06.04 高中物理機械振動和機械波知識點解析及總結

高中物理機械振動和機械波知識點解析及總結

3. 描述簡諧運動的物理量

(1)位移x:由平衡位置指向振動質點所在位置的有向線段,是矢量,其最大值等於振幅。

(2)振幅A:振動物體離開平衡位置的最大距離,是標量,表示振動的強弱。

(3)週期T和頻率f:表示振動快慢的物理量,二者互為倒數關係,即T=1/f。

4. 簡諧運動的圖像

(1)意義:表示振動物體位移隨時間變化的規律,注意振動圖像不是質點的運動軌跡。

(2)特點:簡諧運動的圖像是正弦(或餘弦)曲線。

(3)應用:可直觀地讀取振幅A、週期T以及各時刻的位移x,判定回覆力、加速度方向,判定某段時間內位移、回覆力、加速度、速度、動能、勢能的變化情況。

二、彈簧振子

定義:週期和頻率只取決於彈簧的勁度係數和振子的質量,與其放置的環境和放置的方式無任何關係。如某一彈簧振子做簡諧運動時的週期為T,不管把它放在地球上、月球上還是衛星中;是水平放置、傾斜放置還是豎直放置;振幅是大還是小,它的週期就都是T。

三、單擺

1. 定義:擺線的質量不計且不可伸長,擺球的直徑比擺線的長度小得多,擺球可視為質點。單擺是一種理想化模型。

2. 單擺的振動可看作簡諧運動的條件是:最大擺角α<5°。

3. 單擺的回覆力是重力沿圓弧切線方向並且指向平衡位置的分力。

4. 作簡諧運動的單擺的週期公式為:T=2π

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(1) 在振幅很小的條件下,單擺的振動週期跟振幅無關。

(2)單擺的振動週期跟擺球的質量無關,只與擺長L和當地的重力加速度g有關.

(3)擺長L是指懸點到擺球重心間的距離,在某些變形單擺中,擺長L應理解為等效擺長,重力加速度應理解為等效重力加速度(一般情況下,等效重力加速度g'等於擺球靜止在平衡位置時擺線的張力與擺球質量的比值)。

四、受迫振動

1. 受迫振動:振動系統在週期性驅動力作用下的振動叫受迫振動。

2. 受迫振動的特點:受迫振動穩定時,系統振動的頻率等於驅動力的頻率,跟系統的固有頻率無關。

3. 共振:當驅動力的頻率等於振動系統的固有頻率時,振動物體的振幅最大,這種現象叫做共振。共振的條件:驅動力的頻率等於振動系統的固有頻率。

五、機械波

1. 定義:機械振動在介質中的傳播形成機械波。

2. 機械波產生的條件:

(1)波源

(2)介質

3. 機械波的分類:

(1)橫波:質點振動方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波。橫波有凸部(波峰)和凹部(波谷)。

(2)縱波:質點振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波。縱波有密部和疏部。

注意:氣體、液體、固體都能傳播縱波,但氣體、液體不能傳播橫波。

4. 機械波的特點:

(1)機械波傳播的是振動形式和能量。質點只在各自的平衡位置附近振動,並不隨波遷移。

(2)介質中各質點的振動週期和頻率都與波源的振動週期和頻率相同。

(3)離波源近的質點帶動離波源遠的質點依次振動。

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七、波動圖像

1. 定義:表示波的傳播方向上,介質中的各個質點在同一時刻相對平衡位置的位移。當波源作簡諧運動時,它在介質中形成簡諧波,其波動圖像為正弦或餘弦曲線。

(1)由波的圖像可獲取的信息:

①從圖像可以直接讀出振幅(注意單位)

②從圖像可以直接讀出波長(注意單位)

③可求任一點在該時刻相對平衡位置的位移(包括大小和方向)

④在波速方向已知(或已知波源方位)時可確定各質點在該時刻的振動方向.

⑤可以確定各質點振動的加速度方向(加速度總是指向平衡位置)

(2)波動圖像與振動圖像的比較:

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八、波動問題多解性

波的傳播過程中時間上的週期性、空間上的週期性以及傳播方向上的雙向性是導致“波動問題多解性”的主要原因。若題目假設一定的條件,可使無限系列解轉化為有限或惟一解。

九、波的衍射

波在傳播過程中偏離直線傳播,繞過障礙物的現象。衍射現象總是存在的,只有明顯與不明顯的差異。

波發生明顯衍射現象的條件是:障礙物(或小孔)的尺寸比波的波長小或能夠與波長差不多。

十、波的疊加

幾列波相遇時,每列波能夠保持各自的狀態繼續傳播而不互相干擾,只是在重疊的區域裡,任一質點的總位移等於各列波分別引起的位移的矢量和。兩列波相遇前、相遇過程中、相遇後,各自的運動狀態不發生任何變化,這是波的獨立性原理。

十一、波的干涉

頻率相同的兩列波疊加,某些區域的振動加強,某些區域的振動減弱,並且振動加強和振動減弱的區域相互間隔的現象,叫波的干涉。

產生干涉現象的條件:兩列波的頻率相同,振動情況穩定。

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注意:

①干涉時,振動加強區域或振動減弱區域的空間位置是不變的,加強區域中心質點的振幅等於兩列波的振幅之和,減弱區域中心質點的振幅等於兩列波的振幅之差。

②兩列波在空間相遇發生干涉,兩列波的波峰相遇點為加強點,波峰和波谷的相遇點是減弱的點,加強的點只是振幅大了,並非任一時刻的位移都大;減弱的點只是振幅小了,也並非任一時刻的位移都最小。如圖若S1、S2為振動方向同步的相干波源,當PS1-PS2=nλ時,振動加強;當PS1-PS2=(2n+1)λ/2時,振動減弱。

十二、聲波

1. 空氣中的聲波是縱波,傳播速度為340m/s.

2. 能夠引起人耳感覺的聲波頻率範圍是:20~20000Hz.

3. 超聲波:頻率高於20000Hz的聲波。

①超聲波的重要性質有:波長短,不容易發生衍射,基本上能直線傳播,因此可以使能量定向集中傳播;穿透能力強.

②對超聲波的利用:用聲納探測潛艇、魚群,探察金屬內部的缺陷;利用超聲波碎石治療膽結石、腎結石等;利用“B超”探察人體內病變。

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