机械振动_机械波_电磁波

1、高三物理第一轮总复习高三物理第一轮总复习（2013届）届）第一课时机械振动和振动图象第一课时机械振动和振动图象2、回复力、回复力回复力是效果力，是振动物体在振动方向上的合外力，回复力是效果力，是振动物体在振动方向上的合外力，可能是几个力的合力，也可能是某一个力或某个力的分可能是几个力的合力，也可能是某一个力或某个力的分力力方向总指向方向总指向平衡平衡位置位置物体所受物体所受回复力回复力为零的位置，称为平衡位置为零的位置，称为平衡位置一机械振动、回复力一机械振动、回复力1、机械振动、机械振动物体在平衡位置附近做的物体在平衡位置附近做的往复往复运动，叫做机械振动运动，叫做机械振动产生条件：有回复力

2、的作用和阻尼足够小产生条件：有回复力的作用和阻尼足够小2、描述简谐运动的物理量、描述简谐运动的物理量位移位移x：由：由平衡位置平衡位置指向指向振动质点所在位置振动质点所在位置的有向线的有向线段，段，是矢量是矢量振幅振幅A：振动物体离开平衡位置的：振动物体离开平衡位置的最大最大距离距离，是标是标量量周期周期T和频率和频率f：物体完成一次：物体完成一次全振动全振动经历的时间叫经历的时间叫周期，振动物体在周期，振动物体在1 s内完成内完成全振动全振动的次数叫频率，二的次数叫频率，二者的关系为者的关系为T1/f.二简谐运动及描述简谐运动的物理量二简谐运动及描述简谐运动的物理量1、简谐运动、简谐运动定义

3、：物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平定义：物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的运动衡位置的回复力作用下的运动受力特征：受力特征：Fkx(负号表示回复力方向与位移方负号表示回复力方向与位移方向相反向相反)3、简谐运动的表达式：、简谐运动的表达式：xAsint， 其中其中2/T2f.4、两种基本模型、两种基本模型单摆做简谐运动的条件单摆做简谐运动的条件单摆只在摆角很小时单摆只在摆角很小时(A（从平衡位置的一侧运动到（从平衡位置的一侧运动到另一侧）另一侧）s=A（在平衡位置和最大位移处（在平衡位置和最大位移处两点间运动）两点间运动）sA（在靠近最大位移处的往复（在靠近最大

4、位移处的往复运动）运动）1、横、纵坐标表示：横坐标为时间轴，纵坐标为某时、横、纵坐标表示：横坐标为时间轴，纵坐标为某时刻质点的位移刻质点的位移2、意义：、意义：表示振动质点的位移随时间变化的规律表示振动质点的位移随时间变化的规律3、形状：、形状：正弦正弦或或余弦余弦图线图线四简谐运动的图象四简谐运动的图象(1)从平衡位置开始计时，函数表达式从平衡位置开始计时，函数表达式为为xAsint，图象如图，图象如图(甲甲)所示所示(2)从最大位移处开始计时，函数表达从最大位移处开始计时，函数表达式为式为xAcost，图象如图，图象如图(乙乙)所示所示(3)振动图象表示某质点在不同时刻偏离平衡位置的位振动

5、图象表示某质点在不同时刻偏离平衡位置的位移，移，不表示质点运动轨迹不表示质点运动轨迹直接从图象上读出直接从图象上读出周期周期和和振幅振幅确定任一时刻质点相对平衡位置的位移确定任一时刻质点相对平衡位置的位移判断任意时刻振动物体的判断任意时刻振动物体的速度方向（看斜率）速度方向（看斜率）和和加速加速度的方向（指向平衡位置）度的方向（指向平衡位置）判断某段时间内振动物体的速度、加速度、动能及势判断某段时间内振动物体的速度、加速度、动能及势能大小的变化情况能大小的变化情况4、简谐运动图象的应用、简谐运动图象的应用五受迫振动和共振五受迫振动和共振1、受迫振动、受迫振动受迫振动是物体在受迫振动是物体在周期

6、性驱动力周期性驱动力作用下的振动做作用下的振动做受迫振动的物体，振动稳定后的周期或频率总等于受迫振动的物体，振动稳定后的周期或频率总等于驱驱动力动力的周期或频率，而与物体的固有周期或频率的周期或频率，而与物体的固有周期或频率无无关关振幅特征：驱动力的频率与物体的固有频率相差振幅特征：驱动力的频率与物体的固有频率相差较较大大时，振幅较小驱动力的频率与物体的固有频率相时，振幅较小驱动力的频率与物体的固有频率相差差较小较小时，振幅较大驱动力的频率与物体的固有频时，振幅较大驱动力的频率与物体的固有频率率相等相等时，振幅最大时，振幅最大共振：做受迫振动的物体，驱动力共振：做受迫振动的物体，驱动力的频率与

7、它的固有频率的频率与它的固有频率相等相等时，受迫时，受迫振动的振幅达到最大，这就是共振现振动的振幅达到最大，这就是共振现象共振曲线如图所示象共振曲线如图所示2、共振、共振共振的应用和防止共振的应用和防止应用共振：使驱动力的频率接近直至等于振动系统应用共振：使驱动力的频率接近直至等于振动系统的固有频率如：共振筛、核磁共振仪的固有频率如：共振筛、核磁共振仪防止共振：使驱动力的频率远离振动系统的固有频防止共振：使驱动力的频率远离振动系统的固有频率，如：火车车厢避震系统率，如：火车车厢避震系统4、无阻尼振动：振幅不变的振动、简谐运动就是一种、无阻尼振动：振幅不变的振动、简谐运动就是一种无阻尼振动无阻尼

8、振动3、阻尼振动：振幅不断减小的振动、阻尼振动：振幅不断减小的振动第二课时实验：探究单摆的运动、第二课时实验：探究单摆的运动、 用单摆测定重力加速度用单摆测定重力加速度一、实验原理一、实验原理1思路：单摆在偏角很小思路：单摆在偏角很小(小于小于10)时的摆动，可认时的摆动，可认为是简谐运动，其固有周期为为是简谐运动，其固有周期为 ，由此可得，由此可得g42l/T2。只要测出摆长。只要测出摆长l和周期和周期T，即可算出当地的重，即可算出当地的重力加速度值力加速度值2秒表的使用秒表的使用(1)使用方法：首先要上好发条它上端的按钮用来开使用方法：首先要上好发条它上端的按钮用来开启和止动秒表第一次按压

9、，秒表开始计时；第二次启和止动秒表第一次按压，秒表开始计时；第二次按压，指针停止走动，指示出两次按压之间的时间；按压，指针停止走动，指示出两次按压之间的时间；第三次按压，两指针均返回零刻度处第三次按压，两指针均返回零刻度处(2)读数：所测时间超过半分钟时，半分钟的整数倍部读数：所测时间超过半分钟时，半分钟的整数倍部分由分针读出，不足半分钟的部分由秒针读出，总时分由分针读出，不足半分钟的部分由秒针读出，总时间为两针示数之和间为两针示数之和 （秒表不要估读）秒表不要估读）2/Tl g二、实验器材二、实验器材带孔小钢球一个，约带孔小钢球一个，约1 m长的细线一根，带有铁夹的铁长的细线一根，带有铁夹的

10、铁架台、毫米刻度尺、秒表、游标卡尺架台、毫米刻度尺、秒表、游标卡尺三、实验步骤三、实验步骤1组成单摆在细线的一端打一个比小钢组成单摆在细线的一端打一个比小钢球的孔径稍大些的结，将细线穿过小钢球上球的孔径稍大些的结，将细线穿过小钢球上的小孔，制成一个单摆，将单摆固定在带铁的小孔，制成一个单摆，将单摆固定在带铁夹的铁架台上，使小钢球自由下垂夹的铁架台上，使小钢球自由下垂(如图如图)2测摆长让摆球处于自由下垂状时，用毫米刻度尺测摆长让摆球处于自由下垂状时，用毫米刻度尺测出悬线长测出悬线长l0，用游标卡尺测出摆球的直径，用游标卡尺测出摆球的直径(2r)，则摆，则摆长为长为ll0r.3测周期把摆球拉离平

11、衡位置一个小角度测周期把摆球拉离平衡位置一个小角度(小于小于10)，使单摆在竖直面内摆动，测量其完成全振动，使单摆在竖直面内摆动，测量其完成全振动30次次(或或50次次)所用的时间，求出完成一次全振动所用的平所用的时间，求出完成一次全振动所用的平均时间，即为周期均时间，即为周期T.4求重力加速度将求重力加速度将l和和T代入代入g42l/T2，求，求g的值；的值；变更摆长变更摆长3次，重测每次的摆长和周期，再取重力加速次，重测每次的摆长和周期，再取重力加速度的平均值，即得本地的重力加速度度的平均值，即得本地的重力加速度四、实验数据的处理方法四、实验数据的处理方法1平均值法：将测得的平均值法：将测

12、得的n次的周期次的周期T和摆长和摆长l代入公式代入公式g42l/T2中算出对应的中算出对应的g值值(g1、g2)，然后求出平均值：，然后求出平均值：123ngggggn2图象法：由单摆的周期公式图象法：由单摆的周期公式 可得，可得， 因此以摆长因此以摆长l为纵轴，以为纵轴，以T2 为横轴做出为横轴做出lT2图象，图象，是一条过原点的倾斜直线是一条过原点的倾斜直线，如图，求出斜，如图，求出斜率率k，即可求出，即可求出g 值值g42k.2lTg224glT22llkTT求直线的斜率时，不能测量出直线的倾斜角求直线的斜率时，不能测量出直线的倾斜角，利用，利用ktan求斜率因为坐标轴单位长度不同时，同

13、一条求斜率因为坐标轴单位长度不同时，同一条直线对应的直线对应的角不同角不同五、注意事项五、注意事项1测周期的方法测周期的方法(1)开始计时位置：平衡位置，此处的速度大，计时误差开始计时位置：平衡位置，此处的速度大，计时误差小，最高点速度小，误差大小，最高点速度小，误差大(2)记录全振动次数的方法：摆球过平衡位置时启动秒表记录全振动次数的方法：摆球过平衡位置时启动秒表同时记数为零，以后摆球每过一次平衡位置记一个数，同时记数为零，以后摆球每过一次平衡位置记一个数，最后秒表计时为最后秒表计时为t秒，记数为秒，记数为n，则周期，则周期 秒秒2选材料时应选择细、轻又不易伸长的线，长度一般在选材料时应选择

14、细、轻又不易伸长的线，长度一般在1 m左右，小球应选用密度较大、体积较小的金属球左右，小球应选用密度较大、体积较小的金属球3单摆摆线的上端不可随意绕在铁夹的杆上，应夹紧在单摆摆线的上端不可随意绕在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆球摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现铁夹中，以免摆球摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现象象2/2ttTnn4注意控制单摆摆动时摆线与竖直方向的夹角不超过注意控制单摆摆动时摆线与竖直方向的夹角不超过10，且摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内，且摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆不要形成圆锥摆六、误差分析六、误差分析1系统误差系统误差本实验系统误差主要来源

15、于单摆模型本身，即：悬点是本实验系统误差主要来源于单摆模型本身，即：悬点是否固定，球、线是否符合要求，振动是圆锥摆还是同一否固定，球、线是否符合要求，振动是圆锥摆还是同一竖直平面内的摆动等竖直平面内的摆动等2偶然误差偶然误差(1)本实验的偶然误差主要来自于时间本实验的偶然误差主要来自于时间(即单摆的周期即单摆的周期)的的测量测量(2)本实验摆线长度和摆球直径的测量，也容易造成误差本实验摆线长度和摆球直径的测量，也容易造成误差(3)为了减小偶然误差，通常采用多次测量求平均值及用为了减小偶然误差，通常采用多次测量求平均值及用图象处理数据的方法图象处理数据的方法第三课时机械波和波的图象第三课时机械波

16、和波的图象一机械波的形成和传播特点一机械波的形成和传播特点2、机械波的分类、机械波的分类横波：质点的横波：质点的振动方向与波的传播方向振动方向与波的传播方向垂直垂直的的波有波峰和波谷波有波峰和波谷纵波：质点的纵波：质点的振动方向与波的传播方向在振动方向与波的传播方向在同一直线同一直线上上的波有密部和疏部的波有密部和疏部1、机械波的产生、机械波的产生机械振动在机械振动在介质介质中的传播形成机械波中的传播形成机械波产生的条件：有波源，有介质产生的条件：有波源，有介质19振动振动19振动振动经过时间经过时间t3、机械波的特点、机械波的特点每一质点都以各自的每一质点都以各自的平衡位置平衡位置为中心做振

17、动，为中心做振动，质点质点并不随波而迁移，传播的是波源的振动并不随波而迁移，传播的是波源的振动形式形式和振动和振动能能量量后一质点的振动总是后一质点的振动总是落后落后于带动它的前一质点的振于带动它的前一质点的振动，且每个质点起振方向与波源起振方向动，且每个质点起振方向与波源起振方向相同相同介质中各质点的振动周期介质中各质点的振动周期(频率频率)都与波源的振动周都与波源的振动周期期(频率频率)相同相同4、描述机械波的物理量、描述机械波的物理量波长：沿着波的传播方向，两个相邻的、相对平衡波长：沿着波的传播方向，两个相邻的、相对平衡位置的位置的位移和振动方向总是位移和振动方向总是相同相同的质点间的距

18、离的质点间的距离在波的传播方向上，对于在波的传播方向上，对于横波，横波，相邻的相邻的两个波峰两个波峰(或相或相邻的两个波谷邻的两个波谷)之间的距离等于一个波长之间的距离等于一个波长对于纵波，对于纵波，相邻的两个相邻的两个疏部疏部(或或密部密部)之间的距离等于一个波长之间的距离等于一个波长波速：波在介质中传播的速度表达式波速：波在介质中传播的速度表达式v/T （或（或v=s/t 相当于相当于“振动振动”在介质中匀速运动在介质中匀速运动).频率：频率：波的频率始终等于波源的振动频率波的频率始终等于波源的振动频率，也是所，也是所有质点的振动频率有质点的振动频率三者关系：三者关系：vf，f 和和v决定

19、决定.注意：注意：机械波的波速只与介质有关，而频率则由波源机械波的波速只与介质有关，而频率则由波源决定注意波速与质点振动速度不是同一概念决定注意波速与质点振动速度不是同一概念二、波的图象二、波的图象 以介质中各质点的位置坐标以介质中各质点的位置坐标为横坐标，某时刻各质点相对于为横坐标，某时刻各质点相对于平衡位置的位移为纵坐标画出的平衡位置的位移为纵坐标画出的图象叫做波的图象图象叫做波的图象. 波的图象反映了在波传播的过程中，波的图象反映了在波传播的过程中，某一时刻某一时刻介介质中质中各质点各质点相对平衡位置的位移相对平衡位置的位移横波的图象：波形中的波峰即为图象中的位移正向最横波的图象：波形中

20、的波峰即为图象中的位移正向最大值，波谷即为图象中位移负向的最大值，波形中通过大值，波谷即为图象中位移负向的最大值，波形中通过平衡位置的质点在图象中也恰处于平衡位置。平衡位置的质点在图象中也恰处于平衡位置。1、波动图象的特点、波动图象的特点波形图线是正弦或余弦曲线的波称为简谐波。简谐波形图线是正弦或余弦曲线的波称为简谐波。简谐波是最简单的波。对于简谐波而言，各个质点振动的波是最简单的波。对于简谐波而言，各个质点振动的最大位移都相同。最大位移都相同。波的图象的重复性：波的图象的重复性：相隔时间为周期整数倍的两个相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同时刻的波形相同。波的传播方向的双向性：不指定波的

21、传播方向时，波的传播方向的双向性：不指定波的传播方向时，图象中波可能向图象中波可能向 x 轴正向或轴正向或 x 轴负向传播。轴负向传播。沿波的传播方向相距沿波的传播方向相距x=n的质点振动总是相同。的质点振动总是相同。 相距相距x=(2n+1)/2的质点振动总是相反。的质点振动总是相反。 相距相距x=(2n+1)/4的两质点，若一个在最大位移的两质点，若一个在最大位移 处，则另一个在平衡位置。处，则另一个在平衡位置。(6)(6)注意空间与时间一一对应关系：注意空间与时间一一对应关系：x=n t=nTx=n+ /4 t=nT+ T/4 x=n+ /2 t=nT+ T/2 x=n+ 3/4 t=n

22、T+ 3T/4从图象上直接读出波长和振幅。从图象上直接读出波长和振幅。可确定任一质点在该时刻的位移。可确定任一质点在该时刻的位移。可确定任一质点在该时刻的加速度的方向。可确定任一质点在该时刻的加速度的方向。若知道波速若知道波速v 的方向，可知各质点的运动方向，如图的方向，可知各质点的运动方向，如图中，设波速向右，则中，设波速向右，则a、d质点沿质点沿-y方向运动；方向运动；b、c质点质点沿沿+y方向运动。方向运动。2、简谐波图象的应用、简谐波图象的应用若已知波速若已知波速v 的大小，可求频率的大小，可求频率f 或周期或周期T：T=1/f=/v若已知若已知 f 或或T，可求，可求v 的大小：的大

23、小：v=f=/T若已知波速若已知波速v 的大小和方向，可画出在的大小和方向，可画出在t 前后的波前后的波形图，沿形图，沿(或逆着或逆着)传播方向平移传播方向平移x=vt =n+x 可采取去整（可采取去整（n)留零留零( x )的方法，只需平移的方法，只需平移 x 即可。即可。若知道该时刻某质点的运动方若知道该时刻某质点的运动方向，可判断波的传播方向。如图向，可判断波的传播方向。如图中，设质点中，设质点d 向上运动，向上运动，则该波向左传播则该波向左传播.（1）微平移法：作出经微小时）微平移法：作出经微小时间间 t （ tT/4 ）后的波形，）后的波形，就知道了各质点经过就知道了各质点经过t 到达的到达的位置，则运动方向就知道了。位置，则运动方向就知道了。（2）“上下坡上下坡”法：沿着波法：沿着波的传播方向看，上坡下，下坡的传播方向看，上坡下，下坡上。上。vvv3、波的传播方向与介质中质点振动方向互判的方法、波的传播方向与介质中质点振动方向互判的方法三波特有的现象三波特有的现象1、波的独立传播与叠加原理、波的独立传播与叠加原理两列波在空间相遇时保持原有的特性两列波在空间相遇时保持原有的特性(如如f、A、振、振动方向、传播方向动方向、传播方向)，而不相干扰，在两列波重叠的