2014届高考物理《机械振动与机械波》核心考点解读

《机械振动与机械波》核心考点解读
机械振动与机械波是选修3-4的第十一章和 ( http: / / www.21cnjy.com )第十二章内容,涉及考点有：简谐运动、简谐运动的回复力和能量、单摆、外力作用下的振动、波的形成和传播、波的图象、波长频率和波速、波的反射和折射、波的衍射和干涉、多普勒效应。
考点1：知道简谐运动；知道振幅、周期和频率的概念；知道全振动的含义；了解简谐运动位移方程中各量的物理意义，能依据振动方程描绘振动图象。
【知识研读】
1．物体在跟位移的大小成正比,并且总指向平衡位置的回复力作用下的运动,叫简谐运动，简谐运动是在研究振动问题时提出的理想模型。
2．简谐运动的振幅、周期和频率：（1）振幅 ( http: / / www.21cnjy.com )A：物体偏离平衡位置的最大距离。标量，反映振动的强弱和振动的空间范围。（2）周期T和频率f：描述振动快慢的物理量。其大小由振动系统本身的性质决定，所以也叫固有周期和固有频率。
3．简谐运动的振动图像：物理意义：表示振动 ( http: / / www.21cnjy.com )物体的位移随时间变化的规律。横轴表示时间，纵轴表示质点在不同时刻偏离平衡位置的位移。需要注意的是振动图像不是质点的运动轨迹。简谐运动的振动图像为正（余）弦函数曲线。
【方法研读】
振动图像的应用：（1）可读取A、T及各时刻的位移；（2）判断v、x、f、a、的方向及变化情况和Ek、Ep的变化情况。（3）简谐运动的公式表达； HYPERLINK "http://www.21cnjy.com"
考点2：了解简谐运动的运动特征；掌握简谐运动的动力学公式；了解简谐运动的能量变化规律。
【知识研读】
1．回复力f：使振动物体返 ( http: / / www.21cnjy.com )回平衡位置的力叫做回复力。它时刻指向平衡位置。回复力是以效果命名的力，它是振动物体在振动方向上的合外力，可能是几个力的合力，也可能是某一个力的分力。并不一定是物体受的合外力。
2．弹簧振子的振动：（1）弹簧振子：一 ( http: / / www.21cnjy.com )个物体和一根弹簧构成弹簧振子。需要条件：物体可视为质点，弹簧为轻质弹簧，忽略一切阻力和摩擦。（2）简谐振动：物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的力作用下的振动。受力特征：f=－kx。可以由回复力f=－kx证明一种运动为简谐运动。
【方法研读】
简谐运动是一种最简单、最基本的机械 ( http: / / www.21cnjy.com )振动，是一种理想化的振动，其运动具有周期性和对称性。周期性是指振动物体的位移、速度、加速度、回复力、能量等都呈周期性变化，每经过一个周期或N个周期振动物体又回到原来的位置；对称性是指简谐运动关于平衡位置对称，在平衡位置两侧对称点的位移大小、速度大小、各量的大小都分别相等，关于平衡位置对称的两段运动时间也相等。
考点3：知道什么是单摆；理解单摆摆角很小时单摆的振动简谐振动；知道单摆的周期跟什么因素有关。
【知识研读】
1．单摆，在小振幅条件下单摆作简谐 ( http: / / www.21cnjy.com )振动；在一条不可伸长的轻质细线下端拴一质点，上端固定，这样的装置就叫单摆；单摆振动在偏角 很小（ ＜5°=的情况下，才可以看成是简谐运动。单摆做简谐运动的回复力为重力在垂直于摆线方向上的分力。
2．周期公式：T=2 HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" ，式中l为单摆的摆长，等于悬点到球心的距离，g为当地的重力加速度。由此可知，在小振幅摆动时，单摆的振动周期跟振幅和振子的质量无关，这叫做单摆的等时性。
【方法研读】
用单摆测定重力加速度实验原理：单摆的偏角（ ＜5°）很小时，其摆动可认为是简谐运动，其固有周期为 T=2 HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" 。由此解得 g= HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" 。所以，只要测出摆长l和周期T，就可算出重力加速度。
考点4：知道什么叫驱动力，什么叫受迫振动；知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关；知道什么是共振以及发生共振的条件。
【知识研读】
1．自由振动和受迫振动：简谐运动就是自由振动 ( http: / / www.21cnjy.com )，在振动过程中，振幅不变。振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动。物体在周期性变化的外力（驱动力）作用下的振动，叫做受迫振动。
2．受迫振动的振动频率：物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关。
3．共振及其常见的应用：当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象就叫共振。
【方法研读】
共振的防止与利用：（1）利 ( http: / / www.21cnjy.com )用：要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致，如共振筛，荡秋千、共振转速计等。（2）防止：在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差越多越好。如：部队过桥应便步走。
考点5：理解波的形成过程及质点的振动特点；理解波的传播过程的特点；知道横波和纵波的异同，机械波的一般特点。
【知识研读】
1．机械振动在介质中的传 ( http: / / www.21cnjy.com )播过程叫机械波。机械波的产生有两个条件：波源和介质。简谐波的产生过程是前面的质点带动后面的质点，或者说是后面的质点重复前面质点的振动形式，只不过从时间上晚了一点。
2．波在传播过程中，传播的是振动形式， ( http: / / www.21cnjy.com )振动的能量，质点在传播过程中，只是在平衡位置附近振动，并不随波迁移波的图像描述的是介质中的一系列质点在某时刻偏离平衡位置的位移。
【方法研读】
横波和纵波：质点的振动方向与波的传播方 ( http: / / www.21cnjy.com )向垂直的叫横波。其中，凸起的最高处叫做波峰；凹下的最低处叫做波谷。质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的叫纵波。其中，质点分布最密的地方叫做密部；质点分布最疏的地方叫做疏部。
考点6：理解波的图象的意义；知道波的图象的横、纵坐标各表示什么物理量；知道什么是简谐波；能在简谐波的图象中指出波长和质点振动的振幅．
【知识研读】
横波的图像：简谐波的图像是正、余弦 ( http: / / www.21cnjy.com )函数图像。通过波的图像可以得到的物理量：（1）波长，振幅A，该时刻各质点的偏离平衡位置的位移；（2）若知道波的传播方向，可分析得到质点的振动方向；若知道质点的振动方向，可分析得到波的传播方向。
【方法研读】
波动图象和振动图象的区别：（1）研究对象 ( http: / / www.21cnjy.com )：振动图像为一振动质点；波动图像为沿波传播方向的所有质点。（2）研究内容：振动图像为一质点的位移随时间变化的规律；波动图像为某时刻所有质点的空间分布规律。（3）物理意义：振动图像为一质点在各时刻的位移；波动图像为某时刻各质点的位移。（4）图像变化：振动图像随时间的推移图像延续，已有的图像不变；波动图像随时间的推移，图像沿波的传播方向平移。
考点7：知道什么是波长；知道什么是波 ( http: / / www.21cnjy.com )的频率（或周期）；理解频率（周期）的意义；知道什么是波速，理解波长、波速和周期之间的关系，会进行相关计算。
【知识研读】
1．波长 ：在波动中，对平衡位置的位移 ( http: / / www.21cnjy.com )总是相等的两个相邻质点间的距离。频率f：波的频率等于质点振动的频率，由波源决定，在任何介质中频率不变。波速v ：单位时间内振动向外传播的距离，波速由介质决定。波长、频率和波速的关系v = f
2．波在均匀介质中匀速传播，即在时间△t内各质点的运动形式沿波传播方向传播△x=v△t，就是把原波形图沿波的传播方向平移△x。
【方法研读】
波动图像问题中的多解性的情况有 ( http: / / www.21cnjy.com )：（1）波的时间周期性：某一时刻的波形和经过nT后的波形“相貌”相同。（2）波的双向性：当波沿正、负方向传播的时间之和等于周期的整数倍时，则正负方向传播到那一时刻的波形相同。（3）波的空间周期性：沿波的传播方向，相距为k 的两个质点的振动情况完全相同。（4）波的对称性：波源的振动，会带动它左、右两侧相邻的质点的振动，向两个方向传播。在传播过程中，关于波源对称的质点振动情况完全相同。
考点8：知道波面和波线，以及波传播到两种介质的界面时同时发生反射和折射；知道波的反射和折射定律；理解惠更斯原理。
【知识研读】
1．惠更斯原理：介质中波阵面上的每一个 ( http: / / www.21cnjy.com )点，都可以看成一个新的波源，这些新波源发出子波，经过一定时间后，这些子波的包络面就构成下一个时刻的波面。
2．反射和折射遵循光的反射和折射定律.
【方法研读】
波的反射、折射计算时应注意的问题 在讨论波的反射、折射中频率、波速和波长时，要抓住以下几点：（1）频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不变的：（2）波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质，因此波速不变，波折射时是在不同介质，因此波速改变。（3）波长是频率和波速共同决定的，即 HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" ，在波的反射中，波长不变；在波的折射中，当进入新的介质的波速增大时，波长变大。
考点9：知道波的干涉和衍射现象；知道波发生衍射的条件；知道波的叠加原理；知道衍射和干涉现象是波特有的现象。
【知识研读】
1．波的叠加：几列波相遇时能够保持各自的状 ( http: / / www.21cnjy.com )态而不相互干扰，在几列波重叠的区域里，任何一个质点的总位移，都等于这几列波分别引起的位移的矢量和。
几列波相遇后，仍然保持各自的运动状态继续传播，就像相遇前一样。
2．波的干涉：频率相同的两列波相遇，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强与振动减弱的区域互相间隔的现象。
3．波的衍射现象：波绕过障碍物的现象。能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长差不多。
【方法研读】
波的干涉与衍射现象的比较：（ ( http: / / www.21cnjy.com )1）相同点：都是一切波所特有的现象。（2）相异点：①波产生明显的衍射现象的条件是障碍物(或缝、小孔)的尺寸比波长小或差不多．注意：实际上，在各种情况下，波的衍射现象都能发生，只是有明显和不明显的区别．平时所说的条件都是指产生明显的衍射现象的条件．②波产生干涉现象的条件是两列波的频率必须相同且它们的振动方向也相同．
考点10：知道波源的频率于观察者接受到 ( http: / / www.21cnjy.com )的频率的区别；知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象；了解多普勒效应的一些应用。
【知识研读】
多普勒效应及其应用：由于波源和观察者之 ( http: / / www.21cnjy.com )间的相对运动，使观察者感到波的频率发生变化的现象，叫做多普勒效应。当波源与观察者相互接近时，观察者感到频率增大；相互远离时，观察者感到频率减小。多普勒效应是所有波动过程共有的特征。
【方法研读】
解“多普勒效应”问题的方法：（1）当波源 ( http: / / www.21cnjy.com )以速率v匀速靠近静止的观察者时，观察者“感觉”到的频率变大了。但不是“越来越大”。（2）当波源静止，观察者以速率v匀速靠近波源时，观察者“感觉”到的频率也变大了。（3）当波源与观察者相向运动时，观察者“感觉”到的频率变大。（4）当波源与观察者背向运动时，观察者“感觉”到的频率变小。