2024版高考物理一輪總復(fù)習專題十二機械振動光學第1講機械振動振動圖像課件

第1講機械振動、振動圖像核心素養(yǎng)重要考點物理觀念(1)理解機械振動、簡諧運動和單擺運動；(2)理解機械波、波的干涉、衍射和多普勒效應(yīng)；(3)理解折射定律及全反射、光的干涉、衍射和偏振等光現(xiàn)象1.機械振動和機械波2.光的折射和全反射3.光的干涉、衍射和電磁波4.用單擺測定重力加速度5.測定玻璃的折射率6.用雙縫干涉測定光的波長科學思維(1)科學推理：振動和波動的相互判斷；(2)模型建構(gòu)：振動模型和波動模型；(3)折射定律、常見光學介質(zhì)模型科學探究(1)探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度；(2)測定玻璃的折射率；(3)探究用雙縫干涉測光的波長科學態(tài)度與責任(1)用恰當?shù)奈锢砹棵枋龊喼C運動，并能解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象；(2)了解幾何光學和波動光學知識在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用一、簡諧運動1.概念.質(zhì)點的位移與時間的關(guān)系遵從__________的規(guī)律，即它的振動圖像(x－t圖像)是一條____________的振動.

正弦函數(shù)

正弦曲線

2.簡諧運動的表達式.(1)動力學表達式：F＝________，其中“－”表示回復(fù)力與________的方向相反.

(2)運動學表達式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝________表示簡諧運動的快慢，(ωt＋φ)代表簡諧運動的________，φ叫作初相.

－kx位移

2πf相位

3.回復(fù)力.(1)定義：使物體返回到____________的力.

(2)方向：時刻指向____________.

(3)來源：振動物體所受的沿__________的合力.

平衡位置

平衡位置

振動方向

4.描述簡諧運動的物理量.物理量定義意義振幅振動質(zhì)點離開平衡位置的_________描述振動的________和能量

周期振動物體完成一次______所需時間描述振動的快慢頻率振動物體________內(nèi)完成全振動的次數(shù)

圓頻率(角頻率)表示簡諧運動的快慢相位ωt＋φ描述周期性運動在各個時刻所處的________最大距離

強弱

全振動

單位時間

快慢

不同狀態(tài)

二、單擺1.定義.(1)在細線的一端拴一個小球，另一端固定在懸點上，如果細線的________和________都不計，球的直徑比________短得多，這樣的裝置叫作單擺.

(2)視為簡諧運動的條件：________.

伸縮

質(zhì)量

線的長度

θ＜5°

三、受迫振動及共振1.受迫振動.系統(tǒng)在________作用下的振動.做受迫振動的物體，它的周期(或頻率)等于________周期(或頻率)，而與物體的固有周期(或頻率)________關(guān).

驅(qū)動力

驅(qū)動力

無

2.共振.做受迫振動的物體，它的固有頻率與驅(qū)動力的頻率越接近，其振幅就越大，當二者________時，振幅達到最大，這就是共振現(xiàn)象.共振曲線如圖所示.

相等

(1)簡諧運動是變加速運動.(2)簡諧運動的圖像描述的是振動質(zhì)點位移隨時間的變化規(guī)律而不是質(zhì)點的運動軌跡.(3)彈簧振子每次經(jīng)過平衡位置時，位移為零、動能最大.(4)物體做受迫振動的頻率一定等于驅(qū)動力的頻率，但不一定等于系統(tǒng)的固有頻率，固有頻率由系統(tǒng)本身決定.1.[簡諧振動的特點](多選)下列關(guān)于簡諧運動的說法正確的是(

)A.速度和加速度第一次同時恢復(fù)為原來大小和方向所經(jīng)歷的過程為一次全振動B.位移的方向總跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同C.一個全振動指的是動能或勢能第一次恢復(fù)為原來大小所經(jīng)歷的過程D.位移減小時，加速度減小，速度增大【答案】AD

3.[單擺](多選)下列說法正確的是(

)A.在同一地點，單擺做簡諧振動的周期的平方與其擺長成正比B.彈簧振子做簡諧振動時，振動系統(tǒng)的勢能與動能之和保持不變C.在同一地點，當擺長不變時，擺球質(zhì)量越大，單擺做簡諧振動的周期越小D.系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動時，系統(tǒng)振動的頻率等于周期性驅(qū)動力的頻率【答案】ABD4.[共振](多選)某振動系統(tǒng)的固有頻率為f0，在周期性驅(qū)動力的作用下做受迫振動，驅(qū)動力的頻率為f.若驅(qū)動力的振幅保持不變，則下列說法正確的是(

)A.當f＜f0時，該振動系統(tǒng)的振幅隨f增大而減小B.當f＞f0時，該振動系統(tǒng)的振幅隨f減小而增大C.該振動系統(tǒng)的振動穩(wěn)定后，振動的頻率等于f0D.該振動系統(tǒng)的振動穩(wěn)定后，振動的頻率等于f【答案】BD

【解析】受迫振動的振幅A隨驅(qū)動力的頻率變化的規(guī)律如圖所示，顯然A錯誤，B正確；穩(wěn)定時系統(tǒng)的頻率等于驅(qū)動力的頻率，即C錯誤，D正確.考點1簡諧運動的特征[基礎(chǔ)考點]1.動力學特征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.運動學特征簡諧運動的加速度與物體偏離平衡位置的位移成正比而方向相反，為變加速運動，遠離平衡位置時x、F、a、Ep均增大，v、Ek均減小，靠近平衡位置時則相反.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.

(3)振子由P→O和O→P'所用的時間相等，即tPO＝tOP'.(4)振子往返中通過同一段路程(如OP段)所用時間相等，即tOP＝tPO.5.能量特征振動的能量包括動能Ek和勢能Ep，簡諧運動過程中，系統(tǒng)動能與勢能相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)的機械能守恒.1.(2021年河北卷)如圖所示，一彈簧振子沿x軸做簡諧運動，振子零時刻向右經(jīng)過A點，2s后第一次到達B點，已知振子經(jīng)過A、B兩點時的速度大小相等，2s內(nèi)經(jīng)過的路程為0.4m.該彈簧振子的周期為______s，振幅為________m.

【答案】4

0.2

【解析】根據(jù)簡諧運動對稱性可知，振子零時刻向右經(jīng)過A點，2

s

第一次到達B點，已知振子經(jīng)過A、B兩點時的速度大小相等，則A、B兩點關(guān)于平衡位置對稱，而振動經(jīng)過了半個周期的運動，則周期為T＝2t＝4

s.從A到B經(jīng)過了半個周期的振動，路程為s＝0.4

m，而一個完整的周期路程為0.8

m，為4個振幅的路程，有4A＝0.8

m，解得振幅為A＝0.2

m.

考點2簡諧運動的圖像[基礎(chǔ)考點]1.對簡諧運動圖像的認識(1)簡諧運動的圖像是一條正弦或余弦曲線，如圖所示.(2)圖像反映的是位移隨時間變化的規(guī)律，隨時間的增加而延伸，圖像不代表質(zhì)點運動的軌跡.2.圖像信息(1)得出質(zhì)點做簡諧運動的振幅、周期和頻率.(2)確定某時刻質(zhì)點離開平衡位置的位移.(3)確定某時刻質(zhì)點回復(fù)力、加速度的方向：因回復(fù)力總是指向平衡位置，故回復(fù)力和加速度在圖像上總是指向t軸.(4)確定某時刻質(zhì)點速度的方向：斜率為正，速度方向向上；斜率為負，速度方向向下.(5)比較不同時刻回復(fù)力、加速度的大小.(6)比較不同時刻質(zhì)點的動能、勢能的大小.

【答案】小于最大

2.(多選)如圖甲所示，彈簧振子以點O為平衡位置，在A、B兩點之間做簡諧運動.取向右為正方向，振子的位移x隨時間t的變化如圖乙所示，下列說法錯誤的是(

)A.t＝0.8s時，振子的速度方向向左B.t＝0.2s時，振子在O點右側(cè)6cm處C.t＝0.4s和t＝1.2s時，振子的加速度完全相同D.t＝0.4s到t＝0.8s的時間內(nèi)，振子的速度逐漸減小【答案】BCD考點3受迫振動和共振[基礎(chǔ)考點]1.自由振動、受迫振動和共振的關(guān)系比較比較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固有周期T0或固有頻率f0T＝T驅(qū)或f＝f驅(qū)T驅(qū)＝T0或f驅(qū)＝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≤5°)機械工作時底座發(fā)生的振動共振篩、聲音的共鳴等2.對共振的理解

(1)共振曲線：如圖所示，橫坐標為驅(qū)動力頻率f，縱坐標為振幅A.它直觀地反映了驅(qū)動力頻率對某固有頻率為f0的振動系統(tǒng)受迫振動振幅的影響，由圖可知，f與f0越接近，振幅A越大；當f＝f0時，振幅A最大.(2)受迫振動中系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化：做受迫振動的系統(tǒng)的機械能不守恒，系統(tǒng)與外界時刻進行能量交換.1.(2021年浙江選考)(多選)為了提高松樹上松果的采摘率和工作效率，工程技術(shù)人員利用松果的慣性發(fā)明了用打擊桿、振動器使松果落下的兩種裝置，如圖甲、乙所示.則(

)A.針對不同樹木，落果效果最好的振動頻率可能不同B.隨著振動器頻率的增加，樹干振動的幅度一定增大C.打擊桿對不同粗細樹干打擊結(jié)束后，樹干的振動頻率相同D.穩(wěn)