高中物理高考 第1讲　机械振动 课件

机械振动机械波第十二章考情考情分析分析高考对本章的考查主要以选择题、实验题和计算题为主，考查以高考对本章的考查主要以选择题、实验题和计算题为主，考查以图像为主，强调数形结合，难度中等。图像为主，强调数形结合，难度中等。重要重要考点考点1.简谐运动简谐运动()2简谐运动的公式和图像简谐运动的公式和图像()3单摆、单摆的周期公式单摆、单摆的周期公式()4受迫振动和共振受迫振动和共振()5机械波、横波和纵波机械波、横波和纵波()6横波的图像横波的图像()7波速、波长、频率波速、波长、频率(周期周期)及及其关系其关系()考考点点解解读读1.能够应用简谐运动的特点、能够应用简谐运动的特点、公式和图像分析并解决问题。公式和图像分析并解决问题。2知道单摆，掌握单摆周期知道单摆，掌握单摆周期公式的应用以及单摆的实验公式的应用以及单摆的实验探究。探究。3掌握波长、频率和波速的掌握波长、频率和波速的关系及相关计算，并注意计关系及相关计算，并注意计算结果的多解性。算结果的多解性。重要重要考点考点8波的反射和折射波的反射和折射()9波的干涉和衍射现象波的干涉和衍射现象()10多普勒效应多普勒效应()实验十三：用单摆测量重力实验十三：用单摆测量重力加速度的大小加速度的大小考考点点解解读读4高考中对本章的考查形式主要高考中对本章的考查形式主要有两种：一是借助振动图像、波有两种：一是借助振动图像、波的图像或两者结合，考查简谐运的图像或两者结合，考查简谐运动与波的特点、规律及波速、波动与波的特点、规律及波速、波长和频率的关系；二是通过实验，长和频率的关系；二是通过实验，考查单摆周期公式的运用。考查单摆周期公式的运用。第1讲机械振动主干梳理 对点激活效果效果正弦函数正弦函数正弦曲线正弦曲线原来静止原来静止往复运动往复运动平衡位置平衡位置快慢快慢平衡位置平衡位置所在位置所在位置平衡位置平衡位置最大距离最大距离强弱强弱全振动全振动所用时间所用时间初相初相 时间时间 阻力阻力 机械能机械能弹力弹力重力重力原长原长最低最低振幅振幅机械能机械能向四周辐射出去向四周辐射出去逐渐减小逐渐减小内能内能无无驱动力驱动力驱动力驱动力一一 堵点疏通堵点疏通1简谐运动是匀变速运动。简谐运动是匀变速运动。()2振幅等于振子运动轨迹的长度。振幅等于振子运动轨迹的长度。()3简谐运动的回复力肯定不是恒力。简谐运动的回复力肯定不是恒力。()4弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零、动能为零。弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零、动能为零。()5单摆无论摆角多大都做简谐运动。单摆无论摆角多大都做简谐运动。()6物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关。物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关。()7简谐运动的图像描述的是振动质点的轨迹。简谐运动的图像描述的是振动质点的轨迹。()解解析析振振子子的的加加速速度度大大小小与与回回复复力力大大小小成成正正比比，方方向向与与位位移移方方向向相相反反，具具有有正正向向的的最最大大加加速速度度，就就应应该该具具有有最最大大的的负负方方向向的的位位移移。振振子子从从平平衡衡位位置置开开始始计计时时，并并向向负负方方向向移移动动时时，经经四四分分之之一一周周期期振振子子具具有有沿沿x轴轴正正方方向向的的最大加速度，最大加速度，A正确，正确，B、C、D错误。错误。二二 对点激活对点激活1一一个个弹弹簧簧振振子子沿沿x轴轴做做简简谐谐运运动动，取取平平衡衡位位置置O为为x轴轴坐坐标标原原点点。从从某某时时刻刻开开始始计计时时，经经过过四四分分之之一一周周期期，振振子子具具有有沿沿x轴轴正正方方向向的的最最大大加加速速度度。能正确反映振子位移能正确反映振子位移x与时间与时间t关系的图像是关系的图像是()答案答案 解析解析 2.(人人教教版版选选择择性性必必修修第第一一册册P47T3改改编编)(多多选选)如如图图是是两两个个单单摆摆的的振振动动图像，以下说法正确的是图像，以下说法正确的是()A甲、乙两个摆的振幅之比为甲、乙两个摆的振幅之比为21B甲、乙两个摆的频率之比为甲、乙两个摆的频率之比为12C甲、乙两个摆的摆长之比为甲、乙两个摆的摆长之比为12D以以向向右右的的方方向向作作为为摆摆球球偏偏离离平平衡衡位位置置的的位位移移的的正正方方向向，从从t0起起，乙第一次到达右方最大位移时，甲振动到了平衡位置，且向左运动乙第一次到达右方最大位移时，甲振动到了平衡位置，且向左运动答案答案 解析解析 3.(人人教教版版选选择择性性必必修修第第一一册册P54T4改改编编)一一个个单单摆摆在在地地面面上上做做受受迫迫振振动，其共振曲线动，其共振曲线(振幅振幅A与驱动力频率与驱动力频率f的关系的关系)如图所示，则如图所示，则()A此单摆的固有周期约为此单摆的固有周期约为0.5 sB此单摆的摆长约为此单摆的摆长约为1 mC若摆长增大，单摆的固有频率增大若摆长增大，单摆的固有频率增大D若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动答案答案 解析解析 答答案案(1)在在01 s,23 s内内位位移移方方向向跟跟它它的的瞬瞬时时速速度度方方向向相相同同在在12 s,34 s内位移方向跟它的瞬时速度方向相反内位移方向跟它的瞬时速度方向相反 (2)0 (3)20 cm答案答案 解解析析(1)位位移移时时间间图图线线的的某某点点的的切切线线的的斜斜率率即即是是某某时时刻刻的的速速度度，可可知知，质质点点相相对对平平衡衡位位置置的的位位移移的的方方向向在在01 s和和23 s内内跟跟它它的的瞬瞬时时速速度度的的方向相同，在方向相同，在12 s 和和34 s内跟瞬时速度的方向相反。内跟瞬时速度的方向相反。(2)质点在第质点在第2 s末的位移是末的位移是0。(3)质点在前质点在前2 s内走过的路程是内走过的路程是s210 cm20 cm。解析解析 考点细研 悟法培优1.动力学特征动力学特征Fkx，“”表表示示回回复复力力的的方方向向与与位位移移方方向向相相反反，k是是比比例例系系数数，不一定是弹簧的劲度系数。不一定是弹簧的劲度系数。2运动学特征运动学特征做做简简谐谐运运动动的的物物体体加加速速度度与与物物体体偏偏离离平平衡衡位位置置的的位位移移大大小小成成正正比比而而方方向向相相反反，为为变变加加速速运运动动，远远离离平平衡衡位位置置时时，x、F、a、Ep均均增增大大，v、Ek均均减小，靠近平衡位置时则相反。减小，靠近平衡位置时则相反。3周期性特征周期性特征相隔相隔nT(n为正整数为正整数)的两个时刻，物体处于同一位置且振动状态相同。的两个时刻，物体处于同一位置且振动状态相同。(2)空空间间对对称称性性：如如图图乙乙所所示示，振振子子经经过过关关于于平平衡衡位位置置O对对称称的的两两点点P、P(OPOP)时时，速速度度的的大大小小、动动能能、势势能能相相等等，相相对对于于平平衡衡位位置置的的位位移移大大小相等。小相等。此此外外，振振子子由由P到到O所所用用时时间间等等于于由由O到到P所所用用时时间间，即即tPOtOP。振振子子往复过程中通过同一段路程往复过程中通过同一段路程(如如OP段段)所用时间相等，即所用时间相等，即tOPtPO。5能量特征能量特征简简谐谐运运动动的的能能量量包包括括动动能能Ek和和势势能能Ep，简简谐谐运运动动过过程程中中，系系统统动动能能与与势能相互转化，系统的机械能守恒。势能相互转化，系统的机械能守恒。例例1(多多选选)弹弹簧簧振振子子做做简简谐谐运运动动，O为为平平衡衡位位置置，当当它它经经过过点点O时时开开始始计计时时，经经过过0.3 s，第第一一次次到到达达点点M，再再经经过过0.2 s第第二二次次到到达达点点M，则则弹弹簧簧振子的周期不可能为振子的周期不可能为()A0.53 s B.1.4 s C.1.6 s D.2 sE3 s答案答案 提示：提示：两种。两种。(2)简谐运动中振子往复运动过程中通过同一段路程，用时相等吗？简谐运动中振子往复运动过程中通过同一段路程，用时相等吗？提示：提示：相等。相等。尝试解答尝试解答 分析简谐运动的技巧分析简谐运动的技巧(1)分分析析简简谐谐运运动动中中各各物物理理量量的的变变化化情情况况时时，要要以以位位移移为为桥桥梁梁，位位移移增增大大时时，振振动动质质点点的的回回复复力力、加加速速度度、势势能能均均增增大大，速速度度、动动能能均均减减小小；反反之，则产生相反的变化。另外，各矢量均在其值为零时改变方向。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。分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性。(3)若若没没有有给给出出开开始始时时刻刻质质点点的的振振动动方方向向，还还须须分分情情况况讨讨论论，以以防防丢丢解解，如例如例1。变式变式11(多选多选)下列关于简谐运动的说法正确的是下列关于简谐运动的说法正确的是()A速速度度和和加加速速度度第第一一次次同同时时恢恢复复为为原原来来的的大大小小和和方方向向所所经经历历的的过过程程为一次全振动为一次全振动B一一个个全全振振动动指指的的是是动动能能或或势势能能第第一一次次恢恢复复为为原原来来的的大大小小所所经经历历的的过程过程C位移减小时，加速度减小，速度增大位移减小时，加速度减小，速度增大D物物体体运运动动方方向向指指向向平平衡衡位位置置时时，速速度度的的方方向向与与位位移移的的方方向向相相反反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同答案答案 解解析析通通过过画画运运动动示示意意图图可可知知，速速度度和和加加速速度度第第一一次次同同时时恢恢复复为为原原来来的的大大小小和和方方向向所所经经历历的的过过程程为为一一次次全全振振动动，A正正确确；一一次次全全振振动动，动动能能和和势势能能均均会会有有两两次次恢恢复复为为原原来来的的大大小小，B错错误误；当当位位移移减减小小时时，回回复复力力减减小小，则则加加速速度度减减小小，物物体体正正在在返返回回平平衡衡位位置置，故故速速度度增增大大，C正正确确；回回复复力力与与位位移移方方向向相相反反，故故加加速速度度与与位位移移方方向向相相反反，但但速速度度的的方方向向可可以以与与位位移移的的方方向向相相同同，也也可可以以相相反反，物物体体运运动动方方向向指指向向平平衡衡位位置置时时，速速度度的的方方向向与与位位移移的方向相反，背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同，的方向相反，背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同，D正确。正确。解析解析 解析解析 1.图像特征图像特征(1)简简谐谐运运动动的的图图像像是是一一条条正正弦弦或或余余弦弦曲曲线线，是是正正弦弦曲曲线线还还是是余余弦弦曲曲线线取决于质点初始时刻的位置。取决于质点初始时刻的位置。(2)图图像像反反映映的的是是位位移移随随时时间间的的变变化化规规律律，随随时时间间的的增增加加而而延延伸伸，图图像像不代表质点运动的轨迹。不代表质点运动的轨迹。(3)任任一一时时刻刻在在图图线线上上对对应应点点的的切切线线的的斜斜率率绝绝对对值值表表示示该该时时刻刻振振子子的的速速度度大大小小，斜斜率率正正负负表表示示速速度度的的方方向向，斜斜率率为为正正时时，表表示示振振子子的的速速度度沿沿x轴轴正正方向；斜率为负时，表示振子的速度沿方向；斜率为负时，表示振子的速度沿x轴负方向。轴负方向。2图像信息图像信息(1)由图像可以看出质点振动的振幅、周期。由图像可以看出质点振动的振幅、周期。(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。(3)可以确定某时刻质点所受的回复力、加速度和速度的方向。可以确定某时刻质点所受的回复力、加速度和速度的方向。回回复复力力和和加加速速度度的的方方向向：因因回回复复力力总总是是指指向向平平衡衡位位置置，故故回回复复力力和和加速度的方向在图像上总是指向加速度的方向在图像上总是指向t轴。轴。速速度度的的方方向向：某某时时刻刻