高中物理选修3-4-1-1市公开课一等奖省赛课获奖

第1页第一章机械振动机械波

第2页简谐运动Ⅰ简谐运动公式和图象Ⅱ单摆，周期公式Ⅰ受迫振动和共振Ⅰ机械波Ⅰ横波和纵波Ⅰ第3页横波图象Ⅱ波速、波长和频率(周期)关系Ⅱ波干涉和衍射现象Ⅰ多普勒效应Ⅰ试验：研究单摆运动、用单摆测重力加速度第4页第一讲机械振动第5页第6页一、简谐运动概念和运动规律1．简谐运动概念(1)概念：物体在跟位移大小成正比、而且总是指向

回复力作用下所做运动称为简谐运动．平衡位置第7页2．简谐运动描述(1)描述简谐运动物理量①位移x：由

指向

有向线段表示振动位移，是矢量．②振幅A：振动物体离开平衡位置

，是标量，表示振动强弱．③周期T和频率f：做简谐运动物体完成

所需要时间叫周期，而频率则等于单位时间内完成

；它们是表示振动快慢物理量．二者互为倒数关系．平衡位置振动质点所在位置最大距离一次全振动全振动次数第8页(2)简谐运动运动规律：x＝Asin(ωt＋φ)．(3)改变规律第9页(4)简谐运动图象①物理意义：表示振子位移随时间改变规律，为正弦(或余弦)曲线．②从平衡位置开始计时，函数表示式为x＝Asinωt，图象以下列图．第10页从最大位移处开始计时，函数表示式为x＝Acosωt，图象以下列图．3．简谐运动能量简谐运动过程中动能和势能相互转化，机械能守恒，振动能量与

相关，

越大，能量越大．振幅振幅第11页二、简谐运动两种基本模型

弹簧振子(水平)单摆模型示意图条件忽略弹簧质量、无摩擦等阻力细线不可伸长、质量忽略、无空气等阻力、摆角小于10°平衡位置弹簧处于原优点最低点第12页弹力

重力

第13页三、受迫振动和共振1．受迫振动：物体在

作用下振动．做受迫振动物体，它周期(或频率)等于

周期(或频率)，而与物体固有周期(或频率)

关．周期性驱动力驱动力无2.共振：做受迫振动物体，它固有频率与驱动力频率越靠近，其振幅就越大，当二者

时，振幅到达最大，这就是共振现象．共振曲线如图．相等第14页第15页一、简谐运动对称性1．瞬时量对称性：做简谐运动物体，在关于平衡位置对称两点，回复力、位移、加速度含有等大反向关系．另外速度大小、动能含有对称性，速度方向可能相同或相反．2．过程量对称性：振动质点往返经过相同两点间时间相等，如tBC＝tCB；质点经过关于平衡位置对称等长两线段时时间相等，如tBC＝tB′C′，以下列图所表示．第16页二、运动图象应用

1．确定振动振幅．如右图所表示振幅是10cm.2．确定振动物体在任意时刻位移． 如图中，对应t1、t2时刻位移分别为x1＝＋7cm，x2＝－5cm.第17页4．确定各质点振动方向．如上图中t1时刻，质点正远离平衡位置向位移正方向运动；在t3时刻，质点正向着平衡位置运动．5．比较各时刻质点加速度大小和方向．如上图中t1时刻质点位移x1为正，则加速度a1为负；t2时刻质点位移x2为负，则加速度a2为正，又因为|x1|>|x2|，所以|a1|>|a2|.第18页三、自由振动、受迫振动和共振关系比较

振动类型项目自由振动受迫振动共振受力情况系统内部相互作用力周期性驱动力作用周期性驱动力作用振动周期或频率由系统本身性质决定，即固有周期或固有频率由驱动力周期或频率决定，即T＝T驱或f＝f驱T驱＝T固或f驱＝f固振动能量忽略一切阻力时，振动物体机械能不变由产生驱动力物体提供振动物体取得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振动共振筛、转速计等第19页四、试验：用单摆测定重力加速度1．试验目标(1)学会用单摆测定当地重力加速度．(2)加深对单摆振动周期公式了解．(3)学会使用秒表．第20页第21页3．试验器材长约1m细丝线一根，经过球心开有小孔金属球一个，带有铁夹铁架台，毫米刻度尺、秒表、游标卡尺．4．试验步骤(1)仪器安装①让线一端穿过小球小孔，然后打 一个结，做成单摆．如右图所表示．②把线上端用铁夹固定在铁架台上， 把铁架台放在试验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自由下垂，在单摆平衡位置处做上标识，如图所表示．第22页④测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于10°)，然后释放小球，记下单摆摆动30～50次总时间，算出平均每摆动一次时间，即为单摆振动周期．重复测量三次，再算出测得周期数值平均值．⑤改变摆长，重做几次试验．第23页方法二：图象法第24页第25页第26页附：秒表使用介绍：(1)使用方法：首先要上好发条，它上端按钮是用来开启和止动秒表，第一次按压，秒表开始计时；第二次按压，指针停顿计时，指示出两次按压之间时间；第三次按压，两指针返回零刻度处．(2)读数：所测时间超出半分钟时，半分钟整数倍部分由分针读出，不足半分钟部分由秒针读出，总时间为两针示数之和．,5.某同学在探究影响单摆周期原因时有以下操作，请判断是否恰当(填“是”或“否”)．第27页1.某振动系统固有频率为f0，在周期性驱动力作用下做受迫振动，驱动力频率为f.若驱动力振幅保持不变，以下说法正确是()A．当f<f0时，该振动系统振幅随f增大而减小B．当f>f0时，该振动系统振幅随f减小而增大C．该振动系统振动稳定后，振动频率等于f0D．该振动系统振动稳定后，振动频率等于f

第28页解析：

由共振条件及共振曲线可知：驱动力频率f驱越靠近振动系统固有频率f0，则振幅越大，故知：当f<f0时，振幅随f↑而↑，A错；当f>f0时，振幅随f↑而↓，随f↓而↑，B正确；系统振动稳定时，振动频率等于驱动力频率f，与固有频率f0无关，D对，C错．故选B、D.答案：

BD第29页第30页第31页答案：ACD第32页3．一个质点经过平衡位置O，在A、B间做简谐运动，以下列图(a)所表示，它振动图象如图(b)所表示，设向右为正方向，则第33页(1)OB＝______cm.(2)第0.2s末质点速度方向是______，加速度大小为________．(3)第0.4s末质点加速度方向是______；(4)第0.7s时，质点位置在____点与____点之间．(5)质点从O运动到B再运动到A所需时间t＝____s.(6)在4s内完成______次全振动．答案：

(1)5(2)O→A0(3)A→O(4)O

B(5)0.6(6)5第34页4．(1)将一个电动传感器接到计算机上，就能够测量快速改变力，用这种方法测得某单摆摆动时悬线上拉力大小随时间改变曲线以下列图所示．某同学由此图象提供信息作出以下判断中，正确是________．A．t＝0.2s时摆球正经过最低点B．t＝1.1s时摆球正经过最低点C．摆球摆动过程中机械能减小D．摆球摆动周期是T＝1.4s第35页(2)如右图所表示为同一地点两单摆甲、乙振动图象，以下说法中正确是________A．甲、乙两单摆摆长相等B．甲摆振幅比乙摆大C．甲摆机械能比乙摆大D．在t＝0.5s时有正向最大加速度是乙摆第36页解析：

(1)悬线拉力在经过最低点时最大，t＝0.2s时，F有正向最大值，故A选项正确，t＝1.1s时，F有最小值，不在最低点，周期应为T＝1.2s，因振幅减小，故机械能减小，C选项正确．(2)振幅可从题图上看出甲摆大，故B对．且两摆周期相等，则摆长相等，因质量关系不明确，无法比较机械能．t＝0.5s时乙摆球在负最大位移处，故有正向最大加速度，所以正确答案为A、B、D.答案：

(1)AC(2)ABD第37页5.某同学在探究影响单摆周期原因时有以下操作，请判断是否恰当（填“是”或“否”）(1)把单摆从平衡位置拉开约5°释放；________(2)在摆球经过最低点时开启秒表计时；________(3)用秒表统计摆球一次全振动时间作为周期．________该同学改进测量方法后，得到部分测量数据见表．用螺旋测微器测量其中一个摆球直径示数见图，该球直径为______mm.依据下表中数据能够初步判断单摆周期随______增大而增大.第38页数据组编号摆长/mm摆球质量/g周期/s1999.332.22.02999.316.52.03799.232.21.84799.216.51.85501.132.21.46501.116.51.4第39页解析：

(1)单摆摆角小于5°时，单摆做简谐振动．(2)当球摆到最低点时，速度最大，此位置开始计时误差小．(3)为了减小误差，应该统计30～50次全振动时间，然后再计算出单摆周期．分析表格中数据可知，当两摆摆长相同，质量不一样时，周期相同，而质量相同，摆长长周期大．答案：

(1)是(2)是(3)否20.685(20.683～20.687)摆长第40页第41页(1)求振子振幅和周期；(2)在上图中作出该振子位移—时间图象；(3)写出振子振动方程．第42页第43页(3)设振动方程为y＝Asin(ωt＋φ)当t＝0时，y＝0，则sinφ＝0得φ＝0，或φ＝π，当再过较短时间，y为负值，所以φ＝π所以振动方程为y＝10sin(10πt＋π)cm.答案：

(1)10cm0.2s(2)如解析图(3)y＝10sin(10πt＋π)cm第44页1－1：(·泉州模拟)弹簧振子以O点为平衡位置，在B、C两点间做简谐运动，在t＝0时刻，振子从O、B间P点以速度v向B点运动；在t＝0.20s时，振子速度第一次变为－v；在t＝0.50s时，振子速度第二次变为－v.(1)求弹簧振子振动周期T.(2)若B、C之间距离为25cm，求振子在4.00s内经过旅程．(3)若B、C之间距离为25cm.从平衡位置计时，写出弹簧振子位移表示式，并画出弹簧振子振动图象．第45页答案：(1)1s(2)200cm(3)12.5sin2πtcm图象以下列图第46页 一质点做简谐运动，其位移和时间关系如右图所表示．(1)求t＝0.25×10－2s时位移；(2)在t＝1.5×10－2s到2×10－2s振动过程中，质点位移、回复力、速度、动能、势能怎样改变？(3)在t＝0至8.5×10－2s时间内，质点旅程、位移各多大？第47页第48页(2)由题图可知在1.5×10－2s～2×10－2s内，质点位移变大，回复力变大，速度变小，动能变小，势能变大．(3)从t＝0至8.5×10－2s时间内质点旅程为s＝17A＝34cm，位移为2cm.答案：

(1)－cm(2)位移、回复力、势能均变大，速度、动能均变小(3)34cm2cm第49页2－1：一质点简谐运动振动图象以下列图所表示．(1)该质点振动振幅是________cm.周期是________s．初相是________．(2)写出该质点简谐运动表示式，并求出当t＝1s时质点位移．第50页第51页 某同学在“用单摆测定重力加速度”试验中，先测得摆线长为97.50cm，摆球直径为2.00cm，然后用秒表统计了单摆振动50次所用时间以下列图所表示，则：

第52页(1)该摆摆长为________cm，秒表示数为________．(2)假如他测得g值偏小，可能原因是()A．测摆线长时摆线拉得过紧B．摆线上端未牢靠地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了C．开始计时时，秒表过迟按下D．试验中误将49次全振动数为50次第53页答案：

(1)98.5099.8s(2)B

第54页3－1：在“用单摆测重力加速度”试验中，(1)某同学操作步骤为：a．取一根细线，下端系住直径为d金属小球，上端固定在铁架台上b．用米尺量得细线长度lc．在摆线偏离竖直方向10°位置释放小球d．用秒表统计小球完成n次全振动总时间t，得到周期T＝t/n第55页第56页答案：

(1)偏小(2)T′(或t、n)、θ

T′

第57页第58页1.如图所表示是一个单摆做受迫振动时共振曲线，表示振幅A与驱动力频率f关系，以下说法正确是()A．摆长约为10cmB．摆长约为1mC．若增大摆长，共振曲线“峰”将向右移动D．若增大摆长，共振曲线“峰”将向左移动第59页解析：

由单摆做受迫振动时共振曲线可知，当单摆发生共振时，固有频率等于驱动力频率，即固有频率为0.5Hz，因而固有周期为2s，由单摆周期公式可知，此单摆摆长约为1m，B正确；若增大摆长，周期变长，频率变小，共振曲线“峰”将向左移动，D正确．答案：

BD第60页2.(·安徽理综)伽利略曾设计如图所表示一个试验，将摆球拉至M点放开，摆球会到达同一水平高度上N点．假如在E或F处钉上钉子，摆球将沿不一样圆弧到达同一高度对应点；反过来，假如让摆球从这些点下落，它一样会到达原水平高度上M点．这个试验能够说明，物体由静止开始沿不一样倾角光滑斜面(或弧线)下滑时，其末速度大小()A．只与斜面倾角相关 B．只与斜面长度相关C．只与下滑高度相关 D．只与物体质量相关第61页解析：

物体从同一高度沿不一样弧线下滑，至最低点后，都能沿同一条弧线运动至同一水平高度处，说明物体沿不一样弧线运动到最低点速度相同，故C项对．答案：

C第62页3．在做“用单摆测定重力加速度”试验中，有些人提出以下几点提议：A．适当加长摆线B．质量相同、体积不一样摆球，应选取体积较大C．单摆偏离平衡位置角度不能太大D．当单摆经过平衡位置时开始计时，经过一次全振动后停顿计时，用此时间间隔作为单摆振动周期其中对提升测量结果准确度有利是________．第63页解析：单摆试验准确度取决于试验装置理想化程度及相关物理量测量准确度．适当加大摆线长度，有利于把摆球看成质点，在摆角小于10°条件下，摆球空间位置改变较大，便于观察，A对．摆球体积越大，所受空气阻力越大，对质量相同摆球其影响越大，B错．摆角应小于10°，C对．本试验采取累积法测量周期，若仅测量一次全振动，因为球过平衡位置时速度较大，难以准确统计，且一次全振动时间太短，偶然误差较大，D错．答案：

AC第64页4．一砝码和一轻弹簧组成弹簧振子，如图甲所表示，该装置可用于研究弹簧振子受迫振动．匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子驱动力，使振子做受迫振动．把手匀速转动周期就是驱动力周期，改变把手匀速转动速度就能够改变驱动力周期．若保持把手不动，给砝码一向下初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图乙所表示．当把手以某一速度匀速转动，受迫振动到达稳定时，砝码振动图象如图丙所表示．若用T0表示弹簧振子固有周期，T表示驱动力周期，Y表示受迫振动到达稳定后砝码振动振幅，则第65页第66页(1)稳定后，物体振动频率f＝________Hz(2)欲使物体振动能量最大，需满足什么条件？_________________________________________________________(3)利用上述所包括知识，请分析某同学所提问题物理道理．“某同学考虑，我国火车第六次大提速时，需尽可能增加铁轨单节长度，或者是铁轨无结头”．_____________________________________________________第67页答案：(1)0.25(2)T＝T0＝4s(3)远离火车固有周期，方便于提升火车车速．第68页5.在“用单摆测定重力加速度”试验中，测得单摆摆角小于5°，完成n全振动时间为t，用毫米刻度尺测得摆线长为L，用螺旋测微器测得摆球直径为d.(1)用上述物理量符号写出重力加速度普通表示式g＝________.(2)从上图可知，摆球直径d读数为________mm.第69页(3)试验中有个同学发觉他测得重力加速度值偏大，其原因可能是()A．悬点未固定紧，振动中出现松动，使摆线增加了B．单摆所用摆球质量太大C．把n次全振动时间误当成(n＋1)次全振动时间D．以摆线长作为摆长来计算第70页第71页6．简谐运动振动图线可用下述方法画出：如图甲所表示，在弹簧振子小球上安装一枝绘图笔P，让一条纸带在与小球振动方向垂直方向上匀速运动，笔P在纸带上画出就是小球振动图象．取振子水平向右方向为振子离开平衡位置位移正方向，纸带运动距离代表时间，得到振动图线如图乙所表示．第72页(1)为何必须匀速拖动