文档介绍：第六单元:机械振动、机械波
[内容和方法]
本单元内容包括机械振动、回复力、振幅、周期、频率、简谐运动、受迫振动、共振、机械波、波长、波速、横波、纵波、波的干涉和衍射等基本概念,以及单摆振动的周期规律、简谐运动的图像、简谐运动中的能量转化规律、波的图像、波长和频率与波速之间的关系等规律。
本单元中所涉及到的基本方法有:由于振动和波动的运动规律较为复杂,且限于中学数学知识的水平,因此对于这部分内容不可能像研究直线运动、平抛、圆周运动那样从运动方向出发描述和研究物体的运动,而是利用图象法对物体做简谐运动的运动规律及振动在介媒中的传播过程进行描述与研究。图像法具有形象、直观等优点,其中包含有丰富的物理信息,在学习时同学们要注意加以体会;另外,在研究单摆振动的过程中,对于单摆所受的回复力特点的分析,采取了小摆角的近似的处理,这是一种理想化物理过程的方法。
[例题分析]
在本单元知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:对于诸如机械振动、简谐运动、受迫振动、共振、阻尼振动、等幅振动等众多的有关振动的概念不能深刻的理解,从而造成混淆;不能从本质上把握振动图象和波的图象的区别和联系,这主要是由于振动的图象与波的图象形式上非常相似,一些学生只注意图象的形状,而忽略了图象中坐标轴所表示的物理意义,因此造成了将两个图象相混淆。另外,由于一些学生对波的形成过程理解不够深刻,导致对于波在传播过程中时间和空间的周期性不能真正的理解和把握;由于干涉和衍射的发生条件、产生的现象较为抽象,所以一些学生不能准确地把握相关的知识内容,表现为抓不住现象的主要特征、产生的条件混淆不清。
例1 水平弹簧振子,每隔时间t,振子的位移总是大小和方向都相

【错解分析】错解:,认为A是不可能的。理由是:水平弹簧振子的运动轨迹可简化为如图6-1,O为平衡位置,假设计时开始时,振子位于A点,每隔时间t振子的位移总是大小和方向都相同,所以t
B之间非A即B点,而这两点距平衡位置都等于振幅,所以加速度都等
所以振子的动能总是相同的,所以选C是对的。
同的,都等于振幅,所以D是对的。
综上所述,应选B,C,D。
错解1是排除A,之所以产生错误,是因为在头脑中形成思维定势,认为在时间t内,振子只能在一个周期内振动。很多学生在解决振动和波的问题时,习惯上把所有问题都限定在一个周期内,而没有考虑到在时间t内,振子可能已经完成多个全振动了。
错解2的产生主要是对加速度的矢量性认识不够或头脑中根本就没有这个概念,认为位置对称,加速度大小一样就是加速度相同。
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,所谓水平弹簧振子的弹簧是哪段没弄清楚。
【正确解答】 ,t = nt,n可以是1,2,3…,选项A是正确的。
相反,且对称于平衡位置,所以加速度的方向是相反的。
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-2a或6-2b的样子。当振子的位置在平衡位置两侧时,弹簧长度是不同的。所以选项D不对。
另外,符合题意条件的不一定非选最大位移处的两点,也可以选其他的点分析,如图6-3 P、Q两点,同样可以得出正确结论。
所以此题的正确答案为A,C。
例2 一个做简谐运动的弹簧振子,周期为T,振幅为A,设振子
=t2 <t2
>t2

度也大,因而时间短,所以t1>t2,应选C。
错解三:因为这是一个变加速运动问题,不能用匀速运动或匀变速运动规律求解,因而无法判断t1和t2的大小关系,所以选D。
主要是对简谐运动的特殊运动规律不清楚,只记住了周期公式,没注意分析简谐运动的全过程,没能深入地理解和掌握这种运动形式的特点。因而解题时错误地沿用了匀速或匀变速运动的规律,选择A的同学就是用匀速运动规律去解,而选择C的同学用了匀变速运动规律去解,因而错了。事实上,简谐运动的过程有其自身的许多规律,我们应该用它的特殊规律去求解问题,而不能用匀速或匀变速运动规律去求解。
【正确解答】方法一:用图象法,画出x-t图象,从图象上,我们可以很直观地看出:t1<t2,因而正确答案为:B。
方法二:从图象为正弦曲线和数学知识可写出位移随时间的函数关系式,物理学上称为振动方程,从平衡位置开始,振子的振动方程为:

【小结】以上两种方法,第一种方法是定性分析,在选择题练习时,是要重点掌握的。第二种方法可以进行定量计算,但由于要涉及振动方程,所以不做统一要求。

t'= nT + t2。此处,为了题目简明起见,题文中用了“第一次”和“最短时间”等字样。否则就无法