高一物理機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波知識(shí)點(diǎn)
1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)
(1)定義：物體在跟偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總是指向平衡位置的回復(fù)力的作用下的振動(dòng)，叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。
(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征：回復(fù)力F=-kx，加速度a=-kx/m，方向與位移方向相反，總指向平衡位置。
簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種變加速運(yùn)動(dòng)，在平衡位置時(shí)，速度最大，加速度為零;在最大位移處，速度為零，加速度最大。
(3)描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量
�、傥灰苮：由平衡位置指向振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)所在位置的有向線段，是矢量，其最大值等于振幅。
②振幅A：振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置的最大距離，是標(biāo)量，表示振動(dòng)的強(qiáng)弱。
�、壑芷赥和頻率f：表示振動(dòng)快慢的物理量，二者互為倒數(shù)關(guān)系，即T=1/f。
(4)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像
�、僖饬x：表示振動(dòng)物體位移隨時(shí)間變化的規(guī)律，注意振動(dòng)圖像不是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
�、谔攸c(diǎn)：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像是正弦(或余弦)曲線。
�、蹜�(yīng)用：可直觀地讀取振幅A、周期T以及各時(shí)刻的位移x，判定回復(fù)力、加速度方向，判定某段時(shí)間內(nèi)位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、勢(shì)能的變化情況。
2.彈簧振子：周期和頻率只取決于彈簧的勁度系數(shù)和振子的質(zhì)量，與其放置的環(huán)境和放置的方式無(wú)任何關(guān)系。如某一彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的周期為T，不管把它放在地球上、月球上還是衛(wèi)星中;是水平放置、傾斜放置還是豎直放置;振幅是大還是小，它的周期就都是T。
3.單擺：擺線的質(zhì)量不計(jì)且不可伸長(zhǎng)，擺球的直徑比擺線的長(zhǎng)度小得多，擺球可視為質(zhì)點(diǎn)。單擺是一種理想化模型。
(1)單擺的振動(dòng)可看作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件是：最大擺角5。
(2)單擺的回復(fù)力是重力沿圓弧切線方向并且指向平衡位置的分力。
①在振幅很小的條件下，單擺的振動(dòng)周期跟振幅無(wú)關(guān)。
�、趩螖[的振動(dòng)周期跟擺球的質(zhì)量無(wú)關(guān)，只與擺長(zhǎng)L和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭有關(guān)。
�、蹟[長(zhǎng)L是指懸點(diǎn)到擺球重心間的距離，在某些變形單擺中，擺長(zhǎng)L應(yīng)理解為等效擺長(zhǎng)，重力加速度應(yīng)理解為等效重力加速度(一般情況下，等效重力加速度g等于擺球靜止在平衡位置時(shí)擺線的張力與擺球質(zhì)量的比值)。
4.受迫振動(dòng)
(1)受迫振動(dòng)：振動(dòng)系統(tǒng)在周期性驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)叫受迫振動(dòng)。
(2)受迫振動(dòng)的特點(diǎn)：受迫振動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，跟系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。
(3)共振：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，振動(dòng)物體的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振。
共振的條件：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率。
5.機(jī)械波：機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播形成機(jī)械波。
(1)機(jī)械波產(chǎn)生的條件：①波源;②介質(zhì)
(2)機(jī)械波的分類①橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波。橫波有凸部(波峰)和凹部(波谷)。
�、诳v波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波。縱波有密部和疏部。
[注意]氣體、液體、固體都能傳播縱波，但氣體、液體不能傳播橫波。
(3)機(jī)械波的特點(diǎn)
�、贆C(jī)械波傳播的是振動(dòng)形式和能量。質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近振動(dòng)，并不隨波遷移。
�、诮橘|(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期和頻率都與波源的振動(dòng)周期和頻率相同。③離波源近的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)依次振動(dòng)。
6.波長(zhǎng)、波速和頻率及其關(guān)系
(1)波長(zhǎng)：兩個(gè)相鄰的且在振動(dòng)過(guò)程中對(duì)平衡位置的位移總是相等的質(zhì)點(diǎn)間的距離叫波長(zhǎng)。振動(dòng)在一個(gè)周期里在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)。
(2)波速：波的傳播速率。機(jī)械波的傳播速率由介質(zhì)決定，與波源無(wú)關(guān)。
(3)頻率：波的頻率始終等于波源的振動(dòng)頻率，與介質(zhì)無(wú)關(guān)。
(4)三者關(guān)系：v=f
7.★波動(dòng)圖像：表示波的傳播方向上，介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻相對(duì)平衡位置的位移。當(dāng)波源作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，它在介質(zhì)中形成簡(jiǎn)諧波，其波動(dòng)圖像為正弦或余弦曲線。
(1)由波的.圖像可獲取的信息
�、�?gòu)膱D像可以直接讀出振幅(注意單位)。②從圖像可以直接讀出波長(zhǎng)(注意單位)。
�、劭汕笕我稽c(diǎn)在該時(shí)刻相對(duì)平衡位置的位移(包括大小和方向)
�、茉诓ㄋ俜较蛞阎�(或已知波源方位)時(shí)可確定各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向。⑤可以確定各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的加速度方向(加速度總是指向平衡位置)
(2)波動(dòng)圖像與振動(dòng)圖像的比較：
8.波動(dòng)問(wèn)題多解性
波的傳播過(guò)程中時(shí)間上的周期性、空間上的周期性以及傳播方向上的雙向性是導(dǎo)致波動(dòng)問(wèn)題多解性的主要原因。若題目假設(shè)一定的條件，可使無(wú)限系列解轉(zhuǎn)化為有限或惟一解
9.波的衍射
波在傳播過(guò)程中偏離直線傳播，繞過(guò)障礙物的現(xiàn)象。衍射現(xiàn)象總是存在的，只有明顯與不明顯的差異。波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：障礙物(或小孔)的尺寸比波的波長(zhǎng)小或能夠與波長(zhǎng)差不多。
10.波的疊加
幾列波相遇時(shí)，每列波能夠保持各自的狀態(tài)繼續(xù)傳播而不互相干擾，只是在重疊的區(qū)域里，任一質(zhì)點(diǎn)的總位移等于各列波分別引起的位移的矢量和。兩列波相遇前、相遇過(guò)程中、相遇后，各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不發(fā)生任何變化，這是波的獨(dú)立性原理。
11.波的干涉：
頻率相同的兩列波疊加，某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象，叫波的干涉。產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件：兩列波的頻率相同，振動(dòng)情況穩(wěn)定。
[注意]①干涉時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域或振動(dòng)減弱區(qū)域的空間位置是不變的，加強(qiáng)區(qū)域中心質(zhì)點(diǎn)的振幅等于兩列波的振幅之和，減弱區(qū)域中心質(zhì)點(diǎn)的振幅等于兩列波的振幅之差。
�、趦闪胁ㄔ诳臻g相遇發(fā)生干涉，兩列波的波峰相遇點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)，波峰和波谷的相遇點(diǎn)是減弱的點(diǎn)，加強(qiáng)的點(diǎn)只是振幅大了，并非任一時(shí)刻的位移都大;減弱的點(diǎn)只是振幅小了，也并非任一時(shí)刻的位移都最小。如圖若S1、S2為振動(dòng)方向同步的相干波源，當(dāng)PS1-PS2=n時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng);當(dāng)PS1-PS2=(2n+1)/2時(shí)，振動(dòng)減弱。
12.聲波
(1)空氣中的聲波是縱波，傳播速度為340m/s。(2)能夠引起人耳感覺(jué)的聲波頻率范圍是：20～20000Hz。
(3)超聲波：頻率高于20000Hz的聲波。①超聲波的重要性質(zhì)有：波長(zhǎng)短，不容易發(fā)生衍射，基本上能直線傳播，因此可以使能量定向集中傳播;穿透能力強(qiáng)。
�、趯�(duì)超聲波的利用：用聲納探測(cè)潛艇、魚群，探察金屬內(nèi)部的缺陷;利用超聲波碎石治療膽結(jié)石、腎結(jié)石等;利用B超探察人體內(nèi)病變。
13.多普勒效應(yīng)：由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。其特點(diǎn)是：當(dāng)波源與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩者相互接近時(shí)，觀察者接收到的頻率增大;兩者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的頻率減小。
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