高考物理专题(机械振动和机械波)

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1、学科网机械振动和机械波学科网一、简谐运动学科网二、典型的简谐运动学科网三、受迫振动与共振学科网四、机械波学科网五、振动图象和波的图象声波学科网学科网机械振动和机械波学科网一、简谐运动学科网学科网知识要点学科网1.定义：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动，叫简谐运动。表达式为：F=-kx学科网⑴简谐运动的位移必须是指偏离平衡位置的位移。也就是说，在研究简谐运动时所说的位移的起点都必须在平衡位置处。学科网⑵回复力是一种效果力。是振动物体在沿振动方向上所受的合力。学科网⑶“平衡位置”

2、不等于“平衡状态”。平衡位置是指回复力为零的位置，物体在该位置所受的合外力不一定为零。（如单摆摆到最低点时，沿振动方向的合力为零，但在指向悬点方向上的合力却不等于零，所以并不处于平衡状态）学科网⑷F=-kx是判断一个振动是不是简谐运动的充分必要条件。凡是简谐运动沿振动方向的合力必须满足该条件；反之，只要沿振动方向的合力满足该条件，那么该振动一定是简谐运动。学科网2.几个重要的物理量间的关系学科网要熟练掌握做简谐运动的物体在某一时刻（或某一位置）的位移x、回复力F、加速度a、速度v这四个矢量的相互关系。学科网⑴由定义知：F

3、∝x，方向相反。学科网⑵由牛顿第二定律知：F∝a，方向相同。学科网⑶由以上两条可知：a∝x，方向相反。学科网⑷v和x、F、a之间的关系最复杂：当v、a同向（即v、F同向，也就是v、x反向）时v一定增大；当v、a反向（即v、F反向，也就是v、x同向）时，v一定减小。学科网3.从总体上描述简谐运动的物理量学科网振动的最大特点是往复性或者说是周期性。因此振动物体在空间的运动有一定的范围，用振幅A来描述；在时间上则用周期T来描述完成一次全振动所须的时间。学科网⑴振幅A是描述振动强弱的物理量。（一定要将振幅跟位移相区别，在简谐运动

4、的振动过程中，振幅是不变的而位移是时刻在改变的）学科网⑵周期T是描述振动快慢的物理量。（频率f=1/T也是描述振动快慢的物理量）周期由振动系统本身的因素决定，叫固有周期。任何简谐振动都有共同的周期公式：（其中m是振动物体的质量，k是回复力系数，即简谐运动的判定式F=-kx中的比例系数，对于弹簧振子k就是弹簧的劲度，对其它简谐运动它就不再是弹簧的劲度了）。学科网学科网学科网例题分析学科网例1、一个质点在平衡位置O点附近做简谐运动，若从O点开始计时，经过3s质点第一次经过M（如图5－1所示）；再继续运动，又经过2s它第二次经

5、过M点；则该质点第三次经过M点所需要的时间是（）学科网A．8sB．4sC．14sD．s学科网学科网例2、如图5－2所示质量为m的物体A放在质量为M的物体B上，B与弹簧相连，他们一起在光滑水平面上做简谐振动。振动过程中A、B之间无相对运动，设弹簧的劲度系数为k，当物体离开平衡位置的位移为x时，A、B间摩擦力的大小等于()学科网A.0B．kxC．()kxD．（）kx学科网学科网例3、如图5－3所示，一根水平张紧的绳子上系着5个单摆，摆长从从左向右依次为L、L、L、L、2L；若先让D球先摆动起来．其周期为T，在以后，A、B、C

6、、E4个摆的情况是（）学科网A．B摆的振幅最大学科网B．E摆的振幅最大学科网C．C摆的振动周期为T学科网D．A摆的振动周期大于T学科网学科网二、典型的简谐运动学科网知识要点学科网1.弹簧振子学科网⑴周期，与振幅无关，只由振子质量和弹簧的劲度决定。学科网⑵可以证明，竖直放置的弹簧振子的振动也是简谐运动，周期公式也是。这个结论可以直接使用。学科网⑶在水平方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧的弹力；在竖直方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力。学科网2.单摆学科网⑴单摆振动的回复力是重力的切向分力，不能说成是重力和拉

7、力的合力。在平衡位置振子所受回复力是零，但合力是向心力，指向悬点，不为零。学科网⑵当单摆的摆角很小时（小于5°）时，单摆的周期，与摆球质量m、振幅A都无关。其中l为摆长，表示从悬点到摆球质心的距离，要区分摆长和摆线长。学科网⑶小球在光滑圆弧上的往复滚动，和单摆完全等同。只要摆角足够小，这个振动就是简谐运动。这时周期公式中的l应该是圆弧半径R和小球半径r的差。学科网⑷摆钟问题。单摆的一个重要应用就是利用单摆振动的等时性制成摆钟。在计算摆钟类的问题时，利用以下方法比较简单：在一定时间内，摆钟走过的格子数n与频率f成正比（n可

8、以是分钟数，也可以是秒数、小时数……），再由频率公式可以得到：学科网学科网学科网例题分析学科网例1：如图所示，质量为m的小球放在劲度为k的轻弹簧上，使小球上下振动而又始终未脱离弹簧。⑴最大振幅A是多大？⑵在这个振幅下弹簧对小球的最大弹力Fm是多大？学科网解：该振动的回复力是弹簧弹力和重力的合力。在平衡位置弹力和重力等