《高考物理冲刺专题复习课件第十一章第一讲机械振动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理冲刺专题复习课件第十一章第一讲机械振动（82页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、6机械波机械波()7横波和横波和纵波波()8横波的横波的图像像()9波速、波波速、波长和和频率率(周期周期)间的关系的关系() 10. 光的折射定律光的折射定律 () 11. 介质的折射率（即绝对折射率）介质的折射率（即绝对折射率） ()12.光的干涉，光的干涉，“用双缝干涉测量光的波长用双缝干涉测量光的波长”的实验原画：的实验原画： () 13.光的衍射和偏振现象光的衍射和偏振现象 () 14.全反射（光疏介质、光密介质、临界角）全反射（光疏介质、光密介质、临界角） () 实验：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度实验：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度机机械械振振动、动、机机械械波波与与
2、光光 本章考查的热点有简谐运动的特点及图象、波的图象本章考查的热点有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，和光的折射等以及波长、波速、频率的关系，和光的折射等. .题型以选题型以选择题为主，难度中等偏下择题为主，难度中等偏下. .波动与振动有时也以计算题的波动与振动有时也以计算题的形式考查形式考查. . 复习时应注意理解振动过程中回复力、位移、速度、复习时应注意理解振动过程中回复力、位移、速度、加速度等各物理的变化规律、振动与波动的关系及两个图加速度等各物理的变化规律、振动与波动的关系及两个图象的物理意义，注意图象在空间和时间上的周期性象的物理意义，注意图象在空间和时间上的
3、周期性. .分析分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时，应注意与实几何光学中的折射、全反射和临界角问题时，应注意与实际应用的联系，做出正确的光路图际应用的联系，做出正确的光路图. .一、简谐运动及运动规律一、简谐运动及运动规律1受力特点：受力特点：回复力回复力Fkx(1)F的大小与位移的大小与位移x成正比成正比(2)负号表示负号表示F与与x方向方向 相反相反3两种模型两种模型模型模型比比较项目目弹簧振子簧振子单摆模型示意模型示意图4简谐运动的图象简谐运动的图象(1)从平衡位置开始计时，函数表达式为从平衡位置开始计时，函数表达式为xAsint，图象，图象如图如图1111所示所示 图图1111
4、图图1112(2)从最大位移处开始计时，函数表达式从最大位移处开始计时，函数表达式xAcost，图，图象如图象如图1112所示所示特别提醒特别提醒(1)简谐运动具有往复性，位移相同时回复力、加速度、简谐运动具有往复性，位移相同时回复力、加速度、动能和势能等可以确定，但速度可能有两个方向动能和势能等可以确定，但速度可能有两个方向(2)简谐运动具有周期性和对称性特点，往往会出现多解简谐运动具有周期性和对称性特点，往往会出现多解问题问题二、受迫振动与共振二、受迫振动与共振1受迫振动受迫振动(1)概念：系统在概念：系统在 的外力的外力(驱动力驱动力)作用下的振动作用下的振动(2)振动特征：受迫振动的频
5、率等于振动特征：受迫振动的频率等于 的频率，与系的频率，与系统的统的 无关无关周期性周期性驱动力驱动力固有频率固有频率2共振共振(1)概念：驱动力的频率等于系统概念：驱动力的频率等于系统的的 时，受迫振动的振时，受迫振动的振幅最大的现象幅最大的现象(2)共振条件：驱动力的频率等于共振条件：驱动力的频率等于 图图1113系统的系统的 (3)特征：共振时特征：共振时 最大最大(4)共振曲线：如图共振曲线：如图1113所示所示 固有频率固有频率固有频率固有频率振幅振幅1如图如图1114所示是弹簧振子的振动图象，由此所示是弹簧振子的振动图象，由此图象可得，该弹簧振子做简谐运动的公式是图象可得，该弹簧振
6、子做简谐运动的公式是( ) 图图1114答案：答案：D2弹簧振子在水平方向上做简谐运动，下列说法中错弹簧振子在水平方向上做简谐运动，下列说法中错 误的是误的是 ()A振子在平衡位置，动能最大，势能最小振子在平衡位置，动能最大，势能最小B振子在最大位移处，势能最大，动能最小振子在最大位移处，势能最大，动能最小C振子在向平衡位置振动时，由于振子振幅减小，振子在向平衡位置振动时，由于振子振幅减小， 故总机械能减小故总机械能减小D在任意时刻，动能与势能之和保持不变在任意时刻，动能与势能之和保持不变解析：解析：振子在平衡位置两侧往复振动，在最大位移振子在平衡位置两侧往复振动，在最大位移处速度为零，动能为
7、零，此时弹簧的形变最大，势处速度为零，动能为零，此时弹簧的形变最大，势能最大，所以能最大，所以B正确；在任意时刻只有弹簧的弹力做正确；在任意时刻只有弹簧的弹力做功，所以机械能守恒，功，所以机械能守恒，D正确；到平衡位置处速度最正确；到平衡位置处速度最大，动能最大，势能最小，所以大，动能最大，势能最小，所以A正确；根据振幅的正确；根据振幅的大小与振子的位置无关，所以选项大小与振子的位置无关，所以选项C错误错误答案：答案：C3我们经常见到这样的现象，正在脱水的洗衣机，脱我们经常见到这样的现象，正在脱水的洗衣机，脱 水桶水桶 转得较快时，机身振动并不强烈，但切断电源后，某时转得较快时，机身振动并不强
8、烈，但切断电源后，某时 刻刻t，洗衣机机身振动反而强烈起来，随着脱水桶转速，洗衣机机身振动反而强烈起来，随着脱水桶转速 变慢，机身振动又减弱，这种现象说明变慢，机身振动又减弱，这种现象说明 ()At时刻，洗衣机惯性最大时刻，洗衣机惯性最大B洗衣机出现了故障，需维修洗衣机出现了故障，需维修C在在t时刻，转动周期等于洗衣机固有周期而发生共振时刻，转动周期等于洗衣机固有周期而发生共振D脱水桶衣物太多脱水桶衣物太多解析：解析：t时刻机身质量不变，惯性不变，时刻机身质量不变，惯性不变，A错错t时刻振动强烈的根本原因是发生了共振，并非出时刻振动强烈的根本原因是发生了共振，并非出现了故障或衣物过多，故现了故
9、障或衣物过多，故B、D均错，均错，C正确正确答案：答案：C解析：解析：对对A选项，只能说明这选项，只能说明这两个时刻振子位于同一位置，两个时刻振子位于同一位置，如图所示，设在如图所示，设在P点，并未说明这两个时刻振子的运动点，并未说明这两个时刻振子的运动方向是否相同，方向是否相同，t可以是振子由可以是振子由P向向B再回到再回到P的时间，的时间，故认为故认为t一定等于一定等于T的整数倍是错误的；对的整数倍是错误的；对B选项，振选项，振子两次到子两次到P位置时可以速度大小相等，方向相位置时可以速度大小相等，方向相答案：答案：C5有人利用安装在气球载人舱内的单摆来确定气球的有人利用安装在气球载人舱内
10、的单摆来确定气球的高度已知该单摆在海平面处的周期是高度已知该单摆在海平面处的周期是T0.当气球停当气球停在某一高度时，测得该单摆周期为在某一高度时，测得该单摆周期为T.求该气球此时离求该气球此时离海平面的高度海平面的高度h.(把地球看做质量均匀分布的半径为把地球看做质量均匀分布的半径为R的球体的球体)典例启迪典例启迪例例1 (2011明光模拟明光模拟)如图如图1115所示为一弹簧振子所示为一弹簧振子的振动图象，试完成以下问题：的振动图象，试完成以下问题： 图图1115(1)写出该振子简谐运动的表达式写出该振子简谐运动的表达式(2)在第在第2 s 末到第末到第3 s末这段时间内，弹簧振子的加速度
11、、速末这段时间内，弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性势能各是怎样变化的？度、动能和弹性势能各是怎样变化的？(3)该振子在前该振子在前100 s的总位移是多少？路程是多少？的总位移是多少？路程是多少？思路点思路点拨解答本题时应注意以下三个方面：解答本题时应注意以下三个方面：(1)振子的初始位置和运动方向振子的初始位置和运动方向(2)由由xt图象判断图象判断a、v、Ek、Ep的变化规律的变化规律(3)位移和路程的区别位移和路程的区别(3)振子经过一个周期位移为零，路程为振子经过一个周期位移为零，路程为54 cm20 cm，前前100 s刚好经过了刚好经过了25个周期，所以前个周期，所以前100 s
12、振子位移振子位移x0，振子路程，振子路程s2025 cm500 cm5 m. 答案答案见解析见解析归纳领悟归纳领悟(1)图象特征图象特征简谐运动的图象是一条正弦简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线，是正弦曲线还是或余弦曲线，是正弦曲线还是余弦曲线取决于质点初始时刻余弦曲线取决于质点初始时刻的位置的位置图象反映的是位移随时间的图象反映的是位移随时间的 图图1116变化规律，随时间的增加而延伸，图象不代表质点运变化规律，随时间的增加而延伸，图象不代表质点运动的轨迹动的轨迹任一时刻图线上过该点切线的斜率数值表示该时刻任一时刻图线上过该点切线的斜率数值表示该时刻振子的速度大小正负表示速度的方向，正时沿振
13、子的速度大小正负表示速度的方向，正时沿x正方正方向，负时沿向，负时沿x负方向负方向(2)图象信息图象信息由图象可以看出振幅、周期由图象可以看出振幅、周期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可以根据图象确定某时刻质点回复力、加速度和速可以根据图象确定某时刻质点回复力、加速度和速度的方向度的方向回复力和加速度的方向：因回复力总是指向平衡位回复力和加速度的方向：因回复力总是指向平衡位置，故回复力和加速度在图象上总是指向置，故回复力和加速度在图象上总是指向t轴轴速度的方向：速度的方向可以通过下一时刻位移的速度的方向：速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定，下一时
14、刻位移如增加，振动质点的速变化来判定，下一时刻位移如增加，振动质点的速度方向就是远离度方向就是远离t轴，下一时刻位移如减小，振动质轴，下一时刻位移如减小，振动质点的速度方向就是指向点的速度方向就是指向t轴轴题组突破突破1如图如图1117甲所示为以甲所示为以O点为平衡位置，在点为平衡位置，在A、B两点两点间做简谐运动的弹簧振子，图乙为这个弹簧振子的振动间做简谐运动的弹簧振子，图乙为这个弹簧振子的振动图象，由图可知下列说法中正确的是图象，由图可知下列说法中正确的是 () 图图1117A在在t0.2 s时，弹簧振子的加速度为正向最大时，弹簧振子的加速度为正向最大B在在t0.1 s与与t0.3 s两个
15、时刻，弹簧振子在同一位置两个时刻，弹簧振子在同一位置C从从t0到到t0.2 s时间内，弹簧振子做加速度减小的减时间内，弹簧振子做加速度减小的减速运动速运动D在在t0.6 s时，弹簧振子有最小的弹性势能时，弹簧振子有最小的弹性势能解析：解析：从图可以看出，从图可以看出，t0.2 s时，弹簧振子的位移为正时，弹簧振子的位移为正向最大值，而弹簧振子的加速度与位移大小成正比，方向最大值，而弹簧振子的加速度与位移大小成正比，方向与位移方向相反，向与位移方向相反，A错误；在错误；在t0.1 s与与t0.3 s两个时两个时刻，弹簧振子的位移相同，即在同一位置，刻，弹簧振子的位移相同，即在同一位置，B正确；从
16、正确；从t0到到t0.2 s时间内，弹簧振子从平衡位置向最大位移时间内，弹簧振子从平衡位置向最大位移运动，位移逐渐增大，加速度逐渐增大，加速度方向与运动，位移逐渐增大，加速度逐渐增大，加速度方向与速度方向相反，弹簧振子做加速度增大的减速运动，速度方向相反，弹簧振子做加速度增大的减速运动，C错误；在错误；在t0.6 s时，弹簧振子的位移负向最大，即弹簧时，弹簧振子的位移负向最大，即弹簧的形变最大，弹簧振子的弹性势能最大，的形变最大，弹簧振子的弹性势能最大，D错误错误答案：答案：B2甲、乙两弹簧振子，振动图象如图甲、乙两弹簧振子，振动图象如图1118所示，所示，则可知则可知() 图图1118A两弹
17、簧振子完全相同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两弹簧振子所受回复力最大值之比F甲甲 F乙乙2 1C振子甲速度为零时，振子乙速度最大振子甲速度为零时，振子乙速度最大D振子的振动频率之比振子的振动频率之比f甲甲 f乙乙 2 1解析：解析：从图象中可以看出，两弹簧振子周期之比从图象中可以看出，两弹簧振子周期之比T甲甲 T乙乙2 1，得频率之比，得频率之比f甲甲 f乙乙1 2，D错误；弹簧振子周期与振错误；弹簧振子周期与振子质量、弹簧劲度系数子质量、弹簧劲度系数k有关，周期不同，说明弹簧振子有关，周期不同，说明弹簧振子不同，不同，A错误；由于弹簧的劲度系数错误；由于弹簧的劲度系数k不
18、一定相同，所以两不一定相同，所以两振子受回复力振子受回复力(Fkx)的最大值之比的最大值之比F甲甲 F乙乙不一定为不一定为2 1，所，所以以B错误；对简谐运动进行分析可知，在振子到达平衡位错误；对简谐运动进行分析可知，在振子到达平衡位置时位移为零，速度最大；在振子到达最大位移处时，速置时位移为零，速度最大；在振子到达最大位移处时，速度为零，从图象中可以看出，在振子甲到达最大位移处时，度为零，从图象中可以看出，在振子甲到达最大位移处时，振子乙恰到达平衡位置，所以振子乙恰到达平衡位置，所以C正确正确答案：答案：C例例2如图如图1119所示，在水平地所示，在水平地面上有一段光滑圆弧形槽，弧的半径面上
19、有一段光滑圆弧形槽，弧的半径是是R，所对圆心角小于，所对圆心角小于10，现在圆弧，现在圆弧的右侧边缘的右侧边缘M处放一个小球处放一个小球A，使其由，使其由静止开始下滑，则：静止开始下滑，则：(1)球球A由由M至至O的过程中所需时间的过程中所需时间t为为 图图1119多少？在此过程中能量如何转化多少？在此过程中能量如何转化(定性定性说明说明)?(2)若在若在MN圆弧上存在两点圆弧上存在两点P、Q，且，且P、Q关于关于O点对称，点对称，且已测得球且已测得球A由由P直达直达Q所需时间为所需时间为t，则球，则球A由由Q至至N的最的最短时间为多少？短时间为多少？(3)若在圆弧的最低点若在圆弧的最低点O的
20、正上方的正上方h处由静止释放小球处由静止释放小球B，让，让其自由下落，同时球其自由下落，同时球A从圆弧右侧边缘从圆弧右侧边缘M处由静止释放，处由静止释放，欲使欲使A、B两球在圆弧最低点两球在圆弧最低点O处相遇，则球处相遇，则球B下落的高度下落的高度h是多少？是多少？归纳领悟悟(1)简谐运动的质点在平衡位置两侧对称位置，其回复力、简谐运动的质点在平衡位置两侧对称位置，其回复力、位移、加速度、动能、势能等均具有对称性，但速度位移、加速度、动能、势能等均具有对称性，但速度的方向有相同和相反两种可能的方向有相同和相反两种可能(2)简谐运动的周期性和速度的双向性往往引起振动的多简谐运动的周期性和速度的双
21、向性往往引起振动的多解，考虑不全面，求特殊解是常见的错误解法解，考虑不全面，求特殊解是常见的错误解法题组突破突破3一个质点在平衡位置一个质点在平衡位置O点附近点附近做机械振动若从做机械振动若从O点开始计点开始计 图图11110时，经过时，经过3 s质点第一次经过质点第一次经过M点点(如图如图11110所示所示)；再继续运动，又经过；再继续运动，又经过2 s它第二次经过它第二次经过M点；则该质点；则该质点第三次经过点第三次经过M点还需要的时间是点还需要的时间是 ()答案：答案：C4如图如图11111所示，弹簧下端挂一质所示，弹簧下端挂一质量为量为m的物体，物体在竖直方向上做振的物体，物体在竖直方
22、向上做振幅为幅为A的简谐运动，当物体振动到最高的简谐运动，当物体振动到最高点时，弹簧正好为原长，则物体在振动点时，弹簧正好为原长，则物体在振动过程中过程中 () 图图11111A物体在最低点时所受的弹力大小应为物体在最低点时所受的弹力大小应为2mgB弹簧的弹性势能和物体动能总和不变弹簧的弹性势能和物体动能总和不变C弹簧的最大弹性势能等于弹簧的最大弹性势能等于mgAD物体的最大动能应等于物体的最大动能应等于mgA解析解析:由于物体振动到最高点时，弹簧正好为原长，故该由于物体振动到最高点时，弹簧正好为原长，故该点处物体的加速度大小为点处物体的加速度大小为g，方向竖直向下，根据振动的对，方向竖直向下
23、，根据振动的对称性，物体在最低点时的加速度大小也为称性，物体在最低点时的加速度大小也为g，方向竖直向上，方向竖直向上，由牛顿第二定律由牛顿第二定律Fmgma，而，而ag，得物体在最低点时，得物体在最低点时所受的弹力大小应为所受的弹力大小应为2mg，A选项正确；在振动过程中弹簧选项正确；在振动过程中弹簧的弹性势能、物体的动能及物体的重力势能总和不变，的弹性势能、物体的动能及物体的重力势能总和不变，B选选项错误；从最高点运动到最低点时，由机械能守恒项错误；从最高点运动到最低点时，由机械能守恒得得重力势能的减少等于弹簧弹性势能的增加，故弹簧重力势能的减少等于弹簧弹性势能的增加，故弹簧的最大弹性势能等
24、于的最大弹性势能等于2mgA，C选项错误；物体在平衡选项错误；物体在平衡位置时具有最大动能，从最高点到平衡位置的过程，位置时具有最大动能，从最高点到平衡位置的过程，由动能定理得由动能定理得EkmmgAW弹簧弹簧，故，故D选项错误选项错误答案答案:A5. 如如图11112所示，一个光滑的所示，一个光滑的圆弧形槽半径弧形槽半径为R，放在水平地面上，放在水平地面上，圆弧所弧所对的的圆心角小于心角小于5.AD的的长为x，今有一小球，今有一小球m1以沿以沿AD方向方向的初速度的初速度v从从A点开始运点开始运动，要使，要使 图11112小球小球m1可以与固定在可以与固定在D点的小球点的小球m2相碰撞，那么
25、小球相碰撞，那么小球m1的速度的速度v应满足什么条件？足什么条件？典例启迪典例启迪例例3一砝码和一轻质弹簧构成弹簧振一砝码和一轻质弹簧构成弹簧振子，如图子，如图11113所示的装置可用于所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动匀速转动研究该弹簧振子的受迫振动匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动，把手匀速转动的周期振子做受迫振动，把手匀速转动的周期就是驱动力的周期，改变把手匀速转动就是驱动力的周期，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期若保的速度就可以改变驱动力的周期若保 图图11113持把手不动，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动
26、，持把手不动，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图振动图线如图11114甲所示当把手以某一速度匀速甲所示当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图11115乙所示乙所示 甲甲 乙乙 图图11114若用若用T0表示弹簧振子的固有周期，表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，表示驱动力的周期，Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则 ()A由图线可知由图线可知T04 sB由图线可知由图线可知T08 sC当当T在在4 s附近时，附近时，Y显著减小；当显著减小；当T比比4 s
27、小得多或大得小得多或大得多时，多时，Y很小很小D当当T在在8 s附近时，附近时，Y显著增大；当显著增大；当T比比8 s小得多或大得小得多或大得多时，多时，Y很小很小思路点思路点拨解答本题时应注意以下两个方面：解答本题时应注意以下两个方面：(1)由振动图象确定固有周期和驱动力的周期由振动图象确定固有周期和驱动力的周期(2)振子发生共振的条件振子发生共振的条件解析解析由图可知弹簧振子的固有周期由图可知弹簧振子的固有周期T04 s，故，故A选项正选项正确，确，B选项错误根据受迫振动的特点：当驱动力的周期选项错误根据受迫振动的特点：当驱动力的周期与系统的固有周期相同时发生共振，振幅最大；当驱动与系统的
28、固有周期相同时发生共振，振幅最大；当驱动力的周期与系统的固有周期相差越多时，受迫振动物体力的周期与系统的固有周期相差越多时，受迫振动物体振动稳定后的振幅越小，故振动稳定后的振幅越小，故C、D选项错误选项错误答案答案A归纳领悟悟(1)所有受迫振动的周期均等于驱动力的周期所有受迫振动的周期均等于驱动力的周期(2)驱动力的周期与固有周期越接近，振幅越大，两周驱动力的周期与固有周期越接近，振幅越大，两周期相同时，发生共振，振幅最大期相同时，发生共振，振幅最大题组突破突破6某振动系统的固有频率为某振动系统的固有频率为f0，在周期性驱动力的作用，在周期性驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为下做受迫振动
29、，驱动力的频率为f.若驱动力的振幅保若驱动力的振幅保持不变，下列说法中正确的是持不变，下列说法中正确的是 ()A当当ff0时，该振动系统的振幅随时，该振动系统的振幅随f增大而减小增大而减小B当当ff0时，该振动系统的振幅随时，该振动系统的振幅随f减小而减小减小而减小C该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0D. 该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f解析：解析：受迫振动的振幅受迫振动的振幅A随驱动力频率随驱动力频率的变化规律如图所示，显然的变化规律如图所示，显然A、B错错振动稳定时系统的频率等于驱动力的振动稳定时系
30、统的频率等于驱动力的频率，即频率，即C错错D对对答案：答案：D7如图如图11115为单摆的两次受迫振动中的共振曲线，为单摆的两次受迫振动中的共振曲线，则下列说法错误的是则下列说法错误的是 () 图图11115A若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相同，则图线相同，则图线表示月球上单摆的共振曲线表示月球上单摆的共振曲线B若两次受迫振动是在地球上同一地点进行，则两次摆若两次受迫振动是在地球上同一地点进行，则两次摆长之比长之比L L25 4C图线图线若是在地面上完成的，则该摆摆长约为若是在地面上完成的，则该摆摆长约为1 mD若摆长均为若摆长均为
31、1 m，则图线，则图线是在地面上完成的是在地面上完成的答案：答案：D当带电单摆放到跟振动平面垂直的磁场中时，由于当带电单摆放到跟振动平面垂直的磁场中时，由于洛伦兹力始终与速度方向垂直，不改变等效加速度洛伦兹力始终与速度方向垂直，不改变等效加速度g的大小，故周期的大小，故周期T不变不变 (8分分)如图如图11116所示，所示，一小球用长为一小球用长为l的细线系于与水平的细线系于与水平面成面成角的光滑斜面内，小球呈角的光滑斜面内，小球呈平衡状态，若使细线偏离平衡位置且偏角平衡状态，若使细线偏离平衡位置且偏角10，然后将小球由静止释放，则小球第一次运动到最低然后将小球由静止释放，则小球第一次运动到最低点所需的时间点所需的时间t为多少？为多少？图图11116点击下图进入点击下图进入“创新演练创新演练大冲关大冲关”同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全
