高中物理机械振动和机械波

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机械振动和机械波

• 简谐运动
  • 特征
    • 受力：F = ﹣kx
    • 加速度：a = ﹣kx/m
    • 位移：x=Acos(ωt+φ)
  • 理想化模型
    • 弹簧振子
      • 水平：由弹簧弹力提供回复力
      • 竖直：由弹簧弹力和振子重力的合力提供回复力
      • 浮标：由浮力和浮标重力的合力提供回复力
    • 单摆
      • 做简谐运动条件：θ<5°
      • 回复力（切向力）：重力沿圆弧切线的分力
      • 向心力：拉力与重力沿半径分力的合力
      • 周期：
      • 用单摆测g实验：
• 外力作用下的振动
  • 阻尼振动：振幅、机械能逐渐减小
  • 受迫振动
    • 有驱动力作用
    • 受迫振动的频率等于驱动力的频率
    • 共振：f驱=f固 时，受迫振动的振幅最大
• 波的形成
  • 形成：机械振动在介质中传播，形成机械波
  • 条件：波源+介质，缺一不可
  • 特点：传播振动形式、能量、信息，质点不随波迁移
  • 波与振动关系：有振动不一定有机械波，有机械波一定有振动
  • 分类：横波（振动方向和传播方向垂直）、纵波（振动方向和传播方向共线）
• 描述波的物理量
  • 波长λ、频率f 和周期T（由波源决定）、波速v（由介质决定）
  • 关系：v=λf=λ/T
• 波的图像
  • 物理意义：横坐标表示各质点的平衡位置，纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移
  • 振动图像和波动图像
    • 相同点：纵坐标表示位移
    • 不同点
      • 振动图像横坐标表示时间
      • 波动图像横坐标表示各质点的平衡位置
  • 波的传播方向与质点振动方向互判
    • 上下坡法：上坡下、下坡上
    • 同侧法：波传播方向与振动方向在波的同侧
    • 微平移法
  • 周期性与多解问题
    • 时间周期性：+nT
    • 空间周期性：+nλ
    • 双向性：传播方向或振动方向不确定
• 波的现象
  • 反射和折射
  • 衍射
    • 概念：波可以绕过障碍物继续传播的现象
    • 发生明显衍射条件：缝、孔或障碍物的尺度小于或约等于波长
  • 叠加
    • 一般叠加：几列波相遇，位移、速度等叠加
    • 干涉（特殊叠加）
      • 条件：频率相同、相位差恒定、振动方向相同
      • 加强区：波程差
      • 减弱区：波程差
  • 多普勒效应
    • 由于波源与观察者相对运动引起的
    • 相互靠近，频率变高；相互远离，频率变低