高中物理知识点总结 机械振动机械波课件 选修34.ppt

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1、一、简谐运动一、简谐运动1定义定义物物体体在在跟跟偏偏离离平平衡衡位位置置位位移移的的大大小小成成正正比比，并并且且总总是是指指向平衡位置的回复力的作用下的运向平衡位置的回复力的作用下的运动动，叫，叫简谐简谐运运动动2简谐运动的描述简谐运动的描述(1)描述描述简谐简谐运运动动的物理量的物理量位位移移x：由由_指指向向_的的有有向向线线段段表表示示振振动动位移，是矢量位移，是矢量振振幅幅A：振振动动物物体体离离开开平平衡衡位位置置的的_，是是标标量量，表示振表示振动动的的强强弱弱2021/8/11 星期三1周周期期T和和频频率率f：物物体体完完成成_所所需需的的时时间间叫叫周周期期，而而频频率率

2、则则等等于于单单位位时时间间内内完完成成_，它它们们是是表表示示振振动动快快慢慢的物理量二者互的物理量二者互为为倒数关系倒数关系(2)简谐简谐运运动动的表达式的表达式xAsin(t)2021/8/11 星期三2(3)简谐简谐运运动动的的图图象象物物理理意意义义：表表示示振振子子的的位位移移随随时时间间变变化化的的规规律律，为为正正弦弦(或余弦或余弦)曲曲线线从从平平衡衡位位置置开开始始计计时时，函函数数表表达达式式为为xAsint，图图象象如左下如左下图图2021/8/11 星期三3从从最最大大位位移移处处开开始始计计时时，函函数数表表达达式式为为xAcost，图图象象如右上如右上图图从从图图

3、象象上上可可以以获获得得的的信信息息：可可以以读读取取振振子子在在某某一一时时刻刻相相对对于于平平衡衡位位置置的的位位移移大大小小；振振子子的的振振幅幅(唯唯一一的的最最大大值值)；周周期期(振振子子完完成成一一次次全全振振动动所所用用的的时时间间)；可可以以判判断断某某一一时时刻刻振振动动物体的速度方向和加速度方向，以及它物体的速度方向和加速度方向，以及它们们的大小的大小变变化化趋势趋势3简谐运动的能量简谐运动的能量简简谐谐运运动动过过程程中中动动能能和和势势能能相相互互转转化化，机机械械能能守守恒恒，振振动动能量与能量与_有关，有关，_越大，能量越大越大，能量越大 2021/8/11 星期

4、三4二、简谐运动的两种基本模型二、简谐运动的两种基本模型2021/8/11 星期三52021/8/11 星期三6三、受迫振三、受迫振动动和共振和共振1受受迫迫振振动动：物物体体在在_作作用用下下的的振振动动做做受受迫迫振振动动的的物物体体，它它的的周周期期或或频频率率等等于于_的的周周期期或或频频率率，而而与与物体的固有周期或物体的固有周期或频频率率_关关2共共振振；做做受受迫迫振振动动的的物物体体，它它的的固固有有频频率率与与驱驱动动力力的的频频率率越越接接近近，其其振振幅幅就就越越大大，当当二二者者_时时，振振幅幅达达到到最最大，大，这这就是共振就是共振现现象共振曲象共振曲线线如如图图所示

5、所示 2021/8/11 星期三7四、机械波四、机械波1定义：定义：_在介质中的传播形成机械波在介质中的传播形成机械波2产产生生条条件件：一一是是要要有有做做机机械械振振动动的的物物体体作作为为_，二是要有能够传播机械振动的，二是要有能够传播机械振动的_3机械波的分类机械波的分类(1)横横波波：质质点点的的振振动动方方向向与与传传播播方方向向_，凸凸起起的的最高处叫最高处叫_，凹下的最低处叫，凹下的最低处叫_(2)纵纵波波：质质点点的的振振动动方方向向与与传传播播方方向向在在_，质质点点分分布布最最密密的的位位置置叫叫_，质质点点分分布布最最疏疏的的位位置置叫叫_2021/8/11 星期三84

6、描述机械波的物理量描述机械波的物理量(1)波波长长：在在波波动动中中，振振动动相相位位总总是是相相同同的的两两个个相相邻邻质质点点间间的距离叫波的距离叫波长长在在横横波波中中，两两个个相相邻邻波波峰峰(或或波波谷谷)间间的的距距离离等等于于波波长长在在纵纵波中，两个相波中，两个相邻邻密部密部(或疏部或疏部)间间的距离等于波的距离等于波长长(2)频频率率f：波波的的频频率率由由_决决定定，无无论论在在什什么么介介质质中中传传播，波的播，波的频频率都率都_(3)波波速速v：单单位位时时间间内内振振动动向向外外传传播播的的距距离离波波速速的的大大小小由由_决定决定波速与波波速与波长长和和频频率的关系

7、：率的关系：_.2021/8/11 星期三9五、横波的图象五、横波的图象如如图图所所示示为为一一横横波波的的图图象象纵纵坐坐标标表表示示某某一一时时刻刻各各个个质质点点偏偏离离平平衡衡位位置置的的_，横横坐坐标标表表示示在在波波的的传传播播方方向向上上各各个个质质点点的的_它它反反映映了了在在波波传传播播的的过过程程中中，某某一一时时刻刻介介质质中中各各质质点点的的位位移移在在空空间间的的分分布布简简谐谐波波的的图图象象为为_曲曲线线2021/8/11 星期三10六、波的衍射和干涉六、波的衍射和干涉1衍衍射射：波波可可以以绕绕过过障障碍碍物物继继续续传传播播的的现现象象产产生生明明显显衍射现象

8、的条件是：衍射现象的条件是：_.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传播时引起的位移的独传播时引起的位移的_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生稳定的干涉现象的必要条件：产生稳定的干涉现象的必要条件：_.

9、干涉和衍射是波所特有的现象干涉和衍射是波所特有的现象2021/8/11 星期三11答案：答案：一一、2.(1)平平衡衡位位置置振振动动质质点点所所在在位位置置最最大大距距离离一次全振动全振动的次数一次全振动全振动的次数3.振幅振幅振幅振幅三、三、1.周期性驱动力驱动力无周期性驱动力驱动力无2.相等相等四四、1.机机械械振振动动2.波波源源介介质质3.(1)相相互互垂垂直直波波峰峰波谷波谷(2)同一直线上密部疏部同一直线上密部疏部4(2)波源不变波源不变(3)介质介质vf五、位移平衡位置正弦五、位移平衡位置正弦(或余弦或余弦)六六、1.障障碍碍物物或或孔孔的的尺尺寸寸比比波波长长小小或或与与波波

10、长长相相差差不不多多2.矢量和矢量和3.加强减弱两列波的频率相同加强减弱两列波的频率相同2021/8/11 星期三12(1)l等等效效摆摆长长：摆摆动动圆圆弧弧的的圆圆心心到到摆摆球球重重心心的的距距离离如如图图(甲甲)所所示示的的双双线线摆摆的的摆摆长长lrLcos；(乙乙)图图中中小小球球在在半半径径为为R的光滑的光滑圆圆槽靠近槽靠近A点振点振动动，其等效，其等效摆长为摆长为lR.2021/8/11 星期三13(2)g等效重力加速度：与等效重力加速度：与单摆单摆所所处处物理物理环环境有关境有关单单摆摆处处于于超超重重或或失失重重状状态态下下的的等等效效重重力力加加速速度度分分别别为为gg0

11、a、gg0a.2021/8/11 星期三14振振动类动类型型项项目目自由振自由振动动受迫振受迫振动动共振共振受力情况受力情况仅仅受回复力受回复力周期性周期性驱动驱动力作力作用用周期性周期性驱动驱动力力作用作用振振动动周期或周期或频频率率由系由系统统本身性本身性质质决定，即固决定，即固有周期或固有有周期或固有频频率率由由驱动驱动力的周期力的周期或或频频率决定，即率决定，即TT驱驱或或ff驱驱T驱驱T固固或或f驱驱f固固振振动动能量能量振振动动物体的机物体的机械能不械能不变变由由产产生生驱动驱动力的力的物体提供物体提供振振动动物体物体获获得得的能量最大的能量最大常常见见例子例子弹弹簧振子或簧振子或

12、单单摆摆(5)机械工作机械工作时时底座底座发发生的振生的振动动共振共振筛筛、转转速速计计等等2021/8/11 星期三15已已知知波波的的传传播播方方向向，由由图图象象可可知知各各质质点点的的振振动动方方向向；若若已知某已知某质质点此点此时时刻的振刻的振动动方向，由方向，由图图象可知波的象可知波的传传播方向播方向常用方法有：常用方法有：方方法法1：上上下下坡坡法法：沿沿波波的的传传播播方方向向看看，“上上坡坡”的的质质点点向向下下振振动动；“下下坡坡”的的质质点点向向上上振振动动，简简称称“上上坡坡下下，下下坡坡上上”(如如图图甲所示甲所示)2021/8/11 星期三16方方法法2：同同侧侧法

13、法：在在波波的的图图象象上上某某一一点点，沿沿纵纵轴轴方方向向画画出出一一个个箭箭头头表表示示质质点点的的振振动动方方向向，并并设设想想在在同同一一点点沿沿水水平平方方向向画画个个箭箭头头表表示示波波的的传传播播方方向向，那那么么这这两两个个箭箭头头总总是是在在曲曲线线的的同同侧侧(如如图图乙所示乙所示)2021/8/11 星期三17振振动图动图象象波的波的图图象象研究研究对对象象一振一振动质动质点点沿波沿波传传播方向的所有播方向的所有质质点点图图象意象意义义一一质质点位移随点位移随时间时间的的变变化化规规律律某某时时刻所有刻所有质质点相点相对对平衡平衡位置的位移位置的位移图图象特点象特点20

14、21/8/11 星期三18振振动图动图象象波的波的图图象象图图象信息象信息质质点振点振动动周期、振幅、周期、振幅、各各时时刻的位移、速度、刻的位移、速度、加速度加速度(包括大小和方向包括大小和方向)波波长长、振幅、任意一、振幅、任意一质质点此刻的位移、任点此刻的位移、任意一意一质质点在点在该时该时刻的刻的加速度方向加速度方向图图象象变变化化随随时间时间推移推移图图象延象延续续，但已有形状不但已有形状不变变随随时间时间推移，推移，图图象沿象沿传传播方向平移播方向平移一完整曲一完整曲线对应线对应横横坐标坐标一个周期一个周期一个波一个波长长2021/8/11 星期三19波波动动问问题题的的一一个个显

15、显著著特特点点是是多多解解性性，出出现现多多解解的的原原因因主主要有以下几点：要有以下几点：1波的空间周期性波的空间周期性沿沿波波的的传传播播方方向向相相距距波波长长整整数数倍倍的的各各质质点点振振动动情情况况完完全全相相同同，因因此此在在同同一一波波形形图图上上，某某一一振振动动状状态态(位位移移、速速度度等等)会会不断地重复出不断地重复出现现，这这就是波的空就是波的空间间周期性周期性2021/8/11 星期三202波的时间周期性波的时间周期性由由于于经经过过周周期期整整数数倍倍的的时时间间(即即ttnT)各各质质点点的的振振动动情情况况(位位移移、速速度度、加加速速度度等等)与与它它在在t

16、时时刻刻的的振振动动情情况况完完全全相相同同，因因此此t时时刻刻的的波波形形在在ttnT时时刻刻必必然然重重复复出出现现，这这就就是是波波的的时间时间周期性周期性由由于于机机械械波波的的空空间间、时时间间的的周周期期性性必必然然导导致致波波的的传传播播距距离离、时时间间和和速速度度等等物物理理量量出出现现多多值值，这这三三个个物物理理量量可可分分别别表表示示为为xnx，tkTt2021/8/11 星期三213波传播的双向性波传播的双向性在在一一维维的的条条件件下下，机机械械波波既既可可以以向向x轴轴正正方方向向传传播播，又又可可以以向向x轴轴负负方方向向传传播播，这这就就是是波波传传播播的的双

17、双向向性性波波沿沿正正负负两两个个方方向向传传播播的的最最短短时时间间之之和和为为一一个个周周期期、最最短短距距离离之之和和为为一一个个波波长长即即t左左t右右T，x左左x右右.如如图图所所示示，实实线线为为t时时刻刻波形，虚波形，虚线为线为tt时时刻波形刻波形2021/8/11 星期三224介质中两质点间距离与波长关系的不确定性介质中两质点间距离与波长关系的不确定性已已知知两两质质点点平平衡衡位位置置间间的的距距离离及及某某时时刻刻它它们们所所在在的的位位置置，由由于于波波的的空空间间周周期期性性，则则两两质质点点间间存存在在多多种种可可能能波波形形做做这这类类题题，可可据据题题意意在在两两质质点点间间先先画画出出最最简简波波形形，然然后后再再做做一一般般分分析析，从而写出两从而写出两质质点点间间的距离与波的距离与波长长关系的通式关系的通式2021/8/11 星期三232021/8/11 星期三24