【绿色通道】高考物理 机械振动机械波课件 新人教选修34

考纲展示考向预览1.简谐运动Ⅰ2.简谐运动的公式和图象Ⅱ3.单摆、周期公式Ⅰ4.受迫振动和共振Ⅰ5.机械波Ⅰ6.横波和纵波Ⅰ7.横波的图象Ⅱ8.波速、波长和频率(周期)的关系

Ⅱ9.波的干涉和衍射现象Ⅰ10.变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁波及其传播Ⅰ机械振动和机械波具有的共同点是运动的周期性，不同点是：振动研究的是一个孤立质点的运动规律，而波动研究的是波的传播方向上参与波动的一系列质点的运动规律．本部分内容是历年高考考查的内容，命题的热点集中在简谐运动的特点和图象、波的图象以及波长、频率和波速的关系，既有选择题，也有实验填空题，还有计算论述题．考纲展示考向预览11.电磁波的产生、发射和接收Ⅰ12.电磁波谱Ⅰ13.狭义相对论的基本假设Ⅰ14.质速关系、质能关系

Ⅰ15.相对论质能关系式Ⅰ16.光的折射定律Ⅱ17.折射率Ⅰ18.全反射、光导纤维Ⅰ19.光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ光这部分内容重点是光的折射、色散、全反射、光的干涉及光的衍射现象．命题频率较高的是几何光学中光的折射率和光的全反射问题，出题的形式将以非选择题的形式出现，出现填空、计算和实验的几率较大．电磁波、相对论这一部分内容知识点琐碎，电磁波问题多联系前面波的知识综合考查，相对论问题多注重基础知识、基本公式的考查，高考多以选择、填空题形式出现.一、简谐运运动1．定义物体在跟偏偏离平衡位位置位移的的大小成正正比，并且且总是指向向平衡位置置的回复力力的作用下下的运动，，叫简谐运运动．2．简谐运动的的描述(1)描述述简谐运动动的物理量量①位移x：由________指向________的的有向线段段表示振动动位移，是是矢量．②振幅A：振动物体体离开平衡衡位置的________，，是标量，，表示振动动的强弱．．③周期T和频率f：物体完成成________所需的时时间叫周期期，而频率率则等于单单位时间内内完成________，它它们是表示示振动快慢慢的物理量量．二者互互为倒数关关系．(2)简谐谐运动的表表达式x＝Asin(ωt＋φ)(3)简谐运运动的图象①物理意义：表表示振子的位位移随时间变变化的规律，，为正弦(或或余弦)曲线线．②从平衡位置开开始计时，函函数表达式为为x＝Asinωt，图象如左下下图．从最大位移处处开始计时，，函数表达式式为x＝Acosωt，图象如右上上图．③从图象上可以以获得的信息息：可以读取取振子在某一一时刻相对于于平衡位置的的位移大小；；振子的振幅幅(唯一的最最大值)；周周期(振子完完成一次全振振动所用的时时间)；可以以判断某一时时刻振动物体体的速度方向向和加速度方方向，以及它它们的大小变变化趋势．3．简谐运动的能能量简谐运动过程程中动能和势势能相互转化化，机械能守守恒，振动能能量与________有关，________越大，能能量越大．二、简谐运动动的两种基本本模型三、受迫振动动和共振1．受迫振动动：物体在________作用下下的振动．做做受迫振动的的物体，它的的周期或频率率等于________的周期或频频率，而与物物体的固有周周期或频率________关．2．共振；做受受迫振动的物物体，它的固固有频率与驱驱动力的频率率越接近，其其振幅就越大大，当二者________时，振幅达到到最大，这就就是共振现象象．共振曲线线如图所示．．四、机械波1．定义：________在介质质中的传播形形成机械波．．2．产生条件件：一是要有有做机械振3．机械波的分类(1)横波：质点的振动方向与传播方向________，凸起的最高处叫________，凹下的最低处叫________．(2)纵波：质点的振动方向与传播方向在________，质点分布最密的位置叫________，质点分布最疏的位置叫________．4．描述机械械波的物理量量(1)波长λ：在波动中，，振动相位总总是相同的两两个相邻质点点间的距离叫叫波长．在横波中，两两个相邻波峰峰(或波谷)间的距离等等于波长．在在纵波中，两两个相邻密部部(或疏部)间的距离等等于波长．(2)频率f：波的频率由由________决定定，无论在什什么介质中传传播，波的频频率都________．(3)波速v：单位时间内内振动向外传传播的距离．．波速的大小小由________决决定．波速与波长和和频率的关系系：________.五、横波的图图象如图所示为一一横波的图象象．纵坐标表表示某一时刻刻各个质点偏偏离平衡位置置的________，，横坐标表示示在波的传播播方向上各个个质点的________．它反映映了在波传播播的过程中，，某一时刻介介质中各质点点的位移在空空间的分布．．简谐波的图图象为________曲线．六、波的衍射射和干涉1．衍射：波波可以绕过障障碍物继续传传播的现象．．产生明显衍衍射现象的条条件是：____________.2．．波波的的叠叠加加：：几几列列波波相相遇遇时时，，每每列列波波都都能能够够保保持持各各自自的的状状态态继继续续传传播播而而不不互互相相干干扰扰，，只只是是在在重重叠叠的的区区域域里里，，介介质质的的质质点点同同时时参参与与这这几几列列波波引引起起的的振振动动，，质质点点的的位位移移等等于于这这几几列列波波单单独独传传播播时时引引起起的的位位移移的的________．．3．．干干涉涉：：频频率率相相同同的的两两列列波波叠叠加加，，使使某某些些区区域域的的振振动动________，，某某些些区区域域的的振振动动________，，这这种种现现象象叫叫做做波波的的干干涉涉．．产产生生稳稳定定的的干干涉涉现现象象的的必必要要条条件件：：________.干涉涉和和衍衍射射是是波波所所特特答案：一、2.(1)①平衡衡位置振振动质质点所在在位置②②最大大距离③③一次次全振动动全振振动的次次数3.振幅幅振幅幅三、1.周期性性驱动力力驱动动力无无2.相等四、1.机械振振动2.波源源介质质34．(2)波源不变(3)介质v＝λf五、位移平衡位置正弦(或余弦)六、1.障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多2.矢量和3.加强减弱两列波的频率相同(1)l——等效效摆长：：摆动圆圆弧的圆圆心到摆摆球重心心的距离离．如图图(甲)所示的的双线摆摆的摆长长l＝r＋Lcosα；(乙)图中小小球在半半径为R的光滑圆圆槽靠近近A点振动，，其等效效摆长为为l＝R.(2)g——等效效重力加加速度：：与单摆摆所处物物理环境境有关．．②单摆处于于超重或或失重状状态下的的等效重重力加速速度分别别为g＝g0＋a、g＝g0－a.振动类型项目自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力周期性驱动力作用周期性驱动力作用振动周期或频率由系统本身性质决定，即固有周期或固有频率由驱动力的周期或频率决定，即T＝T驱或f＝f驱T驱＝T固或f驱＝f固振动能量振动物体的机械能不变由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆(θ<5°)机械工作时底座发生的振动共振筛、转速计等已知波的的传播方方向，由由图象可可知各质质点的振振动方向向；若已已知某质质点此时时刻的振振动方向向，由图图象可知知波的传传播方向向．常用方法法有：方法1：：上下坡坡法：沿沿波的传传播方向向看，““上坡””的质点点向下振振动；““下坡””的质点点向上振振动，简简称“上上坡下，，下坡上上”(如如图甲所所示)．．方法2：：同侧法法：在波波的图象象上某一一点，沿沿纵轴方方向画出出一个箭箭头表示示质点的的振动方方向，并并设想在在同一点点沿水平平方向画画个箭头头表示波波的传播播方向，，那么这这两个箭箭头总是是在曲线线的同侧侧(如图图乙所示示)．振动图象波的图象研究对象一振动质点沿波传播方向的所有质点图象意义一质点位移随时间的变化规律某时刻所有质点相对平衡位置的位移图象特点振动图象波的图象图象信息质点振动周期、振幅、各时刻的位移、速度、加速度(包括大小和方向)波长、振幅、任意一质点此刻的位移、任意一质点在该时刻的加速度方向图象变化随时间推移图象延续，但已有形状不变随时间推移，图象沿传播方向平移一完整曲线对应横坐标一个周期一个波长波动问问题的的一个个显著著特点点是多多解性性，出出现多多解的的原因因主要要有以以下几几点：：1．波的空空间周周期性性沿波的的传播播方向向相距距波长长整数数倍的的各质质点振振动情情况完完全相相同，，因此此在同同一波波形图图上，，某一一振动动状态态(位位移、、速度度等)会不不断地地重复复出现现，这这就是是波的的空间间周期期性．．2．波波的时时间周周期性性由于经经过周周期整整数倍倍的时时间(即t′＝t＋nT)各质质点的的振动动情况况(位位移、、速度度、加加速度度等)与它它在t时刻的的振动动情况况完全全相同同，因因此t时刻的的波形形在t′＝t＋nT时刻必必然重重复出出现，，这就就是波波的时时间周周期性性．由于机机械波波的空空间、、时间间的周周期性性必然然导致致波的的传播播距离离、时时间和和速度度等物物理量量出现现多值值，这这三个个物理理量可可分别别表示示为x＝nλ＋Δx，t＝kT＋Δt3．波波传播播的双双向性性在一维维的条条件下下，机机械波波既可可以向向x轴正方方向传传播，，又可可以向向x轴负方方向传传播，，这就就是波波传播播的双双向性性．波波沿正正负两两个方方向传传播的的最短短时间间之和和为一一个周周期、、最短短距离离之和和为一一个波波长．．即Δt左＋Δt右＝T，Δx左＋Δx右＝λ.如图图所示示，实实线为为t时刻波波形，，虚线线为t＋Δt时刻波波形．．4．介介质中中两质质点间间距离离与波波长关关系的的不确确定性性已知两两质点点平衡衡位置置间的的距离离及某某时刻刻它们们所在在的位位置，，由于于波的的空间间周期期性，，则两两质点点间存存在多多种可可能波波形．．做这这类题题，可可据题题意在在两质质点间间先画画出最最简波波形，，然后后再做做一般般分析析，从从而写写出两两质点点间的的距离离与波波长关关系的的通式式．答案：：AD跟踪训训练1一弹簧簧振子子做简简谐运运动，，O为平衡衡位置置，当当它经经过O点时开始计计时，经过过0.3s，第一一次到达M点，再经过过0.2s第二次到到达M点，则弹簧簧振子的周周期为多少少？如图乙所示示，振子由由O向B运动，由于于对称性，，在OB间必存在一一点M′与M点关于O对称．故振振子从M′经B到M所需时间与与振子从M经C到M′所需时间间相同，即即0.2s．振子子从O到M′和从M′到O及从O到M所需时间相相等，一质点做简简谐运动，，其位移和和时间关系系如图所示示．(1)求t＝0.25×10－2s时的位移移；(2)在t＝1.5××10－2s到2×10－2s的振动过过程中，质质点的位移移、回复力力、速度、、动能、势势能如何变变化？(3)在t＝0到8.5×10－2s时间内，，质点的路路程、位移移各多大？？解析：由图象包含含的信息便便可推出(2)由图象可知在1.5×10－2s到2×10－2s内质点的位移变大，回复力变大，速度减小，动能减小，势能变大．(3)从从t＝0到8.5××10－2s的时间间内质点点的路程程s＝17A＝34cm，，位移为为0.答案：见解析点评：简谐运动动的图象象直观反反映出位位移随跟踪训练练2一质点做做简谐运运动的图图象如图图所示，，下列说说法正确确的是()A．质点运动动频率是4HzB．在10秒秒内质点经过过的路程是20cmC．第4秒末末质点的速度度是零D．在t＝1s和t＝3s两时时刻，质点位位移大小相等等、方向相同同答案：B(2010··福建理综)一列简谐横波波在t＝0时刻的波波形如图中的的实线所示，，t＝0.02s时刻的波波形如图中虚虚线所示．若若该波的周期期大于0.02s，则则该波的传播播速度可能是是()A．2m/sB．3m/sC．4m/sD．5m/s解析：(1)设波向向右传播，只只有当波传播播的距离Δx＝0.02＋＋0.08n时，实线才会会和虚线重合合，即0时刻刻的波形才会会演变成0.02s时时的波形，Δt＝0.02s，当n＝0时，T此时v＝1＋4n＝1m/s.当n＝1时，T＝0.016s<0.02s，不符合要求．(2)设波向向左传播，只只有当波传播播的距离为Δx＝0.06＋＋0.08n时，实线线才会和虚线线重合，即0时刻的波形形才会演变成成0.02s时的波形形，Δt＝0.02s，当n＝0时，T＝0.08/3s>0.02s，符合要求求，此时v＝3＋4n＝3m/s.当n＝1时，T＝0.08/7s<0.02s，不符合要要求．综上所述，只只有B选项正正确．答案：B跟踪训练3一列简谐横波波在x轴上传播，在在t1＝0和t2＝0.05s时刻，其其波形图分别别用如图所示示的实线和虚虚线表示，求求：(1)这列波波可能的波速速；(2)若波速速为280m/s，那那么波的传播播方向向左还还是向右？答案：(1)向右传传v右＝40(4n＋1)m/s(n＝0,1,2，……)(2)向左图(甲甲)为为一列列简谐谐横波波在某某一时时刻的的波形形图，，图(乙)为质质点P以此时时刻为为计时时起点点的振振动图图象．．从该该时刻刻起()A．经经过0.35s，，质点点Q距平衡衡位置置的距距离小小于质质点P距平衡衡位置置的距距离B．经经过0.25s，，质点点Q的加速速度小小于质质点P的加速速度C．经经过0.15s，，波沿沿x轴的正正方向向传播播了3mD．经经过0.1s，质质点Q的运动动方向向沿y轴正方方向思路点点拨：：由振动动图象象可知知周期期T及0时时刻P点的振振动方方向，，根据据波形形图象象可读读出波波长，，并根根据P点振动动方向向判断断波传传播方方向，，由波波动的的时间间周期期性与与空间间周期期性分分析求求解．．点评：：要准确确、快快速地地解决决图象象问题题必须须做到到以下下几点点：首首先观观察坐坐标跟踪训训练4(2009·全全国卷卷Ⅰ)一列简简谐横横波在在某一一时刻刻的波波形图图如图图甲所所示，，图中中P、Q两质点点的横横坐标标分别别为x＝1.5m和和x＝4.5m．．P点的振振动图图象如如图乙乙所示示．在下列列四幅幅图中中，Q点的振振动图图象可可能是是()答案：：BC1．(2010·试试题调调研)一列简简谐横横波在在某时时刻的的波形形图如如图所所示，，已知知图中中质点点b的起振振时刻刻比质质点a延迟了了0.5s，，b和c之间的的距离离是5m，以以下说说法正正确的的是()A．此此列波波的波波长为为2.5mB．此此列波波的频频率为为2HzC．此此列波波的波波速为为2.5m/sD．此此列波波的传传播方方向为为沿x轴正方方向传传播答案2．(2009·宁宁夏高高考)某振动动系统统的固固有频频率为为f0，在周周期性性驱动A．当f<f0时，该振动系统的振幅随f增大而减小B．当f>f0时，该振动系统的振幅随f减小而增大C．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0D．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f答案：BD解析：由共振条条件及共共振曲线线可知：：驱动力力频率f驱越接近振振动系统统的固有有频率f0，则振幅幅越大，，故知：：当f<f0时，振幅幅随f的↑而↑，A错；；当f>f0时，振幅幅随f的↑而↓，随f的↓而↑，B正确确；系统统振动稳稳定时，，振动频频率等于于驱动力力频率f，与固有有频率f0无关，D