高中物理竞赛 第5部分《振动和波》教案 新人教版

第五部分 振动和波第一讲 基本知识介绍《振动和波》的竞赛考纲和高考要求有很大的不同，必须做一些相对详细的补充。一、简谐运动1、简谐运动定义：= －k ①凡是所受合力和位移满足①式的质点，均可称之为谐振子，如弹簧振子、小角度单摆等。谐振子的加速度：= －2、简谐运动的方程回避高等数学工具，我们可以将简谐运动看成匀速圆周运动在某一条直线上的投影运动（以下均看在 x 方向的投影），圆周运动的半径即为简谐运动的振幅 A 。依据：x = －mω2Acosθ= －mω2对于一个给定的匀速圆周运动，m、ω 是恒定不变的，可以令：mω2 = k 这样，以上两式就符合了简谐运动的定义式①。所以，x 方向的位移、速度、加速度就是简谐运动的相关规律。从图 1 不难得出——位移方程： = Acos(ωt + φ) ②速度方程： = －ωAsin(ωt +φ) ③ 加速度方程：= －ω2A cos(ωt +φ) ④相关名词：(ωt +φ)称相位，φ 称初相。运动学参量的相互关系：= －ω2A = tgφ= －3、简谐运动的合成a、同方向、同频率振动合成。两个振动 x1 = A1cos(ωt +φ1)和 x2 = A2cos(ωt +φ2) 合成，可令合振动 x = Acos(ωt +φ) ，由于 x = x1 + x2 ，解得A = ，φ= arctg 显然，当 φ2－φ1 = 2kπ 时（k = 0，±1，±2，…），合振幅 A 最大，当 φ2－φ1 = （2k + 1）π 时（k = 0，±1，±2，…），合振幅最小。b、方向垂直、同频率振动合成。当质点同时参与两个垂直的振动 x = A1cos(ωt + φ1)和 y = A2cos(ωt + φ2)时，这两个振动方程事实上已经构成了质点在二维空间运动的轨迹参数方程，消去参数 t 后，得一般形式的轨迹方程为+－2cos(φ2－φ1) = sin2(φ2－φ1)显然，当 φ2－φ1 = 2kπ 时（k = 0，±1，±2，…），有 y = x ，轨迹为直线，合运动仍为简谐运动；当 φ2－φ1 = （2k + 1）π 时（k = 0，±1，±2，…），有+= 1 ，轨迹为椭圆，合运动不再是简谐运动；当 φ2－φ1取其它值，轨迹将更为复杂，称“李萨如图形”，不是简谐运动。c 、 同 方 向 、 同 振 幅 、 频 率 相 近 的 振 动 合 成 。 令 x1 = Acos(ω1t + φ) 和 x2 = Acos(ω2t + φ) ，由于合运动 x = x1 + x2 ，得：x =（2Acost）cos（t +φ）。合运动是振动，但不是简谐运动，称为角频率为的“拍”现象。4、简谐运动的周期由②...