosβ=1-2sin2

,以及sinα=α(α很小),解得β=2α,故A2=

A1,故A項(xiàng)正確。拓展二波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向的互判方法1.上下坡法:沿波的傳播方向,“上坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng),“下坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)

向上振動(dòng)。

2.同側(cè)法:波形圖上某點(diǎn)表示傳播方向和振動(dòng)方向的箭頭在圖線同側(cè)。

3.微平移法:將波形沿傳播方向平移Δx

,再由x軸上某一位置對(duì)應(yīng)兩波形曲線上的點(diǎn)來(lái)判斷振動(dòng)方向。

4.帶動(dòng)法(特殊點(diǎn)法):根據(jù)波傳播過(guò)程中,后一質(zhì)點(diǎn)總是滯后于前一質(zhì)點(diǎn)的

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特性,可判斷質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向。

【例3】(多選)一簡(jiǎn)諧機(jī)械橫波沿x軸負(fù)方向傳播,已知t=1s時(shí)刻波形如

圖1所示,a、b、d是波上的三個(gè)質(zhì)點(diǎn)。圖2是波上某一點(diǎn)的振動(dòng)圖像。則

下列說(shuō)法正確的是

(

)A.圖2可以表示d質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)B.圖2可以表示b質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)C.a、b兩質(zhì)點(diǎn)在t=1.5s時(shí)速度大小相同D.該波傳播速度為v=4m/sE.t=0時(shí)b質(zhì)點(diǎn)速度沿y軸正方向解析a、b、d三質(zhì)點(diǎn)中在t=1s時(shí)位于平衡位置的是b和d質(zhì)點(diǎn),其中d質(zhì)點(diǎn)

向上振動(dòng)、b質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng),則圖2可以表示d質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng),A正確,B錯(cuò)誤。t

=1.5s時(shí)的波形圖如圖甲所示,則知此時(shí)a質(zhì)點(diǎn)速度大于b質(zhì)點(diǎn)速度,C錯(cuò)

誤。由圖1可知λ=8m,由圖2可知T=2s,則波速v=

=4m/s,D正確。t=0時(shí)波形如圖乙所示,此時(shí)b質(zhì)點(diǎn)速度沿y軸正方向,E正確。

拓展三波的多解問(wèn)題一、波動(dòng)問(wèn)題多解的主要因素1.周期性1)時(shí)間周期性:時(shí)間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確。2)空間周期性:波傳播距離Δx與波長(zhǎng)λ的關(guān)系不明確。2.雙向性1)傳播方向雙向性:波的傳播方向不確定。2)振動(dòng)方向雙向性:質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向不確定。二、解決波的多解問(wèn)題的思路1.首先考慮傳播方向的雙向性,如果題目未說(shuō)明波的傳播方向或沒(méi)有其

他條件暗示,應(yīng)首先按波傳播方向的可能性進(jìn)行討論。2.對(duì)設(shè)定的傳播方向,首先確定Δt和T(或確定Δx和λ)的關(guān)系,一般先確定最

簡(jiǎn)單的情況,即一個(gè)周期內(nèi)(或一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi))的情況,然后在此基礎(chǔ)上加nT

(或nλ)。3.應(yīng)注意題目是否有限制條件,如有的題目限制波的傳播方向,或限制時(shí)

間Δt大于或小于一個(gè)周期等,所以解題時(shí)應(yīng)綜合考慮,加強(qiáng)多解意識(shí),認(rèn)真

分析題意?！纠?】[2021全國(guó)乙,34(1),5分]圖中實(shí)線為一列簡(jiǎn)諧橫波在某一時(shí)刻的

波形曲線,經(jīng)過(guò)0.3s后,其波形曲線如圖中虛線所示。已知該波的周期T大

于0.3s。若波是沿x軸正方向傳播的,則該波的速度大小為

m/s,

周期為

s;若波是沿x軸負(fù)方向傳播的,該波的周期為

s。

解析波沿x軸正方向傳播時(shí),由圖像可知,0.3s傳播了15cm,故波速v=

=

m/s=0.5m/s,周期T=

=

s=0.4s;波沿x軸負(fù)方向傳播時(shí),v'=

=

m/s=

m/s,T'=

=

s=1.2s。【例5】(多選)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,t時(shí)刻波形圖如圖中的實(shí)

線所示,此時(shí)波剛好傳到P點(diǎn),t+0.6s時(shí)刻的波形如圖中的虛線所

示,a、b、c、P、Q是介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn),則下列說(shuō)法正確的是

(

)A.這列波的波速可能為50m/sB.質(zhì)點(diǎn)a在這段時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程一定小于30cmC.質(zhì)點(diǎn)c在這段時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程可能為60cmD.若周期T=0.8s,則在t+0.5s時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)b、P的位移相同E.若周期T=0.8s,從t+0.4s時(shí)刻開始計(jì)時(shí),則質(zhì)點(diǎn)c的振動(dòng)方程為y=0.1sin

(m)解析由波形圖可知波長(zhǎng)λ=40m,且0.6s=nT+

T(n=0,1,2,…),解得周期T=

s(n=0,1,2,…),當(dāng)n=0時(shí),T=0.8s,波速v=

=50m/s,選項(xiàng)A正確。由傳播方向沿x軸正方向可知質(zhì)點(diǎn)a在t時(shí)刻向上運(yùn)動(dòng),當(dāng)n=0時(shí),T=0.8s,則質(zhì)點(diǎn)

a在0.6s內(nèi)通過(guò)的路程小于30cm,當(dāng)n=1時(shí),T=

s,質(zhì)點(diǎn)a在0.6s內(nèi)通過(guò)的路程大于30cm,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。若n=1,則T=

s,波傳播到c點(diǎn)所用時(shí)間為

T,0.6s=

,質(zhì)點(diǎn)c振動(dòng)的時(shí)間為

T-

T=

T,故在這段時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)c通過(guò)的路程為6A=60cm,選項(xiàng)C正確。若T=0.8s,在t+0.5s時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)b、P的位移

均為負(fù)值,大小相等,選項(xiàng)D正確。若T=0.8s,從t+0.4s時(shí)刻開始計(jì)時(shí),則質(zhì)

點(diǎn)c的振動(dòng)方程為y=0.1sin

(m),選項(xiàng)E錯(cuò)誤。拓展四波的干涉現(xiàn)象的判斷1.公式法:某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是加強(qiáng)還是減弱,取決于該點(diǎn)到兩相干波源的距

離之差Δr。1)當(dāng)兩波源振動(dòng)步調(diào)一致時(shí):若Δr=nλ(n=0,1,2,…),則振動(dòng)加強(qiáng);若Δr=(2n+1)

(n=0,1,2,…),則振動(dòng)減弱。2)當(dāng)兩波源振動(dòng)步調(diào)相反時(shí):若Δr=(2n+1)

(n=0,1,2,…),則振動(dòng)加強(qiáng);若Δr=nλ(n=0,1,2,…),則振動(dòng)減弱。2.圖像法1)在某時(shí)刻的波形圖上,波峰與波峰(或波谷與波谷)的交點(diǎn),一定是加強(qiáng)

點(diǎn),而波峰與波谷的交點(diǎn)一定是減弱點(diǎn)。2)加強(qiáng)點(diǎn)或減弱點(diǎn)各自連接成以兩波源為中心向外輻射的連線,形成加

強(qiáng)線或減弱線。3)兩種線互相間隔,加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)之間各質(zhì)點(diǎn)的振幅介于加強(qiáng)點(diǎn)與減

弱點(diǎn)的振幅之間?！纠?】(多選)如圖所示是水平面上兩列頻率相同的簡(jiǎn)諧波在某時(shí)刻的

疊加情況,圖中實(shí)線為波峰,虛線為波谷。已知兩列波的振幅均為2cm,波

速為2m/s,波長(zhǎng)為8cm,E點(diǎn)是B、D和A、C連線的交點(diǎn)。下列說(shuō)法中正確

的是

(

)A.A、C兩處質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)減弱的點(diǎn)B.B、D兩處質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的豎直高度差是4cmC.E處質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)減弱的點(diǎn)D.經(jīng)0.02s,B處質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的路程是8cm解析由題圖可知,A、C兩處質(zhì)點(diǎn)是兩列波波峰與波谷疊加的地方,是振

動(dòng)減弱的點(diǎn),A正確;B、D兩處質(zhì)點(diǎn)都是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn),振幅都是4cm,此

時(shí)D點(diǎn)處于波峰,B點(diǎn)處于波谷,則B、D兩處質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的豎直高度差

是8cm,B錯(cuò)誤;B、D兩點(diǎn)都是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn),它們連線上的各點(diǎn)振動(dòng)也加

強(qiáng),所以E處質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn),C錯(cuò)誤;T=

=

s=0.04s,0.02s為半個(gè)周期,則B處質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的路程是s=2A=2×4cm=8cm,D正確。【例7】[2020課標(biāo)Ⅰ,34(2)]一振動(dòng)片以頻率f做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí),固定在振動(dòng)

片上的兩根細(xì)桿同步周期性地觸動(dòng)水面上a、b兩點(diǎn),兩波源發(fā)出的波在

水面上形成穩(wěn)定的干涉圖樣。c是水面上的一點(diǎn),a、b、c間的距離均為l,

如圖所示。已知除c點(diǎn)外,在a、c連線上還有其他振幅極大的點(diǎn),其中距c

最近的點(diǎn)到c的距離為

l。

求:(ⅰ)波的波長(zhǎng);(ⅱ)波的傳播速度。解析(ⅰ)設(shè)與c點(diǎn)最近的振幅極大的點(diǎn)為d,則ad=l-

l=

l,bd=

=

l由干涉加強(qiáng)點(diǎn)距離差的關(guān)系Δx=x1-x2=nλ得:bd-ad=

l=λ,波長(zhǎng)為λ=

l。(ⅱ)由于受迫振動(dòng)的頻率取決于波源頻率,由v=λf知:v=

fl。應(yīng)用雷達(dá)測(cè)速儀——多普勒效應(yīng)1.多普勒效應(yīng):由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),使觀察者接收到的波

的頻率(該頻率是指觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù))發(fā)生變

化。1)當(dāng)二者相互靠近時(shí),f接收>f波;2)當(dāng)二者相互遠(yuǎn)離時(shí),f接收<f波;3)當(dāng)二者相對(duì)距離不變時(shí),f接收=f波。2.測(cè)速雷達(dá)主要利用多普勒效應(yīng)原理:當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時(shí),反射信

號(hào)頻率將高于發(fā)射機(jī)頻率;當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時(shí),反射信號(hào)頻率將低于

發(fā)射機(jī)頻率。3.弊端1)當(dāng)有兩車并行時(shí),雷達(dá)測(cè)速儀無(wú)法分辨出哪一輛車是超速車輛。2)當(dāng)測(cè)量信號(hào)經(jīng)過(guò)多次反射后,測(cè)速