二輪9機械振動機械波.doc

高三物理二輪復習交互式集體備課教案周數(shù)第 周日 期 年 月 日題目專題九 機械振動與機械波課時建議23課時教學目標1、本章內容主要以選擇題為主，使學生能明確本章考點；2、使學生掌握物體機械振動的過程及振動過程中各物理量得變化規(guī)律，并能應用正確分析解決問題；3、掌握機械振動與機械波之間的關系，尤其是能對多解問題進行正確的分析和應用；4、培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力。教學重難點1、使學生掌握機械振動過程中個物理量得變化情況及關系；2、使學生掌握機械振動與機械波之間的關系，并能應用解決實際應用問題。教學內容及活動設計個性化設計一 專題要點1簡諧運動的特征與判斷（1）從運動學角度看，簡諧運動的特征要有：往復性；周期性，對稱性。（2）從動力學角度看，簡諧運動的特征表現(xiàn)在所受到的回復力的形式上：簡諧運動的質點所受到的回復力F其方向總與質點偏離平衡位置的位移x的方向相反，從而總指向平衡位置；其大小則總與質點偏離平衡位置的位移x的大小成正比，即F=kx（3）通?？梢岳煤喼C運動的動力學特征去判斷某質點的運動是否是簡諧運動，其具體的判斷方法是分為兩個步驟：首先找到運動質點的平衡位置，即運動過程中所達到的受到的合力為零的位置，以該位置為坐標原點，沿質點運動方向過立坐標；其次是在質點運動到一般位置（坐標值為x）處時所受到的回復力F，如F可表為F=kx 則運動是簡諧的，否則就不是簡諧音。2單擺理想化條件，受力特征及周期公式. （1）單擺及其理想化條件：如圖所示，一根長需求輕的線，懸掛著一個小而重的球，就構成所謂的單擺。理想的單擺應具備如下理想化條件：和小球的質量m相比，線的質量可以忽略；與線的長度l相比，小球的半徑可以忽略。 （2）單擺的受力特征當單擺做小角度擺支時，其受力情況為：受到一個恒定的豎直向下的重力mg，和一個變化的始終沿繩方向指向點的拉力F，而將這些力沿垂直于和平行于運速度方向分解，其中垂直于速度方向上的力使擺球的速度方向發(fā)生改變，充分擺球繞懸點做變速圓周運動所需的向心力 F向=Fmgcos平行于速度方向上的力使擺球的速度大小發(fā)生改變，充當擺球的回復力.F向=mgsin=x=kx可見：當單擺做小角度擺動時，其運動近似為簡諧運動 （3）單擺的周期公式 對于單擺，回復力與偏離平衡位置的位移的比例系數(shù)為k= 將其代入簡諧運動周期的一般表達式中，得T=2=2 該公式提供了一種測定重力加速度g的方法. 3簡諧運動的圖象及其應用（1）圖象的形式：當質點做簡諧運動時其振動圖象形如圖所給出的正弦曲線.（2）圖象的意義：簡諧運動的振動圖像反映的是某振動質點在各個時刻相對于平衡位置的位移的變化情況.（3）圖象的應用：由定量畫出的簡諧運動的振動圖象可以得到：振幅A；周期T；某時刻質點相對于平衡位置的位移；某時刻質點的振動方向；某一階段質點的位移，速度，加速度，回復力，振動的能量形式等物理量的變化情況。4. 關于機械波的基本知識。（1）產(chǎn)生條件：第一，必須有波源；第二，必須有彈性的連續(xù)的介質。（2）波的分類：橫波和縱波兩類。質點振動方向與波的傳播方向相互垂直的叫橫波；質點振動方向與波的傳播方向相互平行的叫縱波。簡諧運動的振圖象機械波的波動圖象圖象函數(shù)關系一個質點做簡諧運動時，它的位置x隨時間t變化的關系在某一時刻某一直線上各個質點的位置所形成的圖象（橫波）坐標橫軸一個質點振動的時間各質點平衡位置距坐標原點的位置（距離）縱軸一個質點不同時刻相對平衡位置的位移各質點相對各自平衡位置的位移形狀正弦函數(shù)或余弦函數(shù)的圖象由圖象可直觀得到的數(shù)據(jù)周期T振幅A波長 振幅A波峰及波谷的位置圖象上某一點的意義在某時刻（橫軸坐標）做簡諧運動的物體相對平衡位置的位移（縱軸坐標）在某時刻，距坐標原點的距離一定（橫軸坐標）的該質點的位移（縱坐標）（3）波的特點：機械波傳播的只是質點振動的形式和能量，質點本身并不隨波的傳播而遷移；機械波的傳播過程實際上是離波源泉近的質點帶動離波源遠的質點依次參加振動；正因為波的形成實際上是從波源開始依次帶動介質中的各個質點參加振動，所以一方面參加振動的各質點的振動周期，振動頻率都與波源質點相同，另一方面各質點參加振動的起始時刻隨著與波源的距離依次滯后 （4）波的圖象（以簡諧波為例）意義：波的圖象反映的是波的傳播過程中某一時刻各個質點相對于各自的平衡位置的位移情況：作用：利用波的圖象通?？梢越鉀Q如下問題：從圖象中可以看出波長；各質點振動的振幅A；該時刻各質點偏離平衡位置的位移情況；比較各質點在該時刻的振動速度、動能、熱能、回復力、加速度等量的大??；判斷各質點該時刻的振動方向以及下一時刻的波形；5.波的特有現(xiàn)象：（1）波的疊加原理（獨立傳播原理）（2）波的衍射（3）波的干涉（4）多普勒效應6.波的圖象與振動圖象的比較；二 考綱要求考點要求考點解讀簡諧運動本專題考查的重點是簡諧運動與機械波的圖像、單擺周期公式的應用和共振、波長、波速、頻率間的關系、波的干涉和衍射。命題的方式依然是選擇題、問答題、作圖題和計算題的組合復習時應該通欄教材，理解振動和波的基本概念和規(guī)律、電磁波的形式與傳播，以應對以選擇題形式覆蓋知識點的考查，掌握波速公式、折射定律、解題的基本方法簡諧運動的公式和圖像單擺、周期公式受迫振動和共振機械波橫波和縱波橫波的圖像波速、波長和頻率（周期）的關系波的干涉和衍射現(xiàn)象探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度三 教法指引此專題復習時，可以先讓學生完成相應的習題，在精心批閱之后以題目帶動知識點，進行適當提煉講解。這一專題的知識點高考要求不是很高，但是比較雜亂，學生易于掌握每個知識點，但是不易掌握全面，尤其是機械波與機械振動的問題還容易混淆。二輪復習時還是要穩(wěn)扎穩(wěn)打，從基本知識出發(fā)再進行總結提升。四 知識網(wǎng)絡 五 典例精析題型1.（簡諧運動的證明）如圖所示，正方體木塊漂浮在水平上，將其稍向下壓后放手，試證明木塊是否做簡諧運動證明：木塊將做簡諧運動. 從簡諧運動的動力學特征出發(fā)，判斷木塊是否做簡諧運動設木塊的邊長為a，質量為m，則當圖144中木塊浸入水中的高度為h，而處于靜止狀態(tài)時所受到的重力mg與浮力F1=ha2g大小相等，木塊在該位置處于平衡狀態(tài)，于是可取該裝置為平衡位置建立坐標；當木塊被按下后上下運動過程中浸入水中的高度達到h+x，而如圖145所示時，所受到的浮力大小為 F2=(h+x)a2g于是，木塊此時所受到的合外力為：F=mgF2=a2gxkx 由此可知：木塊做的是簡諧運動題型2.（單擺周期公式）已知在單擺a完成10次全振動的時間內，單擺b完成6次振動，兩擺長之差為1.6m，則兩單擺擺長la與lb分別為Ala=2.5m，lb=0.9m Bla=0.9m，lb=2.5m Cla=2.4m，lb=4.0m Dla=4.0m，lb=2.4m解析：由周期比得擺長比，加上題設條件中的擺長差已知，故la與lb可求已知兩擺長之差為1.6m，即=1.6而單擺a擺動10次時間內，單擺b無成36次全振動，這就意味著兩個單擺的周期之比為= 考慮到：Ta=2 Tb=2 得：=于是解得：la=0.9m lb=2.5m 應選B.題型3.（簡諧運動的周期性、對稱性）如圖所示，質點沿直線做簡諧運動平衡位置在O點，某時刻質點通過P點向右運動，徑1s再次回到P點，再經(jīng)1s到達O點，若=2cm， 則：質點運動的周期T=_s；質點運動的振幅為A=_cm，解析：注意到簡諧運動的周期性，對稱性等特征，結合簡諧運動的振動圖象可作出正解的解 答.由簡諧運動的對稱性可知，質點在第1s內從P點到達右端最大位移處，再回到P點，可見從最大位移處回到P點歷時應該為0.5s，而人P點到O點又歷時1s，可見T=1.5s即：T=6s另外，考慮到簡諧運動的振動圖象（如圖所示）質點在t1時刻從P點開始向右運動，t2時刻又回到P點，t3時刻到達平衡位置O點，即t2t1=t3t2=1s由此不難得到： Asin600=2 即A=cm應依次填充：6，題型4.（機械波的圖像）一列橫波沿直線傳播，某時刻的波形如圖-2所示，質點A的平衡位置與坐標原點O相距0.5m，此時質點A沿正方向運動，再經(jīng)0.02s第一次到達最大位移。由此可知：A、這列波的波長為1mB、這列波的頻率為100HzC、這列波的波速為25m/s D、這列波向右傳播 圖-2解析：由A點坐標結合波的圖象可得波長；由A點運動到最大位移所歷時間可得周期；由波長、周期、波速關系可得波速；由波形成過程的本質可得振動方向與傳播方向關系。由于A點距O點0.5m，所以波長為由于質點A再經(jīng)0.02s第一次到達最大位移，所以周期為T=0.08s由于v=T，所以波速為傳播方向的“雙向性”特點。由振動圖象可知：周期為T=0.4s由波的圖象又可知：波長為 于是可得波速為在t=t-t=0.5s 內，波的傳播距離為 x=vt=5m考慮到波的傳播方向的“雙向性”特征知：當波沿x軸正方向傳播，t時刻波形應如圖15-5中的C圖所示；當波沿x 軸反方向傳播，t時刻波形應如圖15-5中 v=1.25m/s由于波的形成實際上是波源質量依次帶動后面的質量參與振動，而質點A此時是向上振動，可見它是被左側質點所帶動，即波是向右傳播的。綜上所述此例應選A、D。題型5. （波的干涉）如圖-6所示，在同一均勻媒質中有S1、S2兩個波源，這個波源的頻率、振動方向均相同，且振動的步調完全一致，S1、S2之間相距兩個波長，D點為S1、S2連線中點，今以D點為圓心，以R=DS1為半徑畫圓，問在該圓周上（S1、S2兩波源除外）共有幾個加強點？解析：干涉強、弱區(qū)的判斷方法有兩種：（1）在波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇處是干涉加強區(qū)；在波峰與波谷相遇或波谷與波峰相遇處是干涉減弱區(qū)。（2）與相同波源的距離差為半波長的偶數(shù)倍處是干涉加強區(qū)；與相同波源的距離差為半波長的奇數(shù)倍處是干涉減弱區(qū)。由干涉強、弱的第二種判斷方法可知，干涉加強區(qū)的集合實際上是以兩波源所在處為焦點的雙曲線簇。由此不難判斷：以波源邊線為直徑的賀周上分布看，到兩波源距離差等于0的兩個加強是D1、D2；到兩波源距離差等于的四個加強是A1、A2、C1、C2。即：除兩波源外，圓周上振動加強是共有六個。題型6.（多普勒效應） 一機車汽笛頻率為650Hz，機車以v=15m/s的速度觀察者駛來，設空氣中的聲速是V=340m/s，觀察者聽到的聲音頻率為多少？解析：機車靜止時，汽笛聲的波長為，由于機車（波源）向觀察者運動，波長應減小vT，則單位時間內通過觀察者的波數(shù)變?yōu)?即觀察者聽到的聲音頻率變大了，音調變高了。規(guī)律總結：由于波源與觀察者間的相對運動，使得單位時間內觀察者所感受到的完整波形的個數(shù)發(fā)生變化，這就使得感受到的頻率發(fā)生變化。題型7. （受迫振動）一砝碼和一輕彈簧構成彈簧振子，如圖712a所的裝置可用于研究該彈簧振子的受迫振動.勻速轉動把手時，曲桿給彈簧振子以驅動力，使振子做受迫振動，把手勻速轉動的周期就是驅動力的周期，改變把手勻速轉動的速度就可以改變驅動力的周期.若保持把手不動，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡諧運動，振動圖線如圖712b所示.當把手以某一速度勻速轉動，受迫振動達到穩(wěn)定時，砝碼的振動圖線如圖712c所示.若用T0表示彈簧振子的固有周期，T表示驅動力的周期，表示受迫振動達到穩(wěn)定后砝碼振動的振幅.則（） 圖712A.由圖線可知T0=4sB.由圖線可知T0=8sC.當T在4s附近時，顯著增大；當T比4s小得多或大得多時，很小D.當T在8s附近時，顯著增大；當T比8s小得多或大得多時，很小解析：若保持把手不動，砝碼以一定的初速度做簡諧振動，為自由振動，圖b 為砝碼的自由振動圖象，由圖讀出的周期T0=4s，為砝碼的固有周期。當把手以某一速度勻速轉動，砝碼為受迫振動，此時砝碼振動的周期T為驅動力的周期，圖c為砝碼受迫振動的圖象，由圖讀出的周期T=2s，為砝碼受迫振動的周期，也為驅動力的周期。當驅動力的周期越靠近砝碼的固有周期時，砝碼的振動越強烈，振幅越大；當驅動力的周期越遠離砝碼的固有周期時，砝碼的振動越弱，振幅越小。所以A、C選項正確。題型8.（單擺振動圖像）如圖717為演示簡諧運動圖像的裝置，當盛沙漏斗下面的薄木板N被勻速拉動時，擺動著漏斗中漏出的沙在板上形成的曲線顯示擺的位移隨時間變化的關系，板上的OO代表時間軸，圖717b是兩個擺各自在木板上形成的曲線，若拉板N1和N2的 速度關系為=2，則板上曲線所代表的振動周期T1和T2關系（ ） A.2T2=T1B.T2=2T1 C.T2=4T1 D.T2=T1解析：板N1是N2速度的2倍，沙漏在板N1上的時間是 T1，沙漏在板N2上的時間是2T2，因此T2=T1.題型9. （機械波圖像）彈性繩沿x軸放置，左端位于坐標原點，用手握住繩的左端，當t0時使其開始沿y軸做振幅為8m的簡諧振動，在t0.25s時，繩上形成如圖所示的波形，則該波的波速為_cm/s，t_時，位于x245cm的質點N恰好第一次沿y軸正向通過平衡位置。解析：由圖可知，這列簡諧波的波長為20cm，周期T=0.25s4=1s，所以該波的波速；從t=0時刻開始到N質點開始振動需要時間 , 在振動到沿y軸正向通過平衡位置需要再經(jīng)過，所以當t=（2.25+0.5）s=2.75s，質點N恰好第一次沿y軸正向通過平衡位置。題型10.（機械波、電磁波的區(qū)別）類比是一種有效的學習方法，通過歸類和比較，有助于掌握新知識，提高學習效率。在類比過程中，既要找出共同之處，又要抓住不同之處。某同學對機械波和電磁波進行類比，總結出下列內容，其中不正確的是A機械波的頻率、波長和波速三者滿足的關系，對電磁波也適用B機械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象C機械波的傳播依賴于介質，而電磁波可以在真空中傳播D機械波既有橫波又有縱波，而電磁波只有縱波解析：波長、波速、頻率的關系對任何波都是成立的，對電磁波當然成立，故A選項正確；干涉和衍射是波的特性，機械波、電磁波都是波，這些特性都具有，故B項正確；機械波是機械振動在介質中傳播形成的，所以機械波的傳播需要介質而電磁波是交替變化的電場和磁場由近及遠的傳播形成的，所以電磁波傳播不需要介質，故C項正確；機械波既有橫波又有縱波，但是電磁波只能是橫波，其證據(jù)就是電磁波能夠發(fā)生偏振現(xiàn)象，而偏振現(xiàn)象是橫波才有的， D項錯誤。故正確答案應為D。4x/my0題型11.（波的多解問題）如圖實線是某時刻的波形圖象，虛線是經(jīng)過0.2s時的波形圖象。求：波傳播的可能距離 可能的周期（頻率）www.ks