《高考备考指南 物理 》课件-第1讲　机械振动和振动图像

机械振动和光学第十二章

第1讲机械振动和振动图像(本讲对应系统用书P253)核心素养新课程标准命题分析物理观念(1)理解机械振动、简谐运动、单摆；(2)理解机械波、波的干涉和衍射、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1.考查方式：简谐运动、机械波、光的折射和全反射、光的干涉和衍射，以选择题、计算题为主，难度中等.2.广东命题趋势：重点考查机械振动和机械波、光两个热点，基本每年都考，其他如电磁波、三个实验也偶有考查科学思维(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”实验；(2)“测定玻璃的折射率”实验；(3)“探究用双缝干涉测光的波长”实验科学态度与责任(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栏目导航01知识

梳理查漏02题点

各个击破03配套训练知识梳理查漏1知识一

机械振动1.定义：物体(质点)在某一___________两侧所做的往复运动叫作机械振动.物体受到回复力作用.

2.产生振动的必要条件：物体离开平衡位置后要受到回复力作用；阻力足够小.平衡位置知识二

简谐运动1.定义：质点的位移与时间的关系遵从__________的规律的振动，即其振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线.

2.平衡位置：物体在振动过程中_______为零的位置.合外力不一定为零.

正弦函数回复力3.描述简谐运动的物理量物理量定义意义位移由__________指向质点所在位置的有向线段.不是初位置指向某位置

描述质点某时刻相对于平衡位置的位移振幅振动物体离开平衡位置的_________描述振动的强弱周期振动物体完成一次全振动所需的时间频率振动物体单位时间内完成全振动的次数最大距离平衡位置

-kx

位移5.回复力(1)定义：使物体返回平衡位置的力.(2)方向：总是指向平衡位置.(3)注意：属于效果力，可以是某一个力，也可以是几个力的合力或某个力的分力.6.简谐运动的图像(1)物理意义：表示振子的位移随时间变化的规律，为____________曲线.

(2)从________开始计时，函数表达式为x=Asinωt，图像如图甲所示.

(3)从_________处开始计时，函数表达式为x=Acosωt，图像如图乙所示.最大位移正弦(或余弦)

平衡位置7.简谐运动的两种基本模型项目弹簧振子(水平)单摆模型示意图条件忽略弹簧质量，无摩擦阻力，在弹簧的弹性限度内等细线不可伸长，质量忽略不计，无空气阻力，摆角很小等平衡位置弹簧处于原长处最低点回复力弹簧的弹力摆球重力沿与摆线垂直(即切向)方向的分力项目弹簧振子(水平)单摆周期公式不作要求能量转化弹性势能与动能的相互转化，机械能守恒重力势能与动能的相互转化，机械能守恒【自测1】(2023年绍兴模拟)如图所示，树梢的摆动可视为周期12s振幅1.2m的简谐运动.某时刻开始计时，36s后树梢向右偏离平衡位置0.6m.下列说法正确的是()A.开始计时的时刻树梢恰位于平衡位置B.树梢做简谐运动的“圆频率”约为0.08HzC.树梢在开始计时后的36s内通过的路程为4.8mD.再经过4s，树梢可能处于向左偏离平衡位置1.2m处D

知识三

受迫振动与共振1.受迫振动系统在____________作用下的振动.做受迫振动的物体，受迫振动的周期(或频率)等于__________的周期(或频率)，而与物体的固有周期(或频率)__________.

无关驱动力驱动力2.共振做受迫振动的物体，其驱动力的频率与固有频率越接近，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【自测2】如图所示，A、B、C、D、E五个摆悬挂于同一根绷紧的水平绳上，A是摆球质量较大的摆，让它摆动后带动其他摆运动.稳定后，下列结论正确的是()A.其他各摆的振动周期与A摆的振动周期相同B.其他各摆的振幅都相等C.其他各摆的振幅不同，D摆的振幅最大D.其他各摆的振动周期不同，E摆周期最大A题点各个击破2命题点一简谐运动的基本特征［自修掌握类］1.受力特征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加速度的大小与物体偏离平衡位置的位移的大小成正比，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)振子由P到O所用时间等于由O到P'所用时间，即tPO=tOP'.(4)振子往复过程中通过同一段路程(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.(2022年浙江卷)如图所示，一根固定在墙上的水平光滑杆两端分别固定着相同的轻弹簧，两弹簧自由端相距x.套在杆上的小球从中点以初速度v向右运动，小球将做周期为T的往复运动，则()

B

2.(多选)(2020年浙江卷)如图所示，x轴上-2m、12m处有两个振动周期均为4s振幅均为1cm的相同的波源S1、S2，t=0时刻同时开始竖直向下振动，产生波长均为4m沿x轴传播的简谐横波.P、M、Q分别是x轴上2m、5m和8.5m的三个点.下列说法正确的是()A.6.0s时P、M、Q三点均已振动B.8.0s后M点的位移始终是2cmC.10.0s后P点的位移始终是0D.10.5s时Q点的振动方向竖直向下CD

命题点二简谐运动的公式和图像［师生共研类］1.简谐运动图像认识(1)简谐运动的图像是一条正弦或者余弦曲线，如图所示.(2)图像反映的是振子的位移随时间变化的规律，而不是振子的实际轨迹.2.图像信息(1)振幅A、周期T以及各时刻振子的振动位移.(2)各时刻回复力、加速度的方向：指向时间轴.(3)各时刻速度方向：下一刻位移增加，其方向远离时间轴；下一刻位移减小，其方向指向时间轴.(4)通过上面获得的信息还可间接计算出某段时间内的位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况.

小于最大

1.一质点做简谐运动的图像如图所示.下列说法正确的是()A.质点的振动频率是4HzB.0~10s内质点经过的路程是20cmC.在t=4s时质点的速度为0D.在t=1s和t=3s两时刻，质点的位移相同B

命题点三单摆周期的求解及其应用［师生共研类］1.单摆的特点(1)运动特点：圆弧运动，小角度摆动(一般摆角小于5°).

C

A

2.用一个摆长为80.0cm的单摆做实验，要求摆动的最大角度小于5°.则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过______cm(保留1位小数.提示：单摆被拉开小角度的情况下，所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程).某同学想设计一个新单摆，要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等.新单摆的摆长应该取______cm.

6.9

96.8

命题点四受迫振动与共振［自修掌握类］1.自由振动、受迫振动和共振的关系比较振动类型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由系统本身性质决定，即固有周期T0或固有频率f0由驱动力的周期或频率决定，即T=T驱或f=f驱T驱=T0或f=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物体振动的能量最大常见例子弹簧振子或单摆(θ<5°)机械设备工作时底座的振动共振筛、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.共振曲线直观地反映了驱动力频率对某振动系统受迫振动振幅的影响.由图可知，f与固有频率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：受迫振动系统机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换.例3

A、B两个弹簧振子，A的固有频率为2f，B的固有频率为6f.若它们都在频率为5f的驱动力作用下做受迫振动，则()A.振子A的振幅较大，振动频率为2fB.振子B的振幅较大，振动频率为6fC.振子A的振幅较大，振动频率为5fD.振子B的振幅较大，振动频率为5f【解析】物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关.但当驱动力的频率越接近物体固有频率，物体的振幅越大.故D正确.D1.(多选)(2021年浙江卷)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.稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同AD【解析】根据共振的条件，当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振，此时落果效果最好.而不同的树木的固有频率不同，针对不同树木落果效果，最好的振动频率可能不同，A正确.当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振，此时树干的振幅最大，此后随着振动器频率的继续增加，树干振动的幅度不增大，B错误.打击结束后，树干做阻尼振动，阻尼振动的频率为树干的固有频率