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第八章:简谐运动、机械波
机械振动和机械波这一部分概念较多,考点较 多,对图象要求层次较高,因而高考试题对本部分 内容考查的特点是试题容量较大,综合性较强,一 道题往往要考查力学的多个概念或者多个规律。因 此,在复习本部分时,应注意概念的理解和记忆、 应注意机械振动与牛顿定律、动量守恒定律、机械 能守恒定律的综合应用。在理解和掌握简谐运动的 运动学特征和动力学特征的基础上,进而掌握机械 波的相关知识。本部分高考题多以选择题、填空题 形式出现,但试题信息量大,一道题中考查多个概 念、规律,尤其注重对波的考查。例如: 2000年高
考第7题,由动态波形判定 入、T、V、A等量,以
检查学生的理解能力、推理能力和空间想象能力; 2001年高考题第9题考查单摆与机械能的综合问题、 理综第20题将波动图象和振动图像结合起来考查综 合运用知识的能力;2003年全国物理第7题考查对 振动图像理解、上海物理试题则考查波的形成和波 的图像的描绘;2004年各种物理试卷和理科综合试 卷中都含有这一部分知识的考题,特别是上海卷第 13题要求学生作出两列波长不同的波叠加以后的波 形,将这一部分试题的难度推到了顶峰!但从历年 的高考得分情况来看,这一部分试题的难度还是较 低的,因此同学们只要弄清下面所讲的相关问题, 得到这一部分试题的分数是不困难的。
『夯实基础知识』
机械振动
1、 定义:物体(或物体的一部分)在某一中心 位置两侧做的往复运动。简称振动。其特点是具有 往复性、重复性和周期性。
2、 振动的特点:
存在某一中心位置;
往复运动
2、产生振动的条件:
受到一个始终指向平衡位置的回复力的作 用
振动过程中的阻力足够小
说明:
回复力:是指振动物体所受到的指向平衡位置 的力。
a:是由作用效果来命名的。 可由任意性质的力提 供,可以是几个力的合力也可以是一个力的分力
它可以重力、弹力或者摩擦力或者几个力的合力
(如弹簧振子),甚至是某一个力的分力(如单摆)
b :回复力时刻指向平衡位置
c:在平衡位置处:回复力为零,而物体所受合外 力不一定为零,如单摆运动,当小球在最低点处, 回复力为零,而物体所受的合外力不为零。
d :回复力的作用效果总是将物体拉回平衡位置, 从而使物体围绕平衡位置做周期性的往复运动。
平衡位置:平衡位置是指物体在振动中所受的 回复力为零的位置,也是振动停止后,振动物体所 在位置,平衡位置通常在振动轨迹的中点。 “平衡位
置”不等于“平衡状态”。此时振子未必一定处于平 衡状态。比如单摆经过平衡位置时,虽然回复力为 零,但合外力并不为零,还有向心力.
3 .描述振动的物理量:
位移:由平衡位置指向振动质点所在位置 的有向线段
物体振动时的位移总是相对于平衡位置而言.的, 振动中的位移x都是以平衡位置为起点的,方向从平 衡位置指向末位置 一一总是背离平衡位置向外。大 小为这两位置间的直线距离。
①是矢量,其最大值等于振幅;②始点是平衡位 置,所以跟回复力方向永远相反;③位移随时间的 变化图线就是振动图象
振幅A :振动物体离开平衡位置的最大距离 称为振幅。
是标量,没有方向,是一个正数。质点在做简 谐振动时,振幅不变。
它是描述振动强弱的物理量。
周期T和频率f:振动物体完成一次全振动所 需的时间称为周期T,它是标量,单位是秒;单位时 间内完成的全振动的次数称为振动频率,单位是赫 兹(Hz)。周期和频率都是描述振动快慢的物理量, 它们的关系是:T=1/f。
简谐运动
1、简谐运动: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。
F - -kx
式中x指振动物体相对于平衡位置的位移,起点 在平衡位置,终点随物体的所在位置而变化、方向 始终由平衡位置指向物体所在位置,如图所示弹簧 振子位移的示意图。
2、 简谐运动的特征是:
(1) 受力特征:F = _kx
从动力学角度看,简谐运动的特征表现在所受到的 回复力的形式上:简谐运动的质点所受到的回复力 F
其方向总与质点偏离平衡位置的位移 x的方向相反,
从而总指向平衡位置;其大小则总与质点偏离平衡 位置的位移x最好的减肥方法就是 ad收腹运动机, 可以减掉水桶腰,的大小成正比,即 F = -kx动力
学特征也是判断某机械运动是否为简谐运动的依据
F回 k
(2) 运动学特征: a x,此式表
m m
明加速度也跟位移大小成正比,并总指向平衡位置。 由此可见,简谐运动是一变加速运动,且加速度和 速度都在做周期性的变化。
简谐振动是一种周期性运动,相关物理量也随时
间作周期性变化,其中位移、速度、加速度、回复 力都为矢量,随时间作周期性变化;而动能和势能 为标量,变化周期为 T
2
(3) 能量
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