重难点08 机械振动和机械波-2025年高考物理 热点 重点 难点 专练（上海专用）（解析版）.docx

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重难点08机械振动和机械波

年度

是否出题

选择型

填空题

计算题

实验题

2024年

×

2025年（预）

☆☆☆☆

√

√

√

√

（2025年预测的可能性仅供参考，每颗☆代表出题的可能性为20%，以此类推）

【思维导图】

【高分技巧】

一、机械振动

1．回复力：总是指向平衡位置的力。回复力是效果力。

2．简谐振动：质点在F=-kx的回复力作用下，振动图象是一条正弦曲线，叫做简谐振动。

3．弹簧振子：一根轻质弹簧一端固定，另一端系一质量为m的小球，理想模型。

4．简谐振动的图象和函数表达式：x＝Asin(ωt＋φ)

注意：位移x特指相对于平衡位置的位移

(1)可直接读出振幅A，周期T。间接计算路程：T通过的路程=A，一个周期路程是4A。

(2)振子在某一时刻相对于平衡位置的位移x大小和方向。

(3)根据图像的斜率判断速度v的方向，增大或减小变化趋势。

(4)根据F=-kx间接判断受到回复力的大小，方向，从而进一步判断加速度的变化。

(5)对称性：速度大小，加速度大小，回复力大小，时间对平衡点具有对称性。

(6)平衡位置动能最大，弹簧弹性势能=0；最大位移处动能=0，弹簧弹性势能最大，机械能守恒。

二、单摆

1．单摆的回复力

(1)回复力来源：如图所示，摆球的重力沿圆弧切向的分力提供回复力。

(2)特点：在偏角很小时（摆角5°），sinθ≈eq\f(x,l)，摆球的切向分力（回复力）F＝Gsinθ＝－eq\f(mg,l)x，

(3)平衡位置时，向心力最大，回复力为0

因为sinθ＝0，所以回复力F＝0；但做圆周运动v≠0，所以F合＝F向≠0

(4)最大位移A或处，回复力最大，向心力为0。

因为v＝0，所以向心力＝0，F合＝F回≠0

2．单摆的运动特点：变速圆周运动。

3．常见的两种简谐振动比较

弹簧振子

单摆

理想化条件

轻弹簧、阻力不计、振子可看成质点

轻绳（质量不计、不可伸长）

阻力不计、摆角5°、振子可看成质点

回复力

F＝－kx

重力的切线分量：QUOTE

平衡位置

合力=0

合力≠0

周期

与振幅无关

与振幅，摆球质量无关

能量转化

振子动能和弹簧的弹性势能之间转化

摆球的动能和势能之间相互转化

三、单摆的周期

1．单摆的周期T＝2πeq\r(\f(l,g))

2．等效单摆

l等效＝lsinα

做垂直纸面的小角度摆动

左侧：l等效＝l

右侧：l等效＝eq\f(2,3)l

纸面内摆动T＝πeq\r(\f(l,g))＋πeq\r(\f(2l,3g))

l等效＝R

当半径R远大于小球位移x时，小球做单摆运动

3．利用单摆测量重力加速度

(1)实验原理：g＝eq\f(4π2l,T2).

(2)图象法：由T2＝eq\f(4π2,g)l作出T2-l图象，即以T2为纵轴，以l为横轴．

如图(a)所示，其斜率k＝eq\f(4π2,g)，由图象的斜率即可求出重力加速度g.

如果测量l时忽略了小球半径，图像会发生上移，如图(b)

图(a)图(b)

四、共振现象

1．阻尼振动：振动系统受到阻力的作用，振幅逐渐减小的振动。

由振动系统本身决定,即固有频率。

动能和势能相互转化，但机械能总量减少。

2．共振：驱动力的频率f等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。

五、机械波

1．机械波的产生条件：a.波源；b.介质

2．波的分类：横波和纵波

3．机械波的特征

(1)各质点的起振方向均与波源的起振方向相同。

(2)v＝eq\f(λ,T)＝λf.λ=vT

(3)基本规律：一个周期内，波传播一个波长，质点振动路程是4A，整体波形不变。

(4)决定波长、频率和波速的因素

(a)频率：波的频率由波源决定，与介质无关。

(b)波速：波速由介质的性质决定，与波源的振动无关。

(c)波长：波长由介质和波源共同决定。

六、机械波的图像

1．波形图像：正弦（或余弦）曲线，各简谐波中的质点都做简谐运动。

2．波的图像信息

(1)从图像中可以读出波长．如下图，λ=4m。

(2)确定振幅：介质各点的振幅A是波动图像上纵坐标最大值的绝对值．如下图A=5cm。

(3)确定位移：可以直接看出某点在该时刻的位移．如下图A点位移=2.5cm。

(4)如已知波的传播速度，利用图像，根据λ=vT，已知2个求出第3个．如下图T=0.2s

(5)间接地分析各质点在该时刻的振动速度、动能、势能、回复力、加速度等量的变化趋势。

(6)空间周期性：相距波长整数倍的两质点振动状态相同；相距半波长的两质点振动方向相反。

3．波的传播方向和质点的振动方