2024版高考物理一轮总复习专题十二机械振动光学第1讲机械振动振动图像课件

第1讲机械振动、振动图像核心素养重要考点物理观念(1)理解机械振动、简谐运动和单摆运动；(2)理解机械波、波的干涉、衍射和多普勒效应；(3)理解折射定律及全反射、光的干涉、衍射和偏振等光现象1.机械振动和机械波2.光的折射和全反射3.光的干涉、衍射和电磁波4.用单摆测定重力加速度5.测定玻璃的折射率6.用双缝干涉测定光的波长科学思维(1)科学推理：振动和波动的相互判断；(2)模型建构：振动模型和波动模型；(3)折射定律、常见光学介质模型科学探究(1)探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度；(2)测定玻璃的折射率；(3)探究用双缝干涉测光的波长科学态度与责任(1)用恰当的物理量描述简谐运动，并能解释生产生活中的有关现象；(2)了解几何光学和波动光学知识在生产生活中的应用一、简谐运动1.概念.质点的位移与时间的关系遵从__________的规律，即它的振动图像(x－t图像)是一条____________的振动.

正弦函数

正弦曲线

2.简谐运动的表达式.(1)动力学表达式：F＝________，其中“－”表示回复力与________的方向相反.

(2)运动学表达式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝________表示简谐运动的快慢，(ωt＋φ)代表简谐运动的________，φ叫作初相.

－kx位移

2πf相位

3.回复力.(1)定义：使物体返回到____________的力.

(2)方向：时刻指向____________.

(3)来源：振动物体所受的沿__________的合力.

平衡位置

平衡位置

振动方向

4.描述简谐运动的物理量.物理量定义意义振幅振动质点离开平衡位置的_________描述振动的________和能量

周期振动物体完成一次______所需时间描述振动的快慢频率振动物体________内完成全振动的次数

圆频率(角频率)表示简谐运动的快慢相位ωt＋φ描述周期性运动在各个时刻所处的________最大距离

强弱

全振动

单位时间

快慢

不同状态

二、单摆1.定义.(1)在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，如果细线的________和________都不计，球的直径比________短得多，这样的装置叫作单摆.

(2)视为简谐运动的条件：________.

伸缩

质量

线的长度

θ＜5°

三、受迫振动及共振1.受迫振动.系统在________作用下的振动.做受迫振动的物体，它的周期(或频率)等于________周期(或频率)，而与物体的固有周期(或频率)________关.

驱动力

驱动力

无

2.共振.做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者________时，振幅达到最大，这就是共振现象.共振曲线如图所示.

相等

(1)简谐运动是变加速运动.(2)简谐运动的图像描述的是振动质点位移随时间的变化规律而不是质点的运动轨迹.(3)弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零、动能最大.(4)物体做受迫振动的频率一定等于驱动力的频率，但不一定等于系统的固有频率，固有频率由系统本身决定.1.[简谐振动的特点](多选)下列关于简谐运动的说法正确的是(

)A.速度和加速度第一次同时恢复为原来大小和方向所经历的过程为一次全振动B.位移的方向总跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同C.一个全振动指的是动能或势能第一次恢复为原来大小所经历的过程D.位移减小时，加速度减小，速度增大【答案】AD

3.[单摆](多选)下列说法正确的是(

)A.在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比B.弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变C.在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单摆做简谐振动的周期越小D.系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率【答案】ABD4.[共振](多选)某振动系统的固有频率为f0，在周期性驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为f.若驱动力的振幅保持不变，则下列说法正确的是(

)A.当f＜f0时，该振动系统的振幅随f增大而减小B.当f＞f0时，该振动系统的振幅随f减小而增大C.该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0D.该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f【答案】BD

【解析】受迫振动的振幅A随驱动力的频率变化的规律如图所示，显然A错误，B正确；稳定时系统的频率等于驱动力的频率，即C错误，D正确.考点1简谐运动的特征[基础考点]1.动力学特征F＝－kx，“－”表示回复力的方向与位移方向相反，k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数.2.运动学特征简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比而方向相反，为变加速运动，远离平衡位置时x、F、a、Ep均增大，v、Ek均减小，靠近平衡位置时则相反.3.运动的周期性特征相隔T或nT的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同.

(3)振子由P→O和O→P'所用的时间相等，即tPO＝tOP'.(4)振子往返中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等，即tOP＝tPO.5.能量特征振动的能量包括动能Ek和势能Ep，简谐运动过程中，系统动能与势能相互转化，系统的机械能守恒.1.(2021年河北卷)如图所示，一弹簧振子沿x轴做简谐运动，振子零时刻向右经过A点，2s后第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，2s内经过的路程为0.4m.该弹簧振子的周期为______s，振幅为________m.

【答案】4

0.2

【解析】根据简谐运动对称性可知，振子零时刻向右经过A点，2

s

第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，则A、B两点关于平衡位置对称，而振动经过了半个周期的运动，则周期为T＝2t＝4

s.从A到B经过了半个周期的振动，路程为s＝0.4

m，而一个完整的周期路程为0.8

m，为4个振幅的路程，有4A＝0.8

m，解得振幅为A＝0.2

m.

考点2简谐运动的图像[基础考点]1.对简谐运动图像的认识(1)简谐运动的图像是一条正弦或余弦曲线，如图所示.(2)图像反映的是位移随时间变化的规律，随时间的增加而延伸，图像不代表质点运动的轨迹.2.图像信息(1)得出质点做简谐运动的振幅、周期和频率.(2)确定某时刻质点离开平衡位置的位移.(3)确定某时刻质点回复力、加速度的方向：因回复力总是指向平衡位置，故回复力和加速度在图像上总是指向t轴.(4)确定某时刻质点速度的方向：斜率为正，速度方向向上；斜率为负，速度方向向下.(5)比较不同时刻回复力、加速度的大小.(6)比较不同时刻质点的动能、势能的大小.

【答案】小于最大

2.(多选)如图甲所示，弹簧振子以点O为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动.取向右为正方向，振子的位移x随时间t的变化如图乙所示，下列说法错误的是(

)A.t＝0.8s时，振子的速度方向向左B.t＝0.2s时，振子在O点右侧6cm处C.t＝0.4s和t＝1.2s时，振子的加速度完全相同D.t＝0.4s到t＝0.8s的时间内，振子的速度逐渐减小【答案】BCD考点3受迫振动和共振[基础考点]1.自由振动、受迫振动和共振的关系比较比较自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力受驱动力作用受驱动力作用振动周期或频率固有周期T0或固有频率f0T＝T驱或f＝f驱T驱＝T0或f驱＝f0振动能量振动物体的机械能不变由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆(θ≤5°)机械工作时底座发生的振动共振筛、声音的共鸣等2.对共振的理解

(1)共振曲线：如图所示，横坐标为驱动力频率f，纵坐标为振幅A.它直观地反映了驱动力频率对某固有频率为f0的振动系统受迫振动振幅的影响，由图可知，f与f0越接近，振幅A越大；当f＝f0时，振幅A最大.(2)受迫振动中系统能量的转化：做受迫振动的系统的机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换.1.(2021年浙江选考)(多选)为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，如图甲、乙所示.则(

)A.针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同B.随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大C.打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率相同D.稳