机械振动和机械波知识精讲人教版.pdf

机械振动和机械波知识精讲一.本周教学内容：机械振动和机械波二.知识结构：三.知识要点：1.机械振动：（1）机械振动：物体在平衡位置附近做往复运动，叫机械振动。（2）回复力：使振动物体返回平衡位置的力叫回复力。*回复力时刻指向平衡位置，是以效果命名的，它是振动物体在振动方向上的合外力，回复力不一定等于合外力。2.简谐运动：（1）简谐运动：物体在跟位移大小成正比，且总是指向平衡位置的力作用下的振动。受力特征：kxF（2）描述简谐运动的物理量振幅 A：标量，是描述简谐运动的特征量，反映振动的强弱和振动的空间范围。周期 T：频率f：描述振动快慢的物理量，其大小是由振动系统本身的性质决定的。另外还有位移x，回复力 F，加速度a，速度v，动能kE，势能pE3.单摆：（1）单摆：在一条不可伸长的，忽略质量的细线下端拴一质点，上端固定，构成的装置叫单摆。（2）单摆可以看成是简谐运动的条件是10。（3）单摆的周期公式glT2*单摆具有等时性，在小振幅摆动时，单摆的振动周期跟振幅和振子的质量都没关系。4.简谐运动的图象（1）物理意义：表示振动物体的位移随时间变化的规律*振动图象不是质点的运动轨迹。（2）特点：简谐运动的图象是正弦（或余弦）曲线（3）作图：以横轴表示时间，纵轴表示位移，用平滑曲线连接各时刻对应的位移的末端。（4）应用：从简谐运动的图象中我们可以直观地读取振幅A，周期 T 及各个时刻的位移x。同时还可以判定回复力、加速度的方向。5.简谐运动的能量振动过程是一个动能和势能不断转化的过程，在任意时刻动能和势能的和等于振动物体总的机械能。没有损耗时，振动过程中总机械能守恒，振幅越大，振动能量越大。阻尼振动的振幅逐渐减小，因此阻尼振动的机械能不守恒。6.阻尼振动、受迫振动、共振（1）阻尼振动：振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动。（2）受迫振动：物体在周期性变化的外力（驱动力）作用下的振动。*物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率没有关系。（3）共振：共振是一种特殊的受迫振动，当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，受迫振动振幅最大，该现象叫共振。7.波的基本特征（1）机械波：机械振动在介质中的传播形成机械波。（2）机械波形成的条件：波源，介质。（3）机械波的分类：横波，纵波。（4）机械波的特点：机械波传播的是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近振动，质点并不随波迁移。介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同。离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动。（5）波长、波速、频率的关系fv8.波的干涉和衍射（1）波的独立性和叠加性（2）波的干涉的分析（3）波的衍射和发生明显衍射现象的条件9.声波（1）可闻声波：能引起人类听觉器官感觉的声波，频率在20Hz20000Hz之间（2）次声波：频率低于20Hz的声波超声波：频率高于20000Hz的声波（3）能把回声与原声区别开来的最小时间间隔是0.1s 10.波的图象和振动图象的比较振动图象波动图象研究对象一个振动质点沿波传播方向所有质点研究内容一质点位移随时间变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象物理意义一个质点在各时刻的位移某时刻各质点的位移图象变化随时间推移，图象延续，但已有形态不变各个质点，图象沿传播方向平移一完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长【典型例题分析】例 1关于振动和波的关系，下列说法正确的是（）A.有机械波必有振动B.有机械振动必有波C.介质中各质点都在各自的平衡位置附近振动D.离波源远的质点振动得慢分析与解答：关于振动和波的关系需要明确的是：振动是形成波的必要条件，没有振动就没有波；但有振动而没有介质也不会形成波。所以，选项A 正确而选项B 错误。同时要注意：当波形成以后，其中的各质点只是在各自的平衡位置附近振动而不发生迁移。所以，选项C 正确。离波源远的质点在一波源开始振动的时候还没有振动，经过一段时间，波传播到了该质点所在位置时，质点才开始振动；一旦质点开始了振动，则每个质点的振动快慢（周期）就是相同的了。所以，选项D 错误。故本题答案为：A、C 例 2 波在传播过程中，正确的说法是（）A.介质中的质点随波的传播而迁移B.波源的振动能量随波传递C.振动质点的频率随着波的传播而减小D.波源的能量靠振动质点的迁移来传播分析与解答：如前所述：在波的传播过程中，质点是不会发生迁移的；波源的振动能量通过对相邻质点做功而由近及远地传播（不是靠质点的迁移）；至于质点的频率只与波源有关（振动质点实际上是在做受迫振动）。故本题答案为B 例 3 一列简谐横波向右传播，波速为v，沿波传播方向上有相距为L 的 P、Q 两质点，某时刻 P、Q 两质点处于平衡位置，且P、Q 间仅有一个波峰，经时间t、Q 质点第一次运动到波谷，则t的可能值有（）A.1 个B.2 个C.3 个D.4 个分析与解答：由题中条件，P、Q 间的波形应有如下四种（1）（2）（3）（4）（1）L2，Q 点振动到波谷需时间vLvLvTt232434343同理：（2）vLt4（3）Lvt43（4）vLt6 正确答案D 例 4 如图是一列简谐波在t=0 时刻的波形图像，波的传播速度为2 米/秒，方向沿 x 轴正方向，则从 t=0 到 t=2.5 秒的时间内质点B 通过的路程和位移各为多少？分析与解答：由公式uT/得 T=0.2 秒，因 t=2.5 秒=12.5T，所以质点B 通过的路程s=4A 12.5=2.5 米，从图中可判断质点B 经 12.5T 的时间仍处于平衡位置，因此它的位移为零。点拨：介质中的质点在每半个周期时间内通过的路程是振幅A 的 2 倍，在每一个周期时间内通过的路程是振幅A 的 4 倍，但在每四分之一个周期时间内通过的路程不一定是振幅A，只有特殊情况才是A，而质点的位移则根据质点的初末位置确定。（答题时间：45 分钟）1.关于机械波下面各句话中正确的是（）A.如果没有机械振动，一定不会有机械波产生B.只要有波源产生的机械振动，就一定会产生机械波C.不论是横波，还是纵波，它们的产生必须具备两个条件，一是有波源的机械振动，二是有能传播振动的媒质D.电磁波的传播不需要价质2.在机械波形成的过程中（）A.媒质中的质点沿着波的传播方向传播开去B.媒质中的质点没有传播开去，它只能在平衡位置附近沿波的传播方向往复振动C.机械波传播的只是机械振动这种运动形式D.机械波是传播能量的一种方式3.关于横波和纵波下列说法正确的是（）A.质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波叫横波B.质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫纵波C.横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部D.横波和纵波不可能同时在同介质中传播4.关于机械波的说法，下列正确的是（）A.要产生机械波，必须同时具有振源和传播振动的介质B.波动的过程是振源质点由近向远移动的过程C.波是振动形式的传播，物质本身沿波的传播方向迁移D.介质的某质点每完成一个全振动（即一个周期），波就向前传播一个波长的距离5.关于振动和波的关系，正确的说法是（）A.有机械波，必有机械振动B.有机械振动必有机械波C.由某振源产生的波，波的频率与振源的频率一样D.如果振源停止振动，在介质中传播的波动也就立即停止6.两个质量相等的弹性小球分别挂在ml11，ml25.02的细绳上，两球重心等高，如图所示。现将B 球在竖直面内拉开一个较小的角度后放开，从B 球开始运动计算，经过s4两球相碰的次数为（）A.3 次B.4 次C.5 次D.6 次7.一列横波的传播速度smv/5.0，它在1t时刻的波形如图实线所示，2t时刻的波形如图虚线所示，那么质点P在从1t到2t这段时间内通过的路程可能是（）A.0.5m B.0.2m C.0.6m D.1.0m 8.一列横波沿直线传播，某时刻的波形如图，质点A 的平衡位置与坐标原点O 相距 0.5m，此时质点A 沿正方向运动，再经0.02s 第一次到达最大位移，由此可知（）A.这列波的波长为1m B.这列波的频率为100Hz C.这列波的波速为25m/s D.这列波向右传播9.如下图，一列简谐横波沿水平x轴的正方向传播，A、B、C、D、E、F、G、H、I 表示依次相距 1m 的 9 个质点，A 是波源，在0t时刻 A 点开始向上振动，在st1.0时，A 第一次到达最大位移，此时C 点刚开始要向上振动，则下列说法正确的是（）A.这列波的波长是8m，周期 0.2s B.这列波波速是20m/s，频率 2.5Hz C.经过 0.4s，质点 I 第一次到达最大位移处D.经过 0.5s，质点 I 第一次到达最大位移处10.一列横波沿一直线传播，某一时刻，该直线上相距一个波长的两质点A、B 恰好都处在平衡位置，经过时间t，B 到达波峰位置，则该波可能的波速大小和方向是（）A.t4，向右B.t43，向右C.t4，向左D.t43，向左11.在波的传播的直线上有相距60cm 的两质点A 和 B，当 A 在平衡位置向上振动时，B 正处在波谷位置，如波速为24m/s，则波的频率不可能是下列哪一个值（）A.30Hz B.410Hz C.400Hz D.490Hz 12.医生向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法即医学上的彩超，它应用的原理是（）A.多普勒效应B.声波的干涉C.声波的衍射D.回声13.一列简谐横波沿x轴传播，a，b是其中相距m3.0的两点，某时刻a点位于平衡位置向上振动，b点恰好运动到下方最大位移处，已知横波的传播速度为60m/s，波长大于0.3m，则（）A.若波沿x方向传播，频率为150Hz B.若波沿x方向传播，频率为100Hz C.若波沿x方向传播，频率为75Hz D.若波沿x方向传播，频率为50Hz 14.一列简谐横波沿ab方向传播，mab2；a，b两点振动情况如下图所示，则（）A.波速可能是sm/432B.波速可能是sm/54C.波速可能大于sm/32D.波速可能大于sm/38参考答案 1.ACD 2.BCD 3.ABC 4.AD 5.AC 6.C 7.BCD 8.AD 9.BD 10.ABCD 11.C 12.A 13.B 14.A