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1、【2019最新】精选高考物理大一轮复习第14单元机械振动与机械波学案高考热点统计要求2014年2015年2016年2017年高考基础要求及冷点统计单摆、周期公式、受迫振动和共振、机械波、横波和纵波34(1)34(1)简谐运动()简谐运动的公式和图像()实验:探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度简谐运动的公式和图像是基本要求;“探究单摆的运动”实验一般不单独出题.横波的图像、波速、波长和频率(周期)的关系34(1)34(1)34(2)34(2)34(1)34(2)34(1)34(1)34(1)波的干涉和衍射现象、多普勒效应考情分析1.本单元考查的热点有简谐运动的特点及图像、波的图像以及波长、波速
2、、频率的关系,题型有选择、填空、计算等,难度中等偏下,波动与振动的综合,以计算题的形式考查的居多.2.对振动和波动部分,复习时应注意理解振动过程中回复力、位移、速度、加速度等各物理量的变化规律、振动与波动的关系及两个图像的物理意义,注意图像在空间和时间上的周期性;3.对本单元的实验,高考时直接考查的频率不高,但复习时不能忽略,要注意对实验原理、器材、步骤、数据处理方法、误差分析等的理解第35讲机械振动用单摆测定重力加速度一、简谐运动1.简谐运动:质点的位移与时间的关系遵从函数的规律,其振动图像(x-t图像)是一条曲线.2.特征:回复力F=,x是振动质点相对位置的位移,可用该关系式判断一个振动是
3、否为简谐运动.3.描述简谐运动的物理量(1)位移x:由位置指向质点所在位置的有向线段,是量.(2)振幅A:振动物体离开平衡位置的,是量,表示振动的强弱.(3)周期T:物体完成一次所需的时间.频率f:单位时间内完成全振动的.它们是表示振动快慢的物理量,二者的关系为T=.4.简谐运动的位移表达式:x=.二、简谐运动的图像1.物理意义:表示振动质点的随变化的规律.2.图像特征:曲线.三、受迫振动1.受迫振动:系统在周期性作用下的振动.做受迫振动的系统,它的周期(或频率)等于的周期(或频率),而与系统的固有周期(或频率).2.共振:驱动力的频率系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大.【思维辨析】 (1)
4、简谐运动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)做简谐运动的质点,速度增大时,加速度可能增大.()(4)简谐运动的周期与振幅成正比.()(5)振幅等于振子运动轨迹的长度.()(6)单摆在任何情况下的运动都是简谐运动.()(7)单摆的振动周期由振子的质量和摆角共同决定.()(8)物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率有关.()(9)简谐运动的图像描述的是振动质点的轨迹.()考点一质点的振动规律1.简谐运动中路程(s)与振幅(A)的关系(1)质点在一个周期内通过的路程是振幅的4倍.(2)质点在半个周期内通过的路程
5、是振幅的2倍.(3)质点在四分之一周期内通过的路程有三种情况:计时起点对应质点在三个特殊位置(两个最大位移处和一个平衡位置)时,s=A;计时起点对应质点在最大位移和平衡位置之间且向平衡位置运动时,sA;计时起点对应质点在最大位移和平衡位置之间且向最大位移处运动时,s”“”“”或“=”)T0.图35-13.(简谐运动的对称性和周期性)(多选)一简谐振子沿x轴振动,平衡位置在坐标原点.t=0时刻振子的位移x=-0.1 m;t= s时刻x=0.1 m;t=4 s时刻x=0.1 m.该振子的振幅和周期可能为()A.0.1 m, sB.0.1 m,8 sC.0.2 m, sD.0.2 m,8 s 特别提
6、醒(1)分析简谐运动中各物理量的变化情况时,一定要以位移为桥梁,位移增大时,振动质点的回复力、加速度、势能均增大,速度、动能均减小;反之,则产生相反的变化.另外,各矢量均在其值为零时改变方向.(2)分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性.考点二简谐运动图像的理解和应用1.根据简谐运动图像可获取的信息图35-2(1)振幅A、周期T(或频率f)和初相位(如图35-2所示).(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:曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度的大小和方向,速度的方向也可根据下一时刻物体的位移的变化来确定.(4)某时刻质点的回复力、加
7、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,在图像上总是指向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.利用简谐运动图像理解简谐运动的对称性(如图35-3所示)图35-3(1)相隔t=T(n=0,1,2,)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t=nT(n=0,1,2,)的两个时刻,弹簧振子在同一位置,位移和速度都相同.1 (多选)2016江苏徐州模拟 甲、乙两弹簧振子的振动图像如图35-4所示,则可知()图35-4A.两弹簧振子完全相同B.两弹簧振子所受回复力最大值之比F甲 F乙=12C.振
8、子甲速度为零时,振子乙速度最大D.两振子的振动频率之比f甲 f乙=12E.振子乙速度最大时,振子甲速度不一定为零式题 (多选)一质点做简谐运动的图像如图35-5所示,下列说法正确的是()图35-5A.质点振动频率是4 HzB.在10 s内质点经过的路程是20 cmC.第4 s末质点的速度是零D.在t=1 s和t=3 s两时刻,质点位移大小相等、方向相反E.在t=2 s和t=6 s两时刻,质点速度相同 注意事项求解简谐运动问题时,要紧紧抓住一个模型水平方向振动的弹簧振子,熟练掌握振子的振动过程以及振子振动过程中各物理量的变化规律,看到振动图像,头脑中立即呈现出一幅弹簧振子振动的情景,再把问题一一
9、对应、分析求解.考点三单摆周期公式的应用1.单摆的受力特征(1)回复力:摆球重力沿圆弧切线方向上的分力,F回=-mgsin =-x=-kx,负号表示回复力F回与位移x的方向相反.(2)向心力:细线的拉力和重力沿细线方向分力的合力充当向心力,F向=FT-mgcos .(3)两点说明:当摆球在最高点时,F向=0,FT=mgcos .当摆球在最低点时,F向=,F向最大,FT=mg+m .2.周期公式T=2的两点说明l为等效摆长,表示从悬点到摆球重心的距离.g为当地重力加速度.2 如图35-6所示,一单摆悬于O点,摆长为L,若在O点正下方的O点钉一个光滑钉子,使OO=,将单摆拉至A处由静止释放,小球将
10、在A、C间来回振动,B为最低点,若振动中摆线与竖直方向夹角小于5,重力加速度为g,则此摆的周期是()图35-6A.2C.2式题如图35-7甲所示是一个单摆振动的情形,O是它的平衡位置,B、C是摆球所能到达的最远位置.设向右为正方向.图乙是这个单摆的振动图像.根据图像回答:图35-7(1)单摆振动的频率是多大?(2)开始时摆球在何位置?(3)若当地的重力加速度为10 m/s2,试求摆长. 注意事项单摆的振动周期(T=2)与摆长和重力加速度有关,而与振幅和摆球质量无关.考点四用单摆测重力加速度1.实验原理由T=2,测出摆长l和周期T,可计算出g的数值.2.实验步骤(1)用毫米刻度尺测量摆线长l0,
11、用游标卡尺测出小球直径D,则单摆的摆长l=l0+;(2)将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5),由静止释放小球,记下单摆摆动3050次的总时间,算出平均摆动一次的时间即单摆的周期.3.数据处理(1)公式法:将几次测得的周期T和摆长l代入公式g=中计算重力加速度,取平均值即当地重力加速度的值.(2)图像法:由g=T2,作出l-T2图像,求出图线的斜率k,可得重力加速度g=42k.3 2015北京卷 用单摆测定重力加速度的实验装置如图35-8所示.图35-8(1)组装单摆时,应在下列器材中选用(填选项前的字母).A.长度为1 m左右的细线B.长度为30 cm左右的细线C.直径为1.8 cm的塑料球
12、D.直径为1.8 cm的铁球(2)测出悬点O到小球球心的距离(摆长)L及单摆完成n次全振动所用的时间t,则重力加速度g=(用L、n、t表示).(3)下表表示某同学记录的3组实验数据,并做了部分计算处理.组次123摆长L/cm80.0090.00100.0050次全振动时间t/s90.095.5100.5振动周期T/s1.801.91重力加速度g/(ms-2)9.749.73请计算出第3组实验中的T=s,g=m/s2.(4)用多组实验数据作出T2-L图像,也可以求出重力加速度g.T2-L图线的示意图如图35-9中的a、b、c所示,其中a和b平行,b和c都过原点,图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值.则相对于图线b,下列分析正确的是(填选项前的字母).图35-9A.出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长LB.出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次C.图线c对应的g值小于图线b对应的g值(5)某同学在家里测重力加速度.他找到细线和铁锁,制成一个单摆,如图35-10所示,由于家里只有一根量程为30 cm的
