《備考指南一輪 物理 》課件-第14章 第1講

機(jī)械振動(dòng)和光學(xué)第十四章主干內(nèi)容學(xué)科素養(yǎng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1.近幾年高考主要涉及的考點(diǎn)有：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、機(jī)械波、光的折射和全反射、光的干涉和衍射．以選擇題、計(jì)算題為主，難度中等．2．預(yù)計(jì)今后高考核心考點(diǎn)是：振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像、探究單擺的運(yùn)動(dòng)、用單擺測(cè)定重力加速度、光的折射定律和全反射．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖像單擺、周期公式受迫振動(dòng)和共振機(jī)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(diǎn)有：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、機(jī)械波、光的折射和全反射、光的干涉和衍射．以選擇題、計(jì)算題為主，難度中等．2．預(yù)計(jì)今后高考核心考點(diǎn)是：振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像、探究單擺的運(yùn)動(dòng)、用單擺測(cè)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(duì)論的基本假設(shè)質(zhì)能關(guān)系實(shí)驗(yàn)一：探究單擺的運(yùn)動(dòng)、用單擺測(cè)定重力加速度實(shí)驗(yàn)二：測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)三：用雙縫干涉測(cè)光的波長第1講機(jī)械振動(dòng)和振動(dòng)圖像【備考指南】1.知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的概念，理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，熟記單擺的周期公式.3.理解受迫振動(dòng)和共振的概念，掌握產(chǎn)生共振的條件．欄目導(dǎo)航01知識(shí)梳理回顧02要點(diǎn)各個(gè)擊破03配套訓(xùn)練知識(shí)梳理回顧1機(jī)械振動(dòng)：物體在______________附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)叫機(jī)械振動(dòng)，簡(jiǎn)稱振動(dòng)．一機(jī)械振動(dòng)某一中心位置

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

回復(fù)力

3．描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(gè)力，也可以是幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力．6．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像(1)物理意義：表示振子的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律，為______________曲線．(2)從__________開始計(jì)時(shí)，函數(shù)表達(dá)式為x＝Asinωt，圖像如圖甲．(3)從__________處開始計(jì)時(shí)，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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的兩種基本模型彈力重力

【答案】B1．受迫振動(dòng)(1)概念：系統(tǒng)在________的外力(驅(qū)動(dòng)力)作用下的振動(dòng)．(2)振動(dòng)特征：受迫振動(dòng)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(dòng)與共振周期性

驅(qū)動(dòng)力

2．共振(1)概念：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的_________時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大的現(xiàn)象．(2)條件：驅(qū)動(dòng)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(duì)點(diǎn)小練】2．如圖所示，A、B、C、D、E五個(gè)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(dòng)后帶動(dòng)其他擺運(yùn)動(dòng)．穩(wěn)定后，下列結(jié)論正確的是(

)A．其他各擺的振動(dòng)周期與A擺的振動(dòng)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(dòng)周期不同，E擺周期最大【答案】A【解析】A擺擺動(dòng)，其余各擺也擺動(dòng)起來，它們均做受迫振動(dòng)，則它們的振動(dòng)周期均等于A擺的擺動(dòng)周期，而由于A、E擺長相同，這兩個(gè)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(cuò)誤．要點(diǎn)各個(gè)擊破2要點(diǎn)1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的基本特征1．動(dòng)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(yùn)動(dòng)學(xué)特征：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)．遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)x、F、a、Ep均增大，v、Ek均減?。豢拷胶馕恢脮r(shí)則相反．3．運(yùn)動(dòng)的周期性特征：相隔T或nT的兩個(gè)時(shí)刻，振子處于同一位置且振動(dòng)狀態(tài)相同．例1

(2020屆紹興名校月考)宇航員在太空中做實(shí)驗(yàn)，如圖，左邊為彈簧振動(dòng)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(yùn)動(dòng)，振動(dòng)頻率為f＝10Hz，振幅為5cm.當(dāng)振子從O點(diǎn)出發(fā)后，第五次經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)3cm處時(shí)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(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)的速度越大，再次回到O點(diǎn)的時(shí)間越長D．振子從O點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)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(diǎn)3cm處時(shí)是遠(yuǎn)離平衡位置，正在減速，故A錯(cuò)誤．當(dāng)振子從O點(diǎn)出發(fā)后，第五次經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過兩個(gè)半全振動(dòng)，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(diǎn)開始到再次回到O點(diǎn)的時(shí)間為半個(gè)周期，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期與振幅無關(guān)，故C錯(cuò)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(dòng)幅度無關(guān)，故D錯(cuò)誤．【答案】BCD1．做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體經(jīng)過平衡位置時(shí)，回復(fù)力一定為零，但所受合外力不一定為零．2．由于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)具有周期性和對(duì)稱性，因此涉及簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)多解的情況，分析時(shí)應(yīng)特別注意．位移相同時(shí)回復(fù)力、加速度、動(dòng)能和勢(shì)能等可以確定，但速度可能有兩個(gè)方向，由于周期性，運(yùn)動(dòng)時(shí)間也不能確定．要點(diǎn)2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖像1．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像認(rèn)識(shí)(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(shí)間變化的規(guī)律，而不是振子的實(shí)際軌跡．2．圖像信息(1)振幅A、周期T以及各時(shí)刻振子的振動(dòng)位移．(2)各時(shí)刻回復(fù)力、加速度的方向：指向時(shí)間軸．(3)各時(shí)刻速度方向：下一刻位移增加，其方向遠(yuǎn)離時(shí)間軸；下一刻位移減小，其方向指向時(shí)間軸．(4)某段時(shí)間內(nèi)位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、勢(shì)能的變化情況．例2

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

)A．振動(dòng)強(qiáng)度完全相同B．振動(dòng)快慢完全相同C．振子甲速度為零時(shí)，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(dòng)強(qiáng)度不相同，故A錯(cuò)誤．由振動(dòng)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(dòng)快慢不同，乙比甲快，故B錯(cuò)誤．由圖看出，甲在最大位移處時(shí)，乙在平衡位置，即振子甲速度為零時(shí)，振子乙速度最大，故C正確．由振動(dòng)圖像讀出兩振子位移最大值之比x甲∶x乙＝2∶1，根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(cuò)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(jiǎn)諧振動(dòng)，其振動(dòng)圖像如圖所示，則(

)A．該簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期為2.0sB．t＝1.0s時(shí)刻系統(tǒng)能量達(dá)到最小值C．t＝1.0s和t＝2.0s兩個(gè)時(shí)刻物塊動(dòng)能相等D．t＝0.5s和t＝1.5s兩個(gè)時(shí)刻彈簧的彈性勢(shì)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(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過程中系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，各時(shí)刻的機(jī)械能都是相等的，故B錯(cuò)誤．由圖可知t＝1.0s和t＝2.0s兩個(gè)時(shí)刻物塊都在平衡位置，則兩個(gè)時(shí)刻的動(dòng)能相等且為最大值，故C正確．由圖看出，t＝0.5s質(zhì)點(diǎn)位于正的最大位移處，t＝1.5s時(shí)質(zhì)點(diǎn)位于負(fù)的最大位移處，兩時(shí)間質(zhì)點(diǎn)的位移大小相等、方向相反；由于物塊在平衡位置時(shí)，彈簧處于拉長狀態(tài)，所以t＝0.5s和t＝1.5s兩個(gè)時(shí)刻彈簧的彈性勢(shì)能不相等，故D錯(cuò)誤．由簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像中獲得的信息1．振幅A、周期T.2．某一時(shí)刻振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移．3．某一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)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?yàn)榛貜?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(shí)刻位移的變化來判定：下一時(shí)刻位移若增大，振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度方向就是遠(yuǎn)離t軸；下一時(shí)刻位移若減小，振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度方向就是指向t軸．4．某段時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、勢(shì)能的變化情況．要點(diǎn)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(dòng)時(shí)擺角要小于15°B．振動(dòng)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(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)擺球合力為零【答案】B【解析】物體能被看作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件是擺動(dòng)時(shí)擺角要小于5°，故A錯(cuò)誤．振動(dòng)的頻率與振幅無關(guān)，只于擺長有關(guān)，故B正確．單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力由重力沿?cái)[球運(yùn)動(dòng)軌跡切向的分力提供，故C錯(cuò)誤．?dāng)[球在擺動(dòng)到最低點(diǎn)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(cuò)誤．要點(diǎn)4受迫振動(dòng)與共振1．自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振的關(guān)系比較振動(dòng)類型自由振動(dòng)受迫振動(dòng)共振受力情況僅受回復(fù)力受驅(qū)動(dòng)力作用受驅(qū)動(dòng)力作用振動(dòng)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(dòng)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(dòng)能量振動(dòng)物體的機(jī)械能不變由產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的物體提供振動(dòng)物體獲得的能量最大常見例子彈簧振子或單擺(θ<10°)機(jī)械工作時(shí)底座發(fā)生的振動(dòng)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(gè)單擺，其中甲、丙兩單擺的擺長相等．現(xiàn)給甲擺一個(gè)初始能量，使其開始擺動(dòng)．?dāng)[動(dòng)穩(wěn)定后，關(guān)于乙、丙、丁三個(gè)單擺，下列說法正確的是(

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