1、第27讲 振动与波动主讲教师：孟卫东 北京市物理特级教师开心自测题一：细长轻绳下端拴一个小球构成单摆，在悬点正下方L/2摆长处有一个能挡住摆线的钉子A，如图所示。现将单摆向左方拉开一个小角度，然后无初速的释放。对于以后的运动，下列说法正确的是（ ）A. 摆球往返运动一次的周期比无钉子时的单摆周期小B. 摆球在左、右两侧上升的最大高度一样C. 摆球在平衡位置左右两侧走过的最大弧度相等D. 摆球在平衡位置右侧的最大摆角是左侧的两倍 题二：一列简谐横波在t=0时的波形图如图所示。 介质中x=2 m处的质点P 沿 y 轴方向做简谐运动的表达式为y=10sin（5t）cm。关于这列简谐波，下列说法正确的
2、是（ ）A.周期为4.0 s B.振幅为20 cm C.传播方向沿 x 轴正向 D.传播速度为10 m/s 题三：某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是（ ）A.延长光照时间 B.增大光的强度C.换用波长较低的光照射 D.换用频率较低的光照射考点梳理与金题精讲 机械振动与机械波内容要求说明1. 弹簧振子。简谐运动。简谐运动的振幅、周期和频率。 简谐运动的位移-时间图象。2. 单摆。在小振幅条件下单摆看作简谐运动，周期公式。3. 振动中能量转化。4. 自由振动和受迫振动，受迫振动的振动频率。共振及其常见的应用。5. 振动在介质中的传播波。横波和纵波。波长、
3、频率和 波速的关系。6. 波的叠加。波的干涉。衍射现象。7. 声波，超声波及其应用。8. 多普勒效应。知识脉络机械波 l、f、v波的叠加干涉衍射简谐振动的图象 某一质点在各时刻的位移， 正弦曲线受迫振动 f迫= f驱共振： f驱= f固阻尼振动简谐振动1.受力特征 F=kx2.机械能守恒3.典型模型 (1)弹簧振子 (2)单摆由一种图象可推出另一种图象机械振动 A、T、f、相简谐波的图象 某一时刻各质点的位移， 正弦曲线概念和规律一、机械振动1. 机械振动： 物体或物体上的一部分在某一位置附近做的往复运动，叫机械振动，简称振动。 例如：钟摆的摆动、地壳运动时的地震、发声体(声源)发声时的振动（
4、空气柱、弦、振动面的振动）。 振动是一种非匀变速运动。广义振动凡是描述运动状态的物理量，随时间在某一数值附近周期性变化，都可称为振动，如电磁振荡。2. 产生机械振动的条件：受回复力使物体能返回平衡位置的力 阻尼足够小使振动进行多次3. 描述振动的物理概念（1）位移x特指振动物体偏离平衡位置的位移。即平衡位置为位移的零点。（2）回复力使物体回到平衡位置的合力它是按力的作用效果命名的效果力（3）振幅A离开平衡位置的最大距离(标量)。振幅能反映振动的强弱。（4）周期T、频率f 反映振动的快慢。频率的单位：赫兹 （Hz） 量纲：s-1固有周期(频率)：自由振动的周期（频率）由振动系统本身决定，则叫做固
5、有周期（频率）。（5）相反映振动状态的物理量。也叫做位相、相位。常用来比较振动的步调。同相、反相。（6）受迫振动物体在周期性驱动力作用下的振动。 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：f迫= f驱受迫振动的振幅由驱动力的频率与固有频率之差f 决定， f 越小，A越大。当f = 0时，振幅A最大叫共振。（7）阻尼振动和无阻尼振动振幅越来越小的振动叫做阻尼振动。振幅保持不变的振动是等幅振动，也叫无阻尼振动。题一：图中，当A振动起来后，通过水平挂绳迫使B、C振动，下列说法中，正确的是 ( )A. 只有A、C振动周期相等B. A的振幅比B小C. C振动的振幅比B大D. A、B、C的振动
6、周期相等（2） 简谐振动最常见、最基本的一种振动简谐运动的动力学特征： 则其中：x 偏离平衡位置的位移 k 回复力系数模型：弹簧振子 应用：单摆小角度摆动 简谐振动的运动图象位移图象（x t 图）沙摆实验：理论和实验一致位移公式(参考圆)：简谐运动的位移图象：从位移图象可以求出什么？振动的周期T直接读图可得各时刻的位移x 直接读图线的纵坐标振动的加速度a 与x大小成正比，反向振动的速度v图线各点切线的斜率简谐振动实例 弹簧振子的振动。周期为： 单摆：在小摆角情况下的振动看成是简谐运动 其固有周期 两个有关：与l、g有关两个无关：与m、A无关秒摆：T=2s的单摆。秒摆的摆长约为1m。单摆的应用：
7、a. 计时器：如摆钟利用单摆的等时性。b. 测重力加速度利用单摆周期公式。题二：单摆做简谐运动，摆球经过平衡位置时，摆球上附着一些悬浮在空气中的灰尘，如果灰尘的质量不能忽略，则摆球在以后的振动中，最大速度vm、振幅A、周期T 的变化是（ ）Avm不变，A不变，T不变 Bvm变小，A变大，T变小Cvm变大，A变大，T不变 Dvm变小，A变小，T不变 发散：在最大位移处附上灰尘，结果又怎样？若换成弹簧振子，结果又怎样？三、机械波1.机械波的形成、条件、分类（1）形成：振动在介质中传播，形成机械波。a. 介质的每个质点都受前一质点的驱动做受迫振动它们的 振动T、f 都相同；b. 介质的每个质点都落后
8、于前一个质点的振动(振动相位落后)形成位移参差不齐的波形。强调：波不传播质点，只传播振动形式、能量。波匀速传播，质点做变速运动。（2）机械波形成条件：有波源、介质(区别电磁波)（3）分类：横波绳子上的波。波峰，波谷；纵波空气中的声波。密部，疏部。2.描述波的物理量（1）波长相邻的波峰(波谷)之间的距离 波在一个周期内传播的距离 相邻的同相位振动质点间的距离注意：半波长的说法。（2）周期、频率波形重复出现一次的时间为周期T，一秒内波形重复出现的次数为频率f。它们都由波源决定，与介质种类无关。（3）波速v由介质种类决定，与波的频率无关。同一种介质中的两列不同波的波速相同；同一列波在不同介质中的传播
9、速度v 不同，但频率相同。3.波的图象 y =Acos(t0x/v)两种图象的区别：横轴表示的物理量不同。直接读取的物理量不同研究对象不同: 一个质点；介质的各个质点研究内容不同：位移随t 变化；位移随空间分布图象的变化不同：沿长；平移光的波动性和粒子性光的本性 内 容 要求 说明 1. 光本性学说的发展简史 2.光的干涉现象，双缝干涉，薄膜干涉，双缝干涉的条纹间距与波长的关系 3. 光的衍射 4. 光的偏振现象5.光谱和光谱分析。红外线、紫外线、X射线、射线以及它们的应用，光的电磁本性。电磁波谱6.光电效应，光子，爱因斯的光电效应方程 7.光的波粒二象性。 物质波8.激光的特性及应用 知识结
10、构光的本性光的波粒二象性光是电磁波光的粒子性波粒性的关系、概率波电磁场电磁波波动性干涉衍涉偏振电磁波谱及应用光电效应爱因斯坦光子说光电效应方程现象及实验规律实物粒子的波动性、物质波双缝干涉条纹间距薄膜干涉一、光的波动性1.光本性发展简史 微粒说 波动说 光子说波粒二象性 2.光的干涉（1）双缝干涉(1809年)干涉实验装置 干涉原理示意图 干涉条件：两光波同频率。相干光源能产生同频率光的两个光源。干涉现象两相干光在相遇区间叠加，形成亮、暗条纹相间的稳定分布。相干光的颜色不同，干涉条纹间距 x 不同；双缝间隔不同，x 不同；白光的干涉条纹是彩色的。相邻亮条纹之间的距离为3. 薄膜干涉由极薄的薄膜
11、前、后表面反射的两列光波叠加而形成的干涉现象叫薄膜干涉。 4.光的衍射（1）概念：光离开直线传播路径绕到障碍物阴影里的现象；（2）产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸跟光波波长差不多或小于波长。（3）典型现象：单缝衍射不等距的直条纹，中条纹最宽。 圆盘衍射不等距的圆条纹，本影中心有一个“泊松亮斑”。二、光的电磁说麦克斯韦提出光的本质一种电磁波 赫兹做了一系列实验，证实了电磁波的存在、测出了实验中的电磁波的频率和波长、计算出了电磁波的传播速度确实等于光速。证明了光的电磁说的正确性。光的干涉、衍射现象说明光是一种波1. 光的波动本质电磁波2. 看不见的光红外线、紫外线、伦琴射线。3. 电磁波谱 波
12、长从大到小的顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线题三：下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是（ ）A. 红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体B. 过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康C. 电磁波中频率最大为射线，最容易用它来观察衍射现象D. 紫外线和X射线都可以使感光底片感光三、光的粒子性1.光电效应概念：在光的照射下从物体发射出电子的现象叫光电现象。实验的现象和解释1、饱和电流2、入射光越强，单位时间内发射出的光电子数越多3、存在遏制电压4、光电子的能量只与入射光的频率有关5、存在截止频率光电子的能量只与入射光的频率有关题四：在研究光电效应现象时，锌板与不带电的验电器的金属杆之间用导线相连。现用一定强度的紫外线照射锌板，发现金箔张开，则下列现象中会发生的是（ ）A锌板放出电子而带正电B锌板吸引周围空气中的阳离子而带正电C锌板和验电器的金箔都带正电D锌板带正电，验电器的金箔带负电 第27讲 振动与波动题一：AB 题二：CD 题三：C 题四：CD 题五：D 题六：D 题七：AC