专题十六 机械振动与机械波（解析版） 考点 要求 考点解读及预测 简谐运动 简谐运动的表达式和图象 Ⅰ 1.考查方式 从近几年高考题来看，对于选修3－4内容的考查，形式比较固定，一般第(1)问为选择题，第(2)问为填空题，第(3)问为计算题．从考查内容来看，机械振动和机械波、光学和电磁波的相关基础知识和基本方法都曾经命题． 2．命题趋势 试题将坚持立足基本概念，贴近教材和教学实际，情境接近生活经历，关注社会问题，亲近自然，体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念．试题关注学科素养，引导学以致用，引导高中教学注重培养学生应用知识解决实际问题的能力. 受迫振动和共振 Ⅰ 机械波 横波和纵波 横波的图象 Ⅰ 波长、波速和频率(周期)的关系 Ⅰ 波的干涉和衍射 Ⅰ 多普勒效应 Ⅰ 电磁波谱 电磁波及其应用 Ⅰ 一 简谐运动的特征与图象 （一）简谐运动的五大特征 受力 特征 回复力F＝－kx，F(或a)的大小与x的大小成正比，方向相反 运动 特征 靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小 能量 特征 振幅越大，能量越大．在运动过程中，系统的动能和势能相互转化，机械能守恒 对称性特征 关于平衡位置O对称的两点，速度的大小、动能、势能相等，相对平衡位置的位移大小相等；由对称点到平衡位置O用时相等 周期性特征 质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为 （二）简谐运动的图象 1．图象信息 (1)由图象可以看出质点振动的振幅、周期。 (2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。 (3)可以确定某时刻质点的回复力、加速度和速度的方向。 ①回复力和加速度的方向：因回复力总是指向平衡位置，故回复力和加速度的方向在图象上总是指向t轴； ②速度的方向：速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定，若下一时刻位移增加，速度方向就是远离t轴；若下一时刻位移减小，速度方向就是指向t轴； 2．图象特征 (1)简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线，是正弦曲线还是余弦曲线取决于质点初始时刻的位置。 (2)图象反映的是位移随时间的变化规律，随时间的增加而延伸，图象不代表质点运动的轨迹。 (3)任一时刻图线上过该点切线的斜率数值表示该时刻振子的速度大小。正负表示速度的方向，正时沿x轴正方向，负时沿x轴负方向。 二 单摆周期公式的应用 1．受力特征：重力和细线的拉力 (1)回复力：如图12-1-12所示摆球重力沿切线方向上的分力，F回＝－mgsin θ＝－x＝－kx，负号表示回复力F回与位移x的方向相反。 (2)向心力：如图12-1-12所示细线的拉力F和重力沿细线方向的分力的合力充当向心力，F向＝F－mgcos θ。 ①当摆球在最高点时，F向＝＝0，F＝mgcos θ； ②当摆球在最低点时，F向＝，F向最大，F＝mg＋m 。 2．周期公式：T＝2π (1)l为等效摆长，表示从悬点到摆球重心的距离，要区分摆长和摆线长，悬点实质为摆球摆动所在圆弧的圆心。 (2)g为当地重力加速度，只要测出单摆的摆长l、周期T，就可以根据g＝4π2，求出当地的重力加速度g。 三 自由振动、受迫振动和共振的关系比较 振动 项目 自由振动 受迫振动 共振 受力情况 仅受回复力 受驱动力作用 受驱动力作用 振动能量 振动物体的机械能不变 由产生驱动力的物体提供 振动物体获得的能量最大 振动周期或频率 由系统本身性质决定，即固有周期T0或固有频率f0 由驱动力的周期或频率决定，即T＝T驱或f＝f驱 T驱＝T0或f驱＝f0 常见例子 弹簧振子或单摆(θ≤5°) 机械工作时底座发生的振动 共振筛、声音的共鸣等 四 波的传播方向和质点振动方向的判断 图象 方法 微平移法：沿波的传播方向将波的图象进行一微小平移，然后由两 ... ...
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