机械振动和机械波-高中三年级物理试题练习、期中期末试卷、测验题、复习资料-高中物理试卷-试卷下载

第七讲　　机械振动和机械波

内容

要求

说明

1．弹簧振子，简谐振动，简谐振动的振幅、周期和频率，简谐振动的振动图象。

2．单摆，在小振幅条件下单摆作简谐振动，周期公式。

3．振动中的能量转化，简谐振动中机械能守恒。

4．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

5．振动在介质中的传播——波，横波和纵波。波长、频率和波速的关系。

6．超声波及其应用

B
A
A
B
A

1．不要求会推导单摆的周期公式。

2．对于振动图象，只要求理解物理意义，

►基本知识点：

一、机械振动

1、机械振动的定义：物体在某一中心位置两侧所做的往复运动。

2．回复力的概念：使物体回到平衡位置的力；

注意：回复力是根据力的效果来命名的，可以是各种性质的力，也可以是几个力的合力或某个力的分力。

3．简诣运动概念：物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的力作用下的振动，特征是：F = - kx，（条件）　　　 a = - kx／m。（特例：弹簧振子）

4．简谐运动中位移、回复力、加速度、速度的变化规律。

（参看课本）

振子的运动	A	AO	O	0B	B	BO	O	OA
对平衡位移位置的情况	max	水平向左不断减小	0	水平向右不断增大	max	水平向右不断减小	0	水平向左不断增大
振子所受回复力的情况
加速度的变化
速度的变化

【例1】一弹簧振子作简谐运动，则下列说法正确的有：( D )

A．若位移为负值，则速度一定为正值，加速度也一定为正值；

B．振子通过平衡位置时，速度为零、加速度最大；

C．振子每次通过平衡位置时，加速度相同，速度也一定相同；

D．振于每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同。

分析简谐运动各量变化关系时．要和实际弹簧振子运动联系起来，画出草图来分析。

5．描述振动的物理量

（1）振幅A：振动物体离开平衡位置的最大距离称为振幅。它是描述振动强弱的物理量。

（2）周期T：单位是（秒），频率f：单位是赫兹（Hz）．都是描述振动快馒的物理量。

注意：全振动是指物体先后两次运动状态（位移和速度）完全相同所经历的过程。振动物体在一个全振动过程通过的路程等于4个振幅。

周期和频率的关系 T=1/f。

固有频率和固有周期：

物体的振动频率，是由振动物体本身的性质决定的，与振幅的大小无关，所以叫固有频率。振动周期也叫固有周期。

【例2】弹簧振子在BC间作简谐运动（如图），O为平衡位置，BC间距离是10cm，B-C运动时间是1s，则( D )

A．从O-C-O振子作了一次全振动

B．振动周期是1s，振幅是10cm

C．经过两次全振动，通过的路程是20cm

D．从B 开始经过3s，振子通过的路程是30cm

6．简谐运动图象

（1）作法：以横轴表示时间，纵轴表示位移，根据实际数据取单位，定标度，描点，用平滑线连接各点便得图线。

（2）图象特点：（演示实验）是一条正弦（余弦）曲线。

（3）图象的物理意义：表示振动的质点（1个）在各时刻的位移。

注意：振动图象不是质点的运动轨迹，它只是反映质点的位移随时间变化的规律。

7．简谐运动图象反映的几个物理量。

（1）任一时刻振动质点的位移。

（2）振幅A：位移的正最大值。

（3）周期T：两相邻的位移和速度完全相同的状态间的时间间隔。

（4）任一时刻加速度的方向：总是指向平衡位置。

（5）任一时刻速度方向：斜率为正值时速度为正，斜率为负值时速度为负。

（6）判定某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况。

【例3】如图所示，是某单摆的振动图象，试由图象判断下列说法不正确：( D )

A．振幅是3 m　

B．周期是8 s

C．4 s末摆球速度为负，加速度为零

D．第14 s末摆球的加速度为正，速度最大

处理振动图象问题一定要把图象还原为质点的实际振动过程分析，图象不是振动物体的轨迹。

【例4】（02年）图为一弹簧振子的振动图象，由此可知：（ B ）

　A、在时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最大

　B、在时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最小

　C、在时刻，振子的动能最小，所受的弹性力最小

D、在时刻，振子的动能最小，所受的弹性力最大

8．作简谐运动的物体能量的变化规律：只有动能和势能相互转化，机械能守恒。

　注意：同一简谐运动能量大小由振幅大小确定。

【例5】如图所示是单摆振动示意图，不正确的说法是：（ A ）

A．在平衡位置摆球的动能和势能均达到最大值；

B．在最大位移处势能最大，而动能最小；

C．在平衡位置绳子的拉力最大，摆球速度最大；

D．摆球由A-O运动时，动能变大，势能变小；　　　　

9．受迫振动

物体在周期性外力作用下的振动，其振动频率和固有频率无关，等于驱动力的频率

10．共振：在受迫振动中，驱动力的频率和物体的固有频率相等时，振幅最大

产生条件：驱动力频率等于物体固有频率。应用：共振筛、共振测速、共振测频率、摆钟。危害：队伍、火车过桥，机床振厂房。

二、机械波

1．介质：传播振动的媒介物叫介质。

2．机械波的定义：机械振动在介质中的传播过程。是传递能量（振动形式）的一种方式。

注意：波在介质中传播时，介质中的质点只是在平衡位置附近振动（受迫振动），并不随波的传播而迁移。

3．产生机械波的条件：有振源和传播振动的介质。

4．机械波的分类（不要求掌握横波的图象）：

横波：质点（介质的）振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波。

纵波：质点（介质的）的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波。

5．描述波的物理量

（1）波长：是两个相邻的、在振动中对平衡位置的位移总是相同的质点间距离。在横波中，两个相邻的波峰（或波谷）中央间的距离等于波长；在纵波中，两个相邻的密部（或疏部）中央间的距离等于波长，波长的大小也等于波的振动状态在一周期内传播的距离。

（2）频率f ：波的频率就是质点的振动频率，波的频率由波源决定，与介质无关，因为受迫振动的频率等于策动力的频率，波在传播过程中，频率不变。

（3）波速V：描述波传播的快慢，同种性质的机械波的波速取决于介质，一般与频率无关。波传播波速与波的强弱、离波源的远近无关，同一列波在同一种均匀介质中传播速度、波长、频率不变

λ、f、V的关系：v ＝λ/T＝λf　机械波从一种介质进入另一种介质时，V变化，λ也变化，f不变

6．声波：声源的振动，在介质中的传播形成声波，人耳能听到的声波频率范围20 HZ到20000 HZ；声波在空气中的传播速度约为340 m／s；能把回声与原声区分开来的最小时间间隔是0.1s；要能听到回声，在空气中声源与反射物的最小距离为17 m，若在空气中声源与反射物的距离小于17 m，听觉就不可能区分开原声与回声。声波具有反射、折射、干涉、衍射等波的特有现象。

*超声波：频率高于20，000 Hz的声波。超声波频率很高，在媒质中传播时能产生巨大的作用力，根据这个特性可以利用超声波来清洗、加工和消毒。超声波的波长非常短，能够沿直线传播和反射，因而可以定向发射．可以制成声纳探测仪，确定潜艇、鱼群的位置，海底深度。超声波的穿透能力很大，能透射几米厚的金属。利用超声波的穿透能力和反射，可以制成超声波探伤仪。

►课后练习：

1、物体m 以O点为平衡位置，在A、B间作简谐运动，如图所示，下列说法正确的是：

A、物体在A、B两点的速度和加速度都是零，