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1、高二物理机械振动和机械波本讲稿第一页，共二十六页一、新课程版高大纲要求一、新课程版高大纲要求34弹簧振子。简谐运动。简谐振动的振幅、周期和频率。简谐振动的振动图像1不要求会推导单摆的周期公式。2对于振动图像和波的图像，只要求理解他们的物理意义，并能识别它们。3波的干涉和衍射，只要求定性了解。35单摆，在小振幅条件下，单摆作简谐振动。振动的周期公式36自由振动和受迫振动。受迫振动的振动频率。共振及其常见的应用37振动中的能量转化38振动在介质中的传播波。横波和纵波。横波的图像。波长、频率和波速的关系39波的叠加。波的干涉、衍射现象40声波 超声波及其应用 41多普勒效应本讲稿第二页，共二十六页二
2、、复习要求二、复习要求（一）简谐运动（一）简谐运动1需要掌握的知识与技能需要掌握的知识与技能（1）要求掌握两个简谐振动模型：（）要求掌握两个简谐振动模型：（1）弹簧振子，（）弹簧振子，（2）单摆；）单摆；（2）力学特征：）力学特征：F=-kx 简谐运动的物体受到恢复力的大小与位移大小始终正简谐运动的物体受到恢复力的大小与位移大小始终正比，方向与位移方向相反；比，方向与位移方向相反；（3）运动学特征：位移、速度、加速度、动量、冲量；）运动学特征：位移、速度、加速度、动量、冲量；（4）能量特征：动能、势能、机械能守恒；）能量特征：动能、势能、机械能守恒；简谐运动过程力学、运动学、能量各物理量的变化
3、特点，运动图像与其简谐运动过程力学、运动学、能量各物理量的变化特点，运动图像与其对应的过程分析；对应的过程分析；（5）单摆的周期公式：）单摆的周期公式：T=2 ；（6）受迫振动的频率，共振及其应用；）受迫振动的频率，共振及其应用；本讲稿第三页，共二十六页2需要落实的过程与方法需要落实的过程与方法（1）运动过程对应的物理量：对应练习教材P961（2）简谐运动的对称性。教材P94例1、P97例1，对应练习教材P963（3）单摆的等效加速度。教材P95例2。对应练习教材P962（4）利用图像判断简谐运动物理量及物理量的变化。教材P97例2。P98对应练习1、2、3。本讲稿第四页，共二十六页（二）、机
4、械波（二）、机械波1需要掌握的知识与技能需要掌握的知识与技能（1）机械波的形成过程及波长、周期、波速等概念；（2）波的图像；（3）波的干涉、衍射；（4）声波，超声波及其应用；（5）多普勒效应。本讲稿第五页，共二十六页2需要落实的过程与方法需要落实的过程与方法（1）机械波的形成过程，每经过一个周期波向前推进一个波长。（2）波的图像：已知介质质点的振动方向，判断波的传播方向（或者条件、结果互换）；已知t时刻的波形图和经过t时间后的波形图，求波速或波的传播方向；已知波在某时刻的波形图及其介质中某质点的振动图像，求波长、波速或频率。已知某时刻t的波形，求经过t时间后的波形。本讲稿第六页，共二十六页（3
5、）波的特有现象波的叠加波的干涉、衍射，波的干涉波的衍射声波(20Hz20000Hz)、超声波,多普勒效应：考察特点，多以声波为例进行考察，超声波反射的应用和多普勒效应的理解。对多普勒效应的理解：a 由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到波的频率发生变化的现象。b当波源和观察者相对于介质均静止时，单位时间内波源发出的完全波个数等于观察者接收到的完全波的个数，即接收频率等于波源频率。c.当波源相对于介质静止，观察者向着（或背离）波源运动时，相当于波通过观察者速度增大v波相对观=v波对介+v介对人（或减小），而波长不变（相对于惯性系），故单位时间内观察者接收到的完全波个数多于（或少于）波源发出
6、的完全波的个数，即接收频率大于（或小于）波源频率。f=v波相对观/同理，观察者相对于介质静止，波源相对于介质运动时，接收到的频率也要发生变化。d.当波源与观察者相对于介质同时运动时，接收频率与波源及观察者相对介质的速度均有关。本讲稿第七页，共二十六页三、复习建议三、复习建议1 复习课设计指导思想复习课设计指导思想设置问题情境，启发学生思考，讨论表述点设置问题情境，启发学生思考，讨论表述点拨，归纳反馈运用拨，归纳反馈运用（一）基本概念和对规律复习（一）基本概念和对规律复习设置问题情境：弹簧振子模型设置问题情境：弹簧振子模型弹簧振子弹簧振子（二）基本概念和对规律运用落实（二）基本概念和对规律运用落
7、实简谐运动的对称性。简谐运动的对称性。本讲稿第八页，共二十六页单摆的等时性机械波的形成过程问题：问题：本讲稿第九页，共二十六页0123456789101112131415169101112图a图b图c图6-11本讲稿第十页，共二十六页搭台阶：（搭台阶：（1）若每两个质点间隔为）若每两个质点间隔为10cm，则波长为多少？，则波长为多少？（2）画出此时刻）画出此时刻0至至8质点的位置和运质点的位置和运动方向。动方向。（3）若波传播到第）若波传播到第12个质点所用时间个质点所用时间2s，T=?v=?本讲稿第十一页，共二十六页及时反馈落实例例1在某介质中，质点O在t0时刻由平衡位置开始向上振动。经0.
8、1s第一次向上振动到最大位移处。同时，产生的横波水平向右传播了50cm。在O点右侧有一点P，与O点相距8m。求：（1）这列波的周期和波长各是多少；（2）这列横波的波速；（3）波动传播到P点，P点刚开始振动时的速度方向；（4）从O点开始振动到P点第一次到达波峰位置所需时间？本讲稿第十二页，共二十六页例例2在均匀介质中，各质点的平衡位置在同一直线上，相邻两质点的距离均为s，如图610甲所示。振动从质点1开始向右传播，质点1开始运动时的速度方向向上。经过时间t，前13个质点第一次形成如图610乙所示的波形。关于这列波的周期和波速有如下说法，其中正确的是（）A这列波的周期 B这列波的周期C这列波的传播
9、速度D这列波的传播速度 本讲稿第十三页，共二十六页图6-1012 3 456 7 8 9 10 11 12 13甲乙图6-10123456789 10 11 12 13甲乙本讲稿第十四页，共二十六页波动图像（1）波动图像和振动图像的关系）波动图像和振动图像的关系问题：问题：图621甲为一列波在某时刻的波形图，图621乙为此波中平衡位置坐标为10cm的质点从该时刻起的振动图象，则：（1）此波的波长为 ；（2）振幅为 ；（3）周期为 ；（4）此波沿 方向传播；波速为 ；（5）图621甲中P点从图示时刻开始经过 s第一次回到平衡位置。经过T/8波推进/844图6-21x/cmy/cm0P-0.045
10、1017.50.04甲t/sy/cm0P0.01乙0.020.03本讲稿第十五页，共二十六页（04高考题）一列简谐横波沿x轴负方向传播，图1是t=1s时的波形图，图2是波中某振动质元位移随时间变化的振动图线(两图用同一时间起点)，则图2可能是图1中哪个质元的振动图线？（）AAx=0处的质元；Bx=1m处的质元；Cx=2m处的质元；Dx=3m处的质元。x/m图1Oy/m1 2 3 4 5 6图2Ot/sy/m1 2 3 4 5 6本讲稿第十六页，共二十六页波动的空间概念及多值性问题：问题：一列简谐横波沿一直线在空间传播，某一时刻直线上相距为d的A、B两点均处在位移为零的位置，且A、B之间仅有一个
11、波峰，若经过时间t，质点B恰好到达波峰位置.(1)画出波形图，确定A、B的可能位置；（2）波传播的周期可能是多少？（3）该波的波速可能值是多少？本讲稿第十七页，共二十六页(04全国高考题)如图，一简谐横波在x轴上传播，轴上a、b两点相距12m。t 0时a点为波峰，b点为波谷；t 0.5s时，a点为波谷，b点为波峰。则下列判断中正确的是A波一定沿x轴正方向传播（）BB波长可能是8mC周期可能是0.5sD波速一定是24m/sba0 x本讲稿第十八页，共二十六页（04广西高考题）一列简谐波沿一直线向左运动，当直线上某质点a向上运动到达最大位移时，a点右方相距0.15m的b点刚好向下运动到最大位移处，
12、则这列波的波长可能是（）BD A0.6m B0.3m C0.2m D0.1m 左 a b 右 本讲稿第十九页，共二十六页5.波的特性(1)波的叠加问题：问题：从一条弦线的两端，各发生一如图6-23所示的脉冲横波，它们均沿弦线传播，速度相等，传播方向相反。已知这两个脉冲的波长均为L，当左边脉冲的前端到达弦中的a点时，右边脉冲的前端正好到达与a相距L/2的b点。请画出此时弦线上的脉冲波形。ab左右图623本讲稿第二十页，共二十六页（04年高考题）A、B两波相向而行，在某时刻的波形与位置如图所示.已知波的传播速度为v，图中标尺每格长度为L，在图中画出又经过t=7L/v时的波形.本讲稿第二十一页，共二
13、十六页（2）波的干涉问题：问题：如图625所示，S1、S2是振动情况完全相同的两个机械波波源，振幅为A，a、b、c三点分别位于S1、S2连线的中垂线上，且abbc。某时刻a是两列波的波峰相遇点，c是两列波的波谷相遇点，则（1）a处质点的位移范围是多少？（2）c处质点的位移始终为2A，对吗？（3）b处质点的振幅为0，对吗？（4）c处质点的振幅为2A，对吗？图6-25S1S2abc本讲稿第二十二页，共二十六页3在图6-27中，S1和S2是水面上的两个完全相同的上下振动的振源。由于它们的振动，在水面上产生两组波长相同的同心圆形水波。a、b、c是两振源连线中垂线上的三个点。而且abbc=/2。两组水波
14、相遇后，a、b、c三点振动叠加的情况是：a点的振动 ，b点的振动 ，c点的振动 。（填“加强”或“减弱”）均加强abcS1S2图6-27本讲稿第二十三页，共二十六页如图6-28所示，两列频率都是30Hz的横波均以6m/s的速度在同一直线上沿相反方向传播。在t0时刻，两列波分别传播到S1、S2时，S1、S2都刚从平衡位置开始向上振动。S1、S2做简谐运动的振幅分别是2cm和1cm。在S1、S2之间有一点A。S1A=2.95m，S2A4.25m，当两列波都传播到A点后，A点的振幅是多少？1cm S1S2A图6-28本讲稿第二十四页，共二十六页（3）声波和多普勒效应）声波和多普勒效应声纳（水声测位移
15、）向水中发出的超声波，遇到障碍物（如鱼群、潜艇、礁石等）后被反射，测出发出超声波到接收到反射波的时间及方向，即可算出障碍物的方位，；雷达则向空中发射电磁波，遇到障碍物后被反射，同样根据发射电磁波到接收到反射波的时间及方向，即可算出障碍物的方位。超声波与电磁波相比较，下列说法正确的是（）DA.超声波和电磁波在传播时，都向外传递能量，但超声波不能传递信息B.这两种波都可以在介质中传播，也可以在真空中传播C.在真空中传播的速度与在其他介质中传播的速度相比较，这两种波在空气中传播时具有较大的传播速度D.这两种波传播时，在一个周期内向前传播一个波长关于多普勒效应的叙述，下列说法正确的是（）BDA.产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化B.产生多普勒效应的原因是观察者和波源之间发生了相对运动C.甲乙两车相向行驶，两车均鸣笛，且发出的笛声频率相同，乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率低于他听到的乙车笛声频率D.波源静止时，不论观察者是静止的还是运动的，对波长“感觉”的结果是相等的本讲稿第二十五页，共二十六页本讲稿第二十六页，共二十六页