《備考指南一輪 物理 》課件-第14章 第1講

機械振動和光學(xué)第十四章主干內(nèi)容學(xué)科素養(yǎng)簡諧運動1.近幾年高考主要涉及的考點有：簡諧運動、機械波、光的折射和全反射、光的干涉和衍射．以選擇題、計算題為主，難度中等．2．預(yù)計今后高考核心考點是：振動圖像和波動圖像、探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度、光的折射定律和全反射．簡諧運動的公式和圖像單擺、周期公式受迫振動和共振機械波、橫波和縱波橫波的圖像波速、波長和頻率(周期)的關(guān)系波的干涉和衍射現(xiàn)象多普勒效應(yīng)電磁波的產(chǎn)生主干內(nèi)容學(xué)科素養(yǎng)電磁波的發(fā)射、傳播和接收1.近幾年高考主要涉及的考點有：簡諧運動、機械波、光的折射和全反射、光的干涉和衍射．以選擇題、計算題為主，難度中等．2．預(yù)計今后高考核心考點是：振動圖像和波動圖像、探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度、光的折射定律和全反射．電磁波譜光的折射定律折射率全反射、光導(dǎo)纖維光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象狹義相對論的基本假設(shè)質(zhì)能關(guān)系實驗一：探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度實驗二：測定玻璃的折射率實驗三：用雙縫干涉測光的波長第1講機械振動和振動圖像【備考指南】1.知道簡諧運動的概念，理解簡諧運動的表達(dá)式和圖像.2.知道什么是單擺，知道在擺角較小的情況下單擺的運動是簡諧運動，熟記單擺的周期公式.3.理解受迫振動和共振的概念，掌握產(chǎn)生共振的條件．欄目導(dǎo)航01知識梳理回顧02要點各個擊破03配套訓(xùn)練知識梳理回顧1機械振動：物體在______________附近的往復(fù)運動叫機械振動，簡稱振動．一機械振動某一中心位置

1．定義．質(zhì)點的位移與時間的關(guān)系遵從__________的規(guī)律的振動，即其振動圖像(x－t圖像)是一條正弦曲線．2．物體在振動過程中________為零的位置，合外力不一定為零．二簡諧運動正弦函數(shù)

回復(fù)力

3．描述簡諧運動的物理量平衡位置最大距離

－kx

位移

5．回復(fù)力(1)定義：使物體返回到平衡位置的力．(2)方向：總是指向平衡位置．(3)注意：屬于效果力，可以是某一個力，也可以是幾個力的合力或某個力的分力．6．簡諧運動的圖像(1)物理意義：表示振子的位移隨時間變化的規(guī)律，為______________曲線．(2)從__________開始計時，函數(shù)表達(dá)式為x＝Asinωt，圖像如圖甲．(3)從__________處開始計時，函數(shù)表達(dá)式為x＝Acosωt，圖像如圖乙．正弦(或余弦)

平衡位置最大位移7．簡諧運動的兩種基本模型彈力重力

【答案】B1．受迫振動(1)概念：系統(tǒng)在________的外力(驅(qū)動力)作用下的振動．(2)振動特征：受迫振動的頻率等于________的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)．三受迫振動與共振周期性

驅(qū)動力

2．共振(1)概念：驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的_________時，受迫振動的振幅最大的現(xiàn)象．(2)條件：驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率．(3)共振曲線：如圖所示．固有頻率

【對點小練】2．如圖所示，A、B、C、D、E五個擺懸掛于同一根繃緊的水平繩上，A是擺球質(zhì)量較大的擺，讓它擺動后帶動其他擺運動．穩(wěn)定后，下列結(jié)論正確的是(

)A．其他各擺的振動周期與A擺的振動周期相同B．其他各擺的振幅都相等C．其他各擺的振幅不同，D擺的振幅最大D．其他各擺的振動周期不同，E擺周期最大【答案】A【解析】A擺擺動，其余各擺也擺動起來，它們均做受迫振動，則它們的振動周期均等于A擺的擺動周期，而由于A、E擺長相同，這兩個擺的固有周期相同，則E擺出現(xiàn)共振現(xiàn)象，振幅達(dá)到最大．故A正確，B、C、D錯誤．要點各個擊破2要點1簡諧運動的基本特征1．動力學(xué)特征：F＝－kx，“－”表示回復(fù)力的方向與位移方向相反，k是比例系數(shù)，不一定是彈簧的勁度系數(shù)．2．運動學(xué)特征：簡諧運動的加速度的大小與物體偏離平衡位置的位移的大小成正比而方向相反，為變加速運動．遠(yuǎn)離平衡位置時x、F、a、Ep均增大，v、Ek均減?。豢拷胶馕恢脮r則相反．3．運動的周期性特征：相隔T或nT的兩個時刻，振子處于同一位置且振動狀態(tài)相同．例1

(2020屆紹興名校月考)宇航員在太空中做實驗，如圖，左邊為彈簧振動系統(tǒng)，振子連接一根很長的軟繩，沿繩方向取x軸．振子從平衡位置O以某一初速度向A端開始運動，振動頻率為f＝10Hz，振幅為5cm.當(dāng)振子從O點出發(fā)后，第五次經(jīng)過O點時，波剛好傳播到x＝25cm處，則下列說法正確的是(

)A．當(dāng)振子向上經(jīng)過距O點3cm處時正在加速B．繩上產(chǎn)生的波的傳播速度為v＝100cm/sC．振子從O點開始運動的速度越大，再次回到O點的時間越長D．振子從O點開始運動的速度不同，波在繩子中傳播的速度也不同【答案】B【解析】當(dāng)振子向上經(jīng)過距O點3cm處時是遠(yuǎn)離平衡位置，正在減速，故A錯誤．當(dāng)振子從O點出發(fā)后，第五次經(jīng)過O點時，經(jīng)過兩個半全振動，波剛好傳播到x＝25cm處，說明2.5倍波長是25cm，波長為10cm；波速v＝λf＝0.1m×10Hz＝1m/s，故B正確．振子從O點開始到再次回到O點的時間為半個周期，簡諧運動的周期與振幅無關(guān)，故C錯誤．波在繩子中傳播的速度由繩子決定，是一定的，與振源的振動幅度無關(guān)，故D錯誤．【答案】BCD1．做簡諧運動的物體經(jīng)過平衡位置時，回復(fù)力一定為零，但所受合外力不一定為零．2．由于簡諧運動具有周期性和對稱性，因此涉及簡諧運動時往往會出現(xiàn)多解的情況，分析時應(yīng)特別注意．位移相同時回復(fù)力、加速度、動能和勢能等可以確定，但速度可能有兩個方向，由于周期性，運動時間也不能確定．要點2簡諧運動的公式和圖像1．簡諧運動圖像認(rèn)識(1)簡諧運動的圖像是一條正弦或者余弦曲線，如圖所示．(2)圖像反映的是振子的位移隨時間變化的規(guī)律，而不是振子的實際軌跡．2．圖像信息(1)振幅A、周期T以及各時刻振子的振動位移．(2)各時刻回復(fù)力、加速度的方向：指向時間軸．(3)各時刻速度方向：下一刻位移增加，其方向遠(yuǎn)離時間軸；下一刻位移減小，其方向指向時間軸．(4)某段時間內(nèi)位移、回復(fù)力、加速度、速度、動能、勢能的變化情況．例2

(2020屆上海名校調(diào)研)甲、乙兩個彈簧振子，它們的振動圖像如圖所示，則可知兩彈簧振子(

)A．振動強度完全相同B．振動快慢完全相同C．振子甲速度為零時，振子乙速度最大D．所受回復(fù)力最大值之比F甲∶F乙＝1∶2【答案】C【解析】根據(jù)圖像可讀出甲的振幅為10cm，乙的振幅為5cm，則兩彈簧振子的振動強度不相同，故A錯誤．由振動圖像讀出兩彈簧振子周期之比T甲＝2.0s，T乙＝1.0s，則兩彈簧振子振動快慢不同，乙比甲快，故B錯誤．由圖看出，甲在最大位移處時，乙在平衡位置，即振子甲速度為零時，振子乙速度最大，故C正確．由振動圖像讀出兩振子位移最大值之比x甲∶x乙＝2∶1，根據(jù)簡諧運動的特征F＝－kx，由于彈簧的勁度系數(shù)k可能不等，回復(fù)力最大值之比F甲∶F乙不一定等于2∶1，故D錯誤．例2

(多選)(2019年東北三省四市二模)用彈簧將一物塊懸掛于天花板上，使物塊在豎直方向做簡諧振動，其振動圖像如圖所示，則(

)A．該簡諧振動的周期為2.0sB．t＝1.0s時刻系統(tǒng)能量達(dá)到最小值C．t＝1.0s和t＝2.0s兩個時刻物塊動能相等D．t＝0.5s和t＝1.5s兩個時刻彈簧的彈性勢能相等【答案】AC【解析】由圖讀出周期為T＝2.0s，故A正確．質(zhì)點做簡諧運動的過程中系統(tǒng)的機械能守恒，各時刻的機械能都是相等的，故B錯誤．由圖可知t＝1.0s和t＝2.0s兩個時刻物塊都在平衡位置，則兩個時刻的動能相等且為最大值，故C正確．由圖看出，t＝0.5s質(zhì)點位于正的最大位移處，t＝1.5s時質(zhì)點位于負(fù)的最大位移處，兩時間質(zhì)點的位移大小相等、方向相反；由于物塊在平衡位置時，彈簧處于拉長狀態(tài)，所以t＝0.5s和t＝1.5s兩個時刻彈簧的彈性勢能不相等，故D錯誤．由簡諧運動的圖像中獲得的信息1．振幅A、周期T.2．某一時刻振動質(zhì)點離開平衡位置的位移．3．某一時刻質(zhì)點的回復(fù)力、加速度和速度的方向．(1)回復(fù)力和加速度的方向：因為回復(fù)力總是指向平衡位置，所以回復(fù)力和加速度在圖像上總是指向t軸．(2)速度的方向．速度的方向可以通過下一時刻位移的變化來判定：下一時刻位移若增大，振動質(zhì)點的速度方向就是遠(yuǎn)離t軸；下一時刻位移若減小，振動質(zhì)點的速度方向就是指向t軸．4．某段時間內(nèi)質(zhì)點的位移、回復(fù)力、加速度、速度、動能、勢能的變化情況．要點3單擺周期的求解及其應(yīng)用【答案】D練3

(2020屆上海名校期中)關(guān)于單擺，下列說法正確的是(

)A．物體能被看作單擺的條件是擺動時擺角要小于15°B．振動的頻率與振幅無關(guān)C．細(xì)線拉力與重力的合力提供回復(fù)力D．?dāng)[動到最低點時擺球合力為零【答案】B【解析】物體能被看作簡諧運動的條件是擺動時擺角要小于5°，故A錯誤．振動的頻率與振幅無關(guān)，只于擺長有關(guān)，故B正確．單擺做簡諧運動的回復(fù)力由重力沿擺球運動軌跡切向的分力提供，故C錯誤．?dāng)[球在擺動到最低點處，小球處于超重狀態(tài)，擺線彈力最大，合力不為零，擺球受到的合外力提供向心力，但回復(fù)力為零，故D錯誤．要點4受迫振動與共振1．自由振動、受迫振動和共振的關(guān)系比較振動類型自由振動受迫振動共振受力情況僅受回復(fù)力受驅(qū)動力作用受驅(qū)動力作用振動周期或頻率由系統(tǒng)本身性質(zhì)決定，即固有周期T0或固有頻率f0由驅(qū)動力的周期或頻率決定，即T＝T驅(qū)或f＝f驅(qū)T驅(qū)＝T0或f＝f0振動能量振動物體的機械能不變由產(chǎn)生驅(qū)動力的物體提供振動物體獲得的能量最大常見例子彈簧振子或單擺(θ<10°)機械工作時底座發(fā)生的振動共振篩、聲音的共鳴等例4

(多選)(2019年河池期末)如圖所示，在一根張緊的繩上掛著四個單擺，其中甲、丙兩單擺的擺長相等．現(xiàn)給甲擺一個初始能量，使其開始擺動．?dāng)[動穩(wěn)定后，關(guān)于乙、丙、丁三個單擺，下列說法正確的是(

)A．乙擺擺動的周期與甲擺擺動的周期相同B．丁擺擺動的周期與丙擺擺動的周期相同C．乙擺振幅最大D．丙擺振幅最大【答案】ABD【