机械振动和机械波复习课件ppt

山东高考对本模块考察特点： 山东高考对本模块考察特点： 年外， 除07年外，均为两题。 年外 均为两题。 1、振动和波：①波的图像②λ v 、振动和波： 波的图像② f 关系③机械波传播特点④质点 关系③机械波传播特点④ 振动特点 2、光学①画光路图，找几何关 、光学①画光路图， 折射定律③ 系②折射定律③全反射 3、12年高考需关注其它非重点 、 年高考需关注其它非重点 知识。 知识。
一、简谐运动 1、定义：如果质点的位移与时 、定义： 间的关系遵从正弦函数的规律， 正弦函数的规律 间的关系遵从正弦函数的规律， 即它的振动图象是一条正弦曲线， 即它的振动图象是一条正弦曲线， 正弦曲线 这样的振动叫简谐运动． 这样的振动叫简谐运动． 注：简谐运动是最简单最基本的 振动。 振动。
2、简谐运动的描述 、 (1)描述简谐运动的物理量 描述简谐运动的物理量 位移x： 平衡位置指向质点 ①位移 ：由平衡位置指向质点 所在位置的有向线段，是矢量。 所在位置的有向线段，是矢量。 位移的参考点是平衡位置 注：位移的参考点是平衡位置 振幅A： ②振幅 ：振动物体离开平衡位 置的最大距动的强弱 强弱． 动的强弱．
5．横波的图象 ． 如图1－ 所示为一横波的图象 所示为一横波的图象． 如图 －5所示为一横波的图象．纵 坐标表示某一时刻各个质点偏离平 位移， 衡位置的位移 衡位置的位移，横坐标表示在波的 传播方向上各个质点的平衡位 传播方向上各个质点的平衡位 它反映了在波传播的过程中， 置．它反映了在波传播的过程中， 某一时刻介质中各质点的位移在空 间的分布． 间的分布．简谐波的图象为 正弦 曲线． 曲线．
3．干涉：频率相同的两列波叠加， ．干涉：频率相同的两列波叠加， 某些区域的振动加强 加强， 某些区域的振动加强， 某些区域的 减弱， 振动减弱 振动减弱，并且振动加强和振动减 弱的区域相互间隔的现象． 间隔的现象 弱的区域相互间隔的现象．产生稳 定的干涉现象的必要条件： 定的干涉现象的必要条件：两列波 频率相同 相同． 的频率相同． 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．波 同时还可以发生反射，如回声． 同时还可以发生反射，如回声．
(2)弹簧振子和单摆的回复力 弹簧振子和单摆的回复力 水平弹簧振子的回复力为弹簧弹 水平弹簧振子的回复力为弹簧弹 力；竖直悬挂的弹簧振子的回复 力是弹力和重力的合力 弹力和重力的合力； 力是弹力和重力的合力；单摆的 回复力是摆球所受重力在圆周切 回复力是摆球所受重力在 线方向的分力．
注:单摆振动的回复力是重力 单摆振动的回复力是重力 的切向分力， 的切向分力，不能说成是重 力和拉力的合力。 力和拉力的合力。在平衡位 置振子所受回复力是零， 置振子所受回复力是零，但 合力是向心力，指向悬点， 合力是向心力，指向悬点， 不为零。 不为零。
3．机械波的分类 ． (1)横波：质点的振动方向与波的 横波： 横波 传播方向垂直 垂直， 传播方向垂直，凸起的最高处叫 波峰，凹下的最低处叫波谷 波谷． 波峰，凹下的最低处叫波谷． (2)纵波：质点的振动方向与波的 纵波： 纵波 传播方向在同一直线上 同一直线上， 传播方向在同一直线上，质点分 布最密的地方叫密部，质点分布 布最密的地方叫密部， 密部 最疏的地方叫疏部． 最疏的地方叫
四、波的衍射和干涉 1．衍射：波绕过障碍物继续传播的现 ．衍射： 产生明显衍射现象的条件是： 象．产生明显衍射现象的条件是：障碍 物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不 物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不 多 ． 2．波的叠加：几列波相遇时，每列波 ．波的叠加：几列波相遇时， 都能够保持各自的状态继续传播而不互 相干扰，只是在重叠的区域里， 相干扰，只是在重叠的区域里，介质的 质点同时参与这几列波引起的振动， 质点同时参与这几列波引起的振动，质 点的位移等于这几列波单独传播时引起 的位移的矢量和
思考： 思考：振动图像与波动图像的区 别？
（1）物理意义不同：振动图象表示 ）物理意义不同： 同一质点在不同时刻的位移(类比录 同一质点在不同时刻的位移 类比录 像)；波的图象表示介质中的各个质 ； 点在同一时刻的位移(类比照片 类比照片)。 点在同一时刻的位移 类比照片 。 （2）图象的横坐标不同：振动图象 ）图象的横坐标不同： 的横坐标表示时间； 的横坐标表示时间；波的图象的横 坐标表示距离。 坐标表示距离。 （3）从振动图象上可以读出振幅和 ） 周期； 周期；从波的图象上可以读出振幅 和波长。 和波长。
②从平衡位置开始计时，函数表 从平衡位置开始计时， 达式为x＝ 达式为 ＝Asin ωt，图象如图 ，图象如图1 所示． －1所示．从最大位移处开始计 所示 函数表达式为x＝ 时，函数表达式为 ＝Acos ωt， ， 图象如图1－ 所示 所示． 图象如图 －2所示．
3．简谐运动的回复力和能量 ． (1)简谐运动回复力的特点：回复力 简谐运动回复力的特点： 简谐运动回复力的特点 的大小跟偏离平衡位置的位移大小 成正比，回复力的方向总指向平衡 成正比，回复力的方向总指向平衡 位置 即：F＝ -kx ＝ 注:①回复力时刻指向平衡位置 ②可 ①回复力时刻指向平衡位置;② 由F＝ -kx 判定一个振动是否是简谐 ＝ 运动。 回复力是按效果命名的 回复力是按效果命名的, 运动。③回复力是按效果命名的 可 由任意性质的力提供． 由任意性质的力提供．可以是几个 力的合力也可以是一个力的分力; 力的合力也可以是一个力的分力
如图1－ 所示为一水平弹 例1:如图 －12所示为一水平弹 如图 簧振子的振动图象， 簧振子的振动图象，试完成以下 要求： 写出该振子简谐运动的 要求：(1)写出该振子简谐运动的 表达式． 表达式．
五、多普勒效应 当波源与观察者之间有相对运动时， 当波源与观察者之间有相对运动时， 会感到波的频率发生了变化 观察者会感到波的频率发生了变化， 观察者会感到波的频率发生了变化， 这种现象叫多普勒效应． 这种现象叫多普勒效应．当波源与 观察者相向运动时， 观察者相向运动时，观察者接收到 的频率变大 变大； 的频率变大；当波源与观察者背向 运动时，观察者接收到的频率变 运动时，观察者接收到的频率变 小． 实质：波源的频率没有变化， 实质：波源的频率没有变化，只是 观察者接收到的频率发生了变化． 观察者接收到的频率发生了变化．
和频率f： ③周期T和频率 ：物体完成一次 周期 和频率 所需的时间叫周期，而频率则等 所需的时间叫周期， 于单位时间内完成全振动的次数， 全振动的次数 于单位时间内完成全振动的次数， 它们是表示振动快慢 快慢的物理 它们是表示振动快慢的物理 二者互为倒数关系． 量．二者互为倒数关系． 注:简谐振动的周期和频率由振动 简谐振动的周期和频率由振动 系统自身的性质决定,和振幅无关 和振幅无关. 系统自身的性质决定 和振幅无关
（3）小球在光滑圆弧上的往复 ） 滚动，和单摆完全等同。 滚动，和单摆完全等同。只要摆 角足够小， 角足够小，这个振动就是简谐运 这时周期公式中的l应该是圆 动。这时周期公式中的 应该是圆 弧半径R 弧半径
二、受迫振动和共振 1．受迫振动：物体在周期性驱 ．受迫振动：物体在周期性驱 作用下的振动． 动力 作用下的振动．做受迫振动 的物体，它的周期或频率等于驱 的物体，它的周期或频率等于驱 的周期或频率， 动力 的周期或频率，而与物体 的固有周期或频率无关 无关． 的固有周期或频率无关．
(2)频率 ：波的频率由波源决定， 频率f：波的频率由波源决定， 波源决定 频率 无论在什么介质中传播， 无论在什么介质中传播，波的频 不变． 率不变． (3)波速 ：单位时间内振动向外 波速v： 波速 传播的距离． 传播的距离．波速的大小 介质决定 决定． 由介质决定．
（1）在同一种均匀介质中机械 ） 波的传播是匀速的。波速、 波的传播是匀速的。波速、波长 和频率之间满足公式： 和频率之间满足公式：v=λ f。 。 （2）波由一种介质进入另一种 ） 介质，频率不变，波速改变， 介质，频率不变，波速改变，因 此波长改变。 此波长改变。
机械波的传播特点（规律）： 机械波的传播特点（规律）： （1）各质点都做受迫振动，起 ）各质点都做受迫振动， 振方向都和波源的起振方向相同； 振方向都和波源的起振方向相同； 且其振动频率（周期） 且其振动频率（周期）都等于波 源的振动频率（周期），但离波 源的振动频率（周期），但离波 ）， 源越远的质点振动越滞后。 源越远的质点振动越滞后。 （2）机械波传播的是波源的振 ） 动形式(波形 和波源提供的能量， 波形)和波源提供的能量 动形式 波形 和波源提供的能量， 质点不随波迁移。 质点不随波迁移。
2．共振：做受迫 ．共振： 振动的物体， 振动的物体，它的 固有频率与驱动力 的频率越接近， 的频率越接近，其 振幅就越大 越大， 振幅就越大，当二 者相等时， 者相等时，振幅达 最大， 到最大，这就是共 振现象． 振现象．共振曲线 如图1－ 所示 所示． 如图 －4所示．
三、机械波 1．定义：机械振动在介质中的 ．定义：机械振动在介质中的 传播形成机械波． 传播形成机械波． 2．产生条件：一是要有做机械 ．产生条件： 振动的物体作为波源 波源， 振动的物体作为波源，二是要有 能够传播机械振动的介质． 能够传播机械振动的 思考：机械波与电磁波的不同点？ 思考：机械波与电磁波的不同点？
4．描述机械波的物理量 ． (1)波长 ：两个相邻的、在振动 波长λ：两个相邻 相邻的 波长 过程中对平衡位置的位移总是相 过程中对平衡位置的位移总是相 的质点间的距离叫波长． 等的质点间的距离叫波长． 在横波中，两个相邻波峰(或波谷 或波谷) 在横波中，两个相邻波峰 或波谷 间的距离等于波长 在纵波中， 波长． 间的距离等于波长．在纵波中， 两个相邻密部(或疏部 或疏部)间的距离 两个相邻密部 或疏部 间的距离 等于波长 波长． 等于波长．
(3)简谐运动的能量 简谐运动的能量 简谐运动过程中动能和势能 相互转化，机械能守恒． 相互转化，机械能守恒．振动能 量与振幅有关，振幅越大 振幅有关 越大， 量与振幅有关，振幅越大，能量 越大． 越大．