高中物理選修3-4知識(shí)點(diǎn)機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波解析(已修改)
2025-04-16 02:40 本頁(yè)面
【正文】 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波簡(jiǎn)諧振動(dòng)一、學(xué)習(xí)目標(biāo)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) ，知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象是一條正弦或余弦曲線。二、知識(shí)點(diǎn)說(shuō)明(簡(jiǎn)諧振子)：(1)平衡位置：小球偏離原來(lái)靜止的位置；(2)彈簧振子：小球在平衡位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，是一種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，這樣的系統(tǒng)叫做彈簧振子。(3)特點(diǎn)：一個(gè)不考慮摩擦阻力，不考慮彈簧的質(zhì)量，不考慮振子的大小和形狀的理想化的物理模型?！獣r(shí)間圖像彈簧振子的s—t圖像是一條正弦曲線，如圖所示。(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)：如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖像(xt圖像)是一條正弦曲線，這樣的振動(dòng)叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。(2)應(yīng)用：心電圖儀、地震儀中繪制地震曲線裝置等。三、典型例題例1：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)屬于下列哪種運(yùn)動(dòng)( )A．勻速運(yùn)動(dòng) B．勻變速運(yùn)動(dòng)C．非勻變速運(yùn)動(dòng) D．機(jī)械振動(dòng)解析：以彈簧振子為例，振子是在平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且平衡位置處合力為零，加速度為零，速度最大．從平衡位置向最大位移處運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由F＝－kx可知，振子的受力是變化的，因此加速度也是變化的。故A、B錯(cuò)，C正確。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的、最基本的機(jī)械振動(dòng)，D正確。答案：CD簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1．知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅、周期和頻率的含義。2．知道振動(dòng)物體的固有周期和固有頻率，并正確理解與振幅無(wú)關(guān)。二、知識(shí)點(diǎn)說(shuō)明，如圖所示：(1)振幅：振動(dòng)物體離開平衡位置的最大距離。(2)全振動(dòng)：振子向右通過(guò)O點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)，運(yùn)動(dòng)到A，然后向左回到O，又繼續(xù)向左達(dá)到，之后又回到O，這樣一個(gè)完整的振動(dòng)過(guò)程稱為一次全振動(dòng)。(3)周期：做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體完成一次全振動(dòng)所需要的時(shí)間，符號(hào)T表示，單位是秒(s)。(4)頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)，符號(hào)用f表示，且有，單位是赫茲(Hz)。(5)周期和頻率都是表示物體振動(dòng)快慢的物理量，周期越小，頻率越大，振動(dòng)越快。(6)相位：用來(lái)描述周期性運(yùn)動(dòng)在各個(gè)時(shí)刻所處的不同狀態(tài)。：。(1)理解：A代表簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅；叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圓頻率，表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的快慢，且；(代表簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相位，是t=0時(shí)的相位，稱作初相位或初相；兩個(gè)具有相同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)存在相位差，我們說(shuō)2的相位比1超前。(2)變形：三、典型例題例1：某振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為x＝2sin(2πt＋6π)cm則該振子振動(dòng)的振幅和周期為( ) A．2cm 1s B．2cm 2πs C．1cm π6s D．以上全錯(cuò) 解析：由x＝Asin(ωt＋φ)與x＝2sin(2πt＋6π)對(duì)照可得：A＝2cm，ω＝2π＝2πT，∴T＝1s，A選項(xiàng)正確。答案：A 例2：周期為2s的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在半分鐘內(nèi)通過(guò)的路程是60cm，則在此時(shí)間內(nèi)振子經(jīng)過(guò)平衡位置的次數(shù)和振子的振幅分別為( ) A．15次，2cmB．30次，1cmC．15次，1cmD．60次，2cm解析：振子完成一次全振動(dòng)經(jīng)過(guò)軌跡上每點(diǎn)的位置兩次(除最大位移處)，而每次全振動(dòng)振子通過(guò)的路程為4個(gè)振幅。答案：B例3：一簡(jiǎn)諧振子沿x軸振動(dòng)，平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)。 t=0時(shí)刻振子的位移x=；t=s時(shí)刻x=；t=4s時(shí)刻x=。該振子的振幅和周期可能為( )A．0. 1 m， B． m， 8s C． m， D． m，8s解析：t=s和t=4s兩時(shí)刻振子的位移相同，第一種情況是此時(shí)間差是周期的整數(shù)倍，當(dāng)n=1時(shí)T=s。在s的半個(gè)周期內(nèi)振子的位移由負(fù)的最大變?yōu)檎淖畲蟆正確。第二種情況是此時(shí)間差不是周期的整數(shù)倍，則，當(dāng)n=0時(shí)T=8s。如圖答案D。答案：AD簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量一、學(xué)習(xí)目標(biāo)。二、知識(shí)點(diǎn)說(shuō)明：(1)如果質(zhì)點(diǎn)所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成正比，并且總是指向平衡位置，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，力的方向總是指向平衡位置，所以稱這個(gè)力為回復(fù)力。(2)大?。?，k是彈簧的勁度系數(shù)，x是小球的位移大小。：(1)振子速度在變，因而動(dòng)能在變；彈簧的伸長(zhǎng)量在變，彈性勢(shì)能在變。(2)變化規(guī)律：位置AOB位移的大小最大減小0增大最大速度的大小0增大最大減小0動(dòng)能0增大最大減小0勢(shì)能最大減小0增大最大總能(理想化)不變不變不變不變不變總結(jié)：A總機(jī)械能=任意位置的動(dòng)能+勢(shì)能=平衡位置的動(dòng)能=振幅位置的勢(shì)能；B彈簧振子在平衡位置的動(dòng)能越大，振動(dòng)的能量就越大；振幅越大，振幅位置的勢(shì)能就越大，振動(dòng)的能量就越大。三、典型例題例1：關(guān)于回復(fù)力，下列說(shuō)法正確的是( )A．回復(fù)力是指物體離開平衡位置時(shí)受到的指向平衡位置的力B．回復(fù)力是按力的作用效果命名的，它可能由彈力提供，也可能由摩擦力提供C．回復(fù)力可能是某幾個(gè)力的合力，也可能是某一個(gè)力的分力D．振動(dòng)物體在平衡位置時(shí)，其所受合力為零解析：；回復(fù)力是物體在振動(dòng)方向上受到的合力，并不一定是物體所受合力，所以平衡位置是回復(fù)力為零的位置，并不一定是合力為零的位置，D選項(xiàng)錯(cuò)誤；回復(fù)力是效果力，它可以由一個(gè)力來(lái)提供，也可以由幾個(gè)力的合力來(lái)提供，B、C選項(xiàng)正確例2：彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是( )A．加速度最大時(shí)，速度也最大B．位移相同時(shí)速度一定相同C．加速度
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