模板15 光学（两大题型） 题型01机械振动和机械波问题 该题型主要考查的内容为通过图像得到描述振动和波动的物理量并能写成对应的表达式。学生要掌握振动图像和波动图像结合在一起进行综合分析的能力。 一、必备基础知识 1、描述简谐运动的物理量 振动的运动学表达式：x＝Asin(ωt＋φ)。 振幅是指振动物体离开平衡位置的最大距离，通常用字母A表示，是标量。振幅的单位是米(m)。振幅是标量，只有大小，没有方向，是用来表示振动强弱的物理量。 做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间，叫做振动的周期，用字母T表示。其物理意义是表示物体振动的快慢。振子完成一次完整的振动过程称为一次全振动，不论从哪一位置开始计时，弹簧振子完成一次全振动所用的时间总是相同的。 单位时间内完成全振动的次数，叫做振动的频率，用字母f表示；其单位是赫兹，符号是Hz。频率的大小表示振动的快慢。周期与频率的关系是T＝1/f。 用来描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态的物理量叫相位，当t＝0时的相位称做初相位，用字母φ表示。 2、简谐振动的两种模型 模型 弹簧振子 单摆 示意图 简谐运动条件 弹簧质量可忽略； 无摩擦等阻力； 在弹簧弹性限度内。 摆线为不可伸缩的轻细线； 无空气等阻力； 最大摆角小于5°。 模型 弹簧振子 单摆 回复力 弹簧的弹力 摆球重力沿与摆线垂直(即切向)方向的分力 平衡位置 弹簧处于原长处 最低点 周期 与振幅无关 T＝2π 能量转化 弹性势能与动能的相互转化，机械能守恒 重力势能与动能的相互转化，机械能守恒 3、波的描述 ①波长： 在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离。 波动中，对平衡位置的位移总是相同的两个相邻质点间的距离等于波长。 在横波中，两个相邻的波峰(或波谷)间的距离等于波长．在纵波中，两个相邻的密部(或疏部)间的距离等于波长。 经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于波长。 波长的确定方法：①根据定义确定（在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长；波在一个周期内传播的距离等于一个波长）；②根据波的图像确定（在波的图像上，振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长；在波的图像上，运动状态(速度)总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长；在波的图像上，两个相邻波峰(或波谷)间的距离为一个波长）；③根据公式λ=vT来确定。 ②周期与频率： 波的周期(或频率)就等于波源质点振动的周期(或频率)。 物理意义：波的周期(或频率)是反映波变化快慢的物理量，它不能反映波传播的快慢。 ③波速： 波速是指振动在介质中传播的速度，而不是介质质点的振动速度。 从波形上看，波的传播速度即波形的平移速度。 波长、周期和波速三者的关系式：v＝＝λf。 ④波的特点： 机械波传播的是振动形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移。 介质中每个质点都做受迫振动，介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同。 离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动，波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同。 当波源经过一个周期T完成一次全振动时波恰好向前传播一个波长的距离，所以v＝＝λf。 质点振动nT(n＝1，2，3，…)时，波形不变。 在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为nλ(n＝1,2,3，…)时，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n＋1)(n＝0，1，2，3，…)时，它们的振动步调总相反。 4、振动图像和波动图像 图像类型 振动图像 波的图像 研究对象 一个质点 波传播方向上的所有质点 研究内容 某质点位移随时间的变化规律 某时刻所有质点在空间分布的规律 图示 横坐标 表示时间 表示各质点的平衡位置 物理意义 某质点在各时刻的位移 某时刻各质点的位 ... ...
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