《江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第十三章机械振动与机械波光电磁波与相对论第1讲机械振动讲义含解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第十三章机械振动与机械波光电磁波与相对论第1讲机械振动讲义含解析（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械振动考试内容范围及要求高考统计高考命题解读内容要求说明20152016201720181.考查方式从近几年高考题来看，对于选修34内容的考查，形式比较固定，一般第(1)问为选择题，第(2)问为填空题，第(3)问为计算题.从考查内容来看，机械振动和机械波、光学和电磁波的相关基础知识和基本方法都曾经命题.第(3)问主要以几何光学命题为主.2.命题趋势试题将坚持立足基本概念，贴近教材和教学实际，情境接近生活经历，关注社会问题，亲近自然，体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念.试题关注学科素养，引导学以致用，引导高中教学注重培养学生应用知识解决实际问题的能力.77.简谐运动简谐运动的表达
2、式和图象78.受迫振动和共振79.机械波横波和纵波横波的图象80.波长、波速和频率(周期)的关系仅限于解决单一方向传播的问题T12B(2)T12B(2)T12B(3)81.波的干涉和衍射T12B(2)82.多普勒效应T12B(1)83.电磁波谱电磁波及其应用T12B(1)84.光的折射定律折射率T12B(3)T12B(3)85.光的全反射光导纤维T12B(2)86.光的干涉、衍射和偏振T12B(2)、(3)T12B(2)87.狭义相对论的基本假设狭义相对论时空观与经典时空观的区别88.同时的相对性长度的相对性质能关系计算不作要求T12B(1)T12B(1)实验十二：单摆的周期与摆长的关系实验十
3、三：测定玻璃的折射率第1讲机械振动1.简谐运动(1)定义：质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置.(2)平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置.(3)回复力定义：使物体返回到平衡位置的力.方向：总是指向平衡位置.来源：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.2.简谐运动的两种模型模型弹簧振子单摆示意图简谐运动条件弹簧质量要忽略无摩擦等阻力在弹簧弹性限度内摆线为不可伸缩的轻细线无空气阻力等最大摆角不大于5回复力由弹簧的弹力提供由摆球重力沿与摆线垂直方向(即切向)的分力提供平衡位置弹簧处于原长处最低点周期与振幅无关T2能量转化弹性势能与动能的
4、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如图1所示，弹簧振子在B、C间做简谐运动，O为平衡位置，B、C间的距离为20cm，振子由B运动到C的时间为2s，则()图1A.从OCO振子做了一次全振动B.振动周期为2s，振幅是10cmC.从B开始经过6s，振子通过的路程是60cmD.从O开始经过3s，振子又到达平衡位置O答案C3.简谐运动的公式和图象(1)简谐运动的表达式动力学表达式：Fkx，其中“”表示回复力的方向与位移的方向相反.运动学表达式：xAsin(t)，其中A代表振幅，2f表示简谐运动的快慢，t代表简谐运动的相位，叫做初相.(2)简谐运动的图象从平衡位置开始计时，函数
5、表达式为xAsint，图象如图2甲所示.从最大位移处开始计时，函数表达式为xAcost，图象如图乙所示.图2自测2一弹簧振子的位移y随时间t变化的关系式为y0.1sin2.5t，位移y的单位为m，时间t的单位为s，则()A.弹簧振子的振幅为0.2mB.弹簧振子的周期为1.25sC.在t0.2s时，振子的运动速度为零D.在任意0.2s时间内，振子的位移均为0.1m答案C自测3如图3是一个质点做简谐运动的振动图象，从图中可得()图3A.在t0时，质点位移为零，速度和加速度也为零B.在t4s时，质点的速度最大，方向沿负方向C.在t3s时，质点振幅为5cm，周期为4sD.无论何时，质点的振幅都是5cm
6、，周期都是4s答案D4.受迫振动和共振(1)受迫振动系统在驱动力作用下的振动.做受迫振动的物体，它做受迫振动的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率)，而与物体的固有周期(或频率)无关.(2)共振做受迫振动的物体，它的驱动力的频率与固有频率越接近，其振幅就越大，当二者相等时，振幅达到最大，这就是共振现象.共振曲线如图4所示.图45.实验：单摆的周期与摆长的关系(1)实验原理当偏角很小时，单摆做简谐运动，其运动周期为T2，它与偏角的大小及摆球的质量无关，由此得到g.因此，只要测出摆长l和振动周期T，就可以求出当地的重力加速度g的值.(2)实验器材带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球、不易伸长的
7、细线(约1m)、秒表、毫米刻度尺和游标卡尺.(3)实验步骤让细线的一端穿过金属小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的线结，做成单摆.把细线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，在单摆平衡位置处做上标记，如图5所示.图5用毫米刻度尺量出摆线长度l，用游标卡尺测出摆球的直径，即得出金属小球半径r，计算出摆长llr.把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度(不超过5)，然后放开金属小球，让金属小球摆动，待摆动平稳后测出单摆完成3050次全振动所用的时间t，计算出金属小球完成一次全振动所用时间，这个时间就是单摆的振动周期，即T(N为全振动的次数)，反复测3次，
8、再算出周期的平均值.根据单摆周期公式T2，计算当地的重力加速度g.改变摆长，重做几次实验，计算出每次实验的重力加速度值，求出它们的平均值，该平均值即为当地的重力加速度值.将测得的重力加速度值与当地的重力加速度值相比较，分析产生误差的可能原因.(4)数据处理处理数据有两种方法：公式法：测出30次或50次全振动的时间t，利用T求出周期；不改变摆长，反复测量三次，算出三次测得的周期的平均值，然后代入公式g，求重力加速度.图象法：由单摆周期公式不难推出：lT2，因此，分别测出一系列摆长l对应的周期T，作lT2图象，图象应是一条通过原点的直线，如图6所示，求出图线的斜率k，即可利用g42k求重力加速度.
9、图6(5)误差分析系统误差的主要来源：悬点不固定，球、线不符合要求，振动是圆锥摆而不是在同一竖直平面内的振动等.偶然误差主要来自时间的测量，因此，要从摆球通过平衡位置时开始计时，不能多计或漏计全振动次数.命题点一简谐运动的规律简谐运动的五大特征受力特征回复力Fkx，F(或a)的大小与x的大小成正比，方向相反运动特征靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小能量特征振幅越大，能量越大.在运动过程中，系统的动能和势能相互转化，系统的机械能守恒周期性特征质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性
10、变化，其变化周期为对称性特征关于平衡位置O对称的两点，加速度大小、速度的大小、动能、势能相等，相对平衡位置的位移大小相等例1(2018扬州中学下学期开学考)一根轻绳一端系一小球，另一端固定在O点，制成单摆装置.在O点有一个能测量绳的拉力大小的力传感器，让小球绕O点在竖直平面内做简谐振动，由力传感器测出拉力F随时间t的变化图象如图7所示，则小球振动的周期为s，此单摆的摆长为m(重力加速度g取10m/s2，取210).图7答案44变式1(2018泰州中学模拟)一个质点在平衡位置O点附近做简谐运动.若从O点开始计时，经过3s质点第一次向右运动经过M点(如图8所示)；再继续运动，又经过2s它第二次经过
11、M点；则该质点第三次经过M点还需要的时间是()图8A.8sB.4sC.14sD.s答案C命题点二简谐运动图象的理解与应用1.可获取的信息(1)振幅A、周期T(或频率f)和初相位(如图9所示).图9(2)某时刻振动质点离开平衡位置的位移.(3)某时刻质点速度的大小和方向：曲线上各点切线斜率的大小和正负分别表示各时刻质点速度的大小和方向，速度的方向也可根据下一时刻质点位移的变化来确定.(4)某时刻质点的回复力和加速度的方向：回复力总是指向平衡位置，回复力和加速度的方向相同，在图象上总是指向t轴.(5)某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势能的变化情况.2.简谐运动的对称性(如图10)
12、 图10(1)相隔t(n)T(n0,1,2，)的两个时刻，弹簧振子的位置关于平衡位置对称，位移等大反向，速度也等大反向.(2)相隔tnT(n0,1，2，)的两个时刻，弹簧振子在同一位置，位移和速度都相同.例2(2018南京市、盐城市一模)如图11所示为A、B两个质点做简谐运动的位移时间图象.质点A做简谐运动的位移随时间变化的关系式是cm；质点B在1.0s内通过的路程是cm.图11答案xsin5t1.5变式2(2018南京师大附中5月模拟)一竖直悬挂的弹簧振子，下端装有一记录笔，在竖直面内放置有一记录纸.当振子上下振动时，以恒定的速率v水平向左拉动记录纸，记录笔在纸上留下如图12所示的图象.y1
13、、y2、x0、2x0为纸上印迹的位置坐标.由此可知弹簧振子振动的周期T，振幅A.图12答案解析记录纸匀速运动，振子振动的周期等于记录纸运动位移2x0所用的时间，则周期T；根据题图可知，振幅为A.命题点三受迫振动与共振1.自由振动、受迫振动和共振的关系比较振动项目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TT驱或ff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(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
14、的理解共振曲线：如图13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ff0时，振幅A最大.图133.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.4.发生共振时，驱动力对振动系统总是做正功，总是向系统输入能量，使系统的机械能逐渐增加，振动物体的振幅逐渐增大.当驱动力对系统做的功与系统克服阻力做的功相等时，振动系统的机械能不再增加，振幅达到最大.例3(2019无锡市考前调研)如图14所示是探究单摆共振条件时得到的图象，它表示振幅跟驱动力频率之间的关系，请完成：图14(1)这个单摆的摆长
