《备战2021届高考物理一轮复习专题：第1节机械振动讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《备战2021届高考物理一轮复习专题：第1节机械振动讲义（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 第第 1414 章章 振动振动 波动波动 光光 电磁波电磁波 相对论相对论 高考导航 考点内容 要 求 高考(全国卷)三年命题情况对照分析 201720182019命题分析 机 械 振 动 与 机 械 波 简谐运动 卷T34(1)： 波的干涉加 强点和减弱 点的判断 T34(2)：折射定 律 卷T34(1)： 双缝干涉图 样 T34(2)：折射定 律 卷T34(1)： 波动图象 T34(2)：光的全 反射、 折射定 律 卷T34(1)： 光的折射定 律、折射率 T34(2)：简谐运 动的图象、 波 的图象、v T 的应用 卷T34(1)： 声波的传播、 vf的应 用 T34(2)：折射定
2、律及全反射 卷T34(1)： 波的图象v x t及 v T 的应用 T34(2)：折射定 律的应用 卷T34(1)： 简谐运动的 图象 T34(2)：光的折 射全反射 卷T34(1)： 振动图象， 单 摆周期 T34(2)：光的双 缝干涉实验 卷T34(1)： 水波的干涉 T34(2)：光的折 射、全反射 分析近三 年高考 题，命题 形式趋于 多样化 (1)简谐 运动的特 点及图 象、波的 图象以及 波长、波 速、频率 的关系， 题型有选 择、 填空、 计算等， 波动与振 动的综 合，以计 算题的形 式考查的 居多。 (2)光的 折射定 律、折射 率的计 算、全反 射的应用 等，题型 简谐运动
3、的公式和图 象 单摆、单摆的周期公 式 受迫振动和共振 机械波、横波和纵波 横波的图象 波速、 波长和频率(周 期)的关系 波的干涉和衍射现象 多普勒效应 电 磁 振 荡 与 电 磁 波 电磁波的产生 电磁波的发射、传播 和接收 电磁波谱 光 光的折射定律 折射率 全反射、光导纤维 光的干涉、衍射和偏 振现象 相 对 论 狭义相对论的基本假 设 质能关系 2 有选择、 填空、计 算等，光 的折射与 全反射的 综合，以 计算题的 形式考查 的居多。 (3)实验 题中涉及 实验原 理，操作 及数据处 理。 实验：探究单摆的运动、 用单摆测定重力加速度 实验：测定玻璃的折射率 实验：用双缝干涉测光的
4、 波长 核 心 素 养 物理观念：简谐运动、弹簧振子、单摆、受迫振动、共振、横波、多普勒效应、干涉、 衍射、 电磁振荡、 折射率、 全反射、 折射、 偏振、 相对论基本假设(如 2019 卷T34(1)， 2018 卷T34(1)。 科学思维：简谐运动的公式和图象、共振曲线、光的折射定律、相对论关系(如 2018 卷T34(1)，2019 卷T34(1)。 科学探究：探究单摆的运动、用单摆测重力加速度、测定玻璃的折射率、用双缝干涉 测波长(如 2019 卷T34(2)。 科学态度与责任：电磁波的应用及危害，多普勒效应。 第 1 节机械振动 一、简谐运动的特征 1简谐运动 (1)定义：如果质点所
5、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，质点的运动就是简谐运动。 (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 3 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 弹簧振子(水平) 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 最大摆角小于等于 5 回复力弹簧的弹力提供 摆球重力沿与摆线垂直方向(即切向) 的分力 平衡位置弹簧处于原长处最低点 周期与振幅无关T2 L
6、g 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 二、简谐运动的规律和图象 1简谐运动的表达式 (1)动力学表达式：Fkx，其中“”表示回复力与位移的方向相反。 (2)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代表运动的相位，代表初相位。 2简谐运动的图象 (1)从平衡位置开始计时，函数表达式为xAsint，图象如图甲所示。 甲乙 (2)从最大位置开始计时，函数表达式为xAcost，图象如图乙所示。 三、受迫振动和共振 1受迫振动 (1)概念：振动系统在周期性驱动力作用下的振动。 4 (2)特点：受迫振动的频率等于
7、驱动力的频率，跟系统的固有频率无关。 2共振 (1)现象：当驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大。 (2)条件：驱动力的频率等于固有频率。 (3)特征：共振时振幅最大。 (4)共振曲线(如图所示)。 1思考辨析(正确的画“”，错误的画“”) (1)简谐运动的平衡位置就是质点所受合力为零的位置。() (2)做简谐运动的质点先后通过同一点，回复力、速度、加速度、位移都是相同的。 () (3)公式xAsint说明是从平衡位置开始计时。() (4)简谐运动的图象描述的是振动质点的轨迹。() (5)物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关。() (6)物体受迫振动的频率与驱动力的频率无
8、关。() 2(多选)做简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，相同的物理量是() A位移B速度C加速度 D回复力E动量 ACD简谐运动的位移是指由平衡位置指向物体所在位置的有向线段， 物体经过同一位 置时，运动位移一定相同，选项 A 正确；回复力产生加速度，回复力与位移满足Fkx 的关系，只要位移相同，回复力一定相同，回复力产生的加速度也一定相同，选项 C、D 正 确；经过同一位置，可能远离平衡位置，也可能靠近平衡位置，因此，速度的方向可能相反， 选项 B、E 错误。 3(多选)(2019陕西西安市联考)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的大小和方向所经历的
9、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的大小所经历的过程 D位移减小时，加速度减小，速度增大 E物体运动方向指向平衡位置时，速度的方向与位移的方向相反；背离平衡位置时， 速度方向与位移方向相同 5 ADE速度和加速度第一次同时恢复为原来的大小和方向所经历的过程为一次全振动， 故 A 正确；回复力与位移方向相反，故加速度和位移方向相反，但速度方向可以与位移方向 相同，也可以相反，物体运动方向指向平衡位置时，速度的方向与位移的方向相反，背离平 衡位置时，速度方向与位移方向相同，故 B 错误，E 正确；一次全振动过程中，动能
10、和势能 均会有两次恢复为原来的大小，故 C 错误；当位移减小时，回复力减小，则加速度在减小， 物体正在返回平衡位置，速度在增大，故 D 正确。 4.(多选)如图所示为受迫振动的演示装置， 在一根张紧的绳子上悬挂几个摆球， 可以用 一个单摆(称为“驱动摆”)驱动另外几个单摆。下列说法正确的是() A某个单摆摆动过程中多次通过同一位置时，速度可能不同而加速度一定相同 B如果驱动摆的摆长为L，则其他单摆的振动周期都等于 2 L g C如果驱动摆的摆长为L，振幅为A，若某个单摆的摆长大于L，振幅也大于A D如果某个单摆的摆长等于驱动摆的摆长，则这个单摆的振幅最大 E驱动摆只把振动形式传播给其他单摆，不
11、传播能量 ABD某个单摆摆动过程中多次通过同一位置时， 速度大小相等但方向可能不同， 根据 Fkx可得，加速度aF m k mx，故加速度一定相同，A 正确；如果驱动摆的摆长为 L， 根据单摆的周期公式有T2 L g，而其他单摆都是受迫振动，故其振动周期都等于驱动 摆的周期，B 正确；当受迫振动的单摆的固有周期等于驱动摆的周期时，受迫振动的振幅最 大，故某个单摆的摆长大，振幅不一定也大，C 错误；同一地区，单摆的固有频率只取决于 单摆的摆长，则只有摆长等于驱动摆的摆长时，单摆的振幅能够达到最大，这种现象称为共 振，受迫振动不仅传播运动形式，还传播能量和信息，D 正确，E 错误。 5(多选)某质
12、点做简谐运动，其位移随时间变化的关系式为xAsin 4 t，则关于该质 点，下列说法正确的是() A振动的周期为 8 s B第 1 s 末与第 3 s 末的位移相同 C第 1 s 末与第 3 s 末的速度相同 D第 3 s 末至第 5 s 末各时刻的位移方向都相同 E第 3 s 末至第 5 s 末各时刻的速度方向都相同 6 ABE由关系式可知 4 rad/s，T2 8 s，A 对；将t 1 s 和t3 s 代入关系式中求得两时刻位移相同，B 对；可以作 出质点的振动图象，得第 1 s 末和第 3 s 末的速度方向不同，C 错； 得第 3 s 末至第 5 s 末各时刻质点的位移方向相反，而速度的
13、方向 相同，D 错，E 对。 简谐运动的特征错误错误! 1(多选)(2019南昌模拟)关于水平放置的弹簧振子所做的简谐运动，下列说法正确 的是() A位移的方向是由振子所在处指向平衡位置 B加速度的方向总是由振子所在处指向平衡位置 C经过半个周期振子经过的路程一定是振幅的 2 倍 D若两时刻相差半个周期，弹簧在这两个时刻的形变量一定相等 E经过半个周期，弹簧振子完成一次全振动 BCD位移的方向始终是由平衡位置指向振子所在处， 选项 A 错误； 加速度的方向始终 是由振子所在处指向平衡位置，选项 B 正确；经过半个周期，振子经过的路程是振幅的 2 倍，若两时刻相差半个周期，两时刻弹簧的形变量一定
14、相等，选项 C、D 正确；经过一个周 期，弹簧振子完成一次全振动，选项 E 错误。 2(多选)(2019福建百校联考)如图所示，两根完全相同的轻质弹簧和一根绷紧的轻 质细线将甲、乙两物块束缚在光滑水平面上。已知物块甲的质量是物块乙质量的 4 倍，弹簧 振子做简谐运动的周期T2 m k，式中 m为振子的质量，k为弹簧的劲度系数。当细线 突然断开后，两物块都开始做简谐运动，在运动过程中，下列说法正确的是() A物块甲的振幅是物块乙振幅的 4 倍 B物块甲的振幅等于物块乙的振幅 C物块甲的最大速度是物块乙最大速度的1 2 D物块甲的振动周期是物块乙振动周期的 2 倍 E物块甲的振动频率是物块乙振动频
15、率的 2 倍 BCD线未断开前， 两根弹簧伸长的长度相同， 故线断开后两物块离开平衡位置的最大 7 距离相同，即振幅相同，故 A 错误，B 正确；当线断开的瞬间，弹簧的弹性势能相同，到达 平衡位置时，甲、乙的最大动能相同，由于甲的质量大于乙的质量，由Ek1 2mv 2知道，甲的 最大速度是乙的最大速度的1 2，故 C 正确；根据 T2 m k可知，甲的振动周期是乙的振动 周期的 2 倍，根据f1 T可知，甲的振动频率是乙的振动频率的 1 2，故 D 正确，E 错误。 3(多选)(2019鞍山模拟)弹簧振子做简谐运动，O为平衡位置，当它经过点O时开 始计时，经过 0.3 s，第一次到达点M，再经
16、过 0.2 s 第二次到达点M，则弹簧振子的周期 不可能为() A0.53 sB1.4 sC1.6 sD2 sE3 s BDE如图甲所示，设O为平衡位置，OB(OC)代表振幅，振子从OC所需时间为T 4。因 为简谐运动具有对称性，所以振子从MC所用时间和从CM所用时间相等，故T 40.3 s 0.2 2 s0.4 s，解得T1.6 s；如图乙所示，若振子一开始从平衡位置向点B运动，设 点M与点M关于点O对称，则振子从点M经过点B到点M所用的时间与振子从点M经 过点C到点M所需时间相等，即 0.2 s。振子从点O到点M、从点M到点O及从点O到 点M所需时间相等，为0.3 s0.2 s 3 1 30 s，故周期为T0.5 s 1 30 s0.53 s，所以周 期不可能为选项 B、D、E。 甲乙 简谐运动的“五个特征” 1动力学特征：Fkx，“”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
