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1、机械振动与机械波光电磁波与相对论机械振动与机械波光电磁波与相对论第 十三 章考 试 说 明考点内容考点内容要求要求说明说明要点解读要点解读机械机械振动振动与机与机械波械波简谐运动简谐运动1.简谐运动简谐运动只限于单摆只限于单摆和弹簧振子和弹簧振子知道知道弹弹簧簧振振子模型，简子模型，简谐谐运动的平运动的平衡衡位置、位置、回复力、位移、回复力、位移、振振幅幅等概念；等概念；清楚清楚物体做简物体做简谐谐运动的条件，简运动的条件，简谐谐运动过程中动能、速率、运动过程中动能、速率、加速度等物理量的变化特点，简加速度等物理量的变化特点，简谐谐运动的对运动的对称性。一般在选称性。一般在选择择题中结合题中结
2、合振振动图动图像像考查。考查。简谐运动简谐运动的公式和的公式和图象图象2.简谐运动简谐运动的公式只限的公式只限于回复力公于回复力公式；图象只式；图象只限于位移限于位移时间图象时间图象知道简知道简谐谐运动位移运动位移随随时间的变化关系。理解时间的变化关系。理解简简谐谐运动运动yt图象的意义：能区分图象的意义：能区分振振动图象动图象和波动图象，知道波动图象与和波动图象，知道波动图象与振振动图象的联动图象的联系与区别；能从图象中知道质点简系与区别；能从图象中知道质点简谐谐运动的运动的周期、周期、振振幅幅、某时刻的、某时刻的振振动方向等。一般在动方向等。一般在选选择择题中与波动图象一题中与波动图象一起
3、起考查，考查考考查，考查考生生的的推理能力和综合分析能力，需熟练掌握。推理能力和综合分析能力，需熟练掌握。考点内容考点内容要求要求说明说明要点解读要点解读机械振机械振动与机动与机械波械波机械波机械波、横横波和纵波波和纵波知道机械波的知道机械波的产产生生和和传传播播特点，机械波是前面质点带动后特点，机械波是前面质点带动后面质点的面质点的振振动，后面质点重复前面质点的动，后面质点重复前面质点的振振动形式，动形式，振振动动的形式和能量在的形式和能量在介介质中匀速质中匀速传传播播，参与波动的质点在平，参与波动的质点在平衡衡位置位置附附近近振振动，不动，不随随波发波发生生迁迁移。知道根据移。知道根据振振
4、动方向和波动方向和波的的传传播播方向的关系把波分为方向的关系把波分为横横波和波和纵纵波，知道波，知道横横波的波波的波峰峰和波和波谷谷概念，概念，纵纵波的波的密部密部和和疏部疏部，能在有关问题中应用。，能在有关问题中应用。考点内容考点内容要求要求说明说明要点解读要点解读机械振机械振动与机动与机械波械波横波的图象横波的图象知道波动图象的物理意义；能结合实际题目说明波的成因和知道波动图象的物理意义；能结合实际题目说明波的成因和传传播播特点，前面的质点带动后面质点特点，前面的质点带动后面质点振振动，后面质点重复前面质动，后面质点重复前面质点的点的振振动形式，动形式，振振动形式和能量在动形式和能量在介介
5、质中匀速质中匀速传传播播；能根据波；能根据波动图象确定相关的问题，如波长、动图象确定相关的问题，如波长、振振幅幅、该时刻质点的位移；、该时刻质点的位移；已已知波的知波的传传播播方向能确定质点方向能确定质点振振动方向或动方向或已已知质点知质点振振动方向能动方向能确定波确定波传传播播的方向；会根据的方向；会根据t时刻的波形求时刻的波形求tt时刻的波形。时刻的波形。理解波动图象的时间周期性和空间周期性。理解波动图象的时间周期性和空间周期性。经经常和常和振振动图象结动图象结合考查考合考查考生生的推理能力和分析综合能力，需熟练掌握。的推理能力和分析综合能力，需熟练掌握。考点内容考点内容要要求求说明说明要
6、点解读要点解读电电磁磁振振荡荡与与电电磁磁波波电磁波的产生电磁波的产生知道变化的电场知道变化的电场产产生生磁场，变化的磁场，变化的磁场磁场产产生生电场。变化的电场和磁场电场。变化的电场和磁场在空间相在空间相互激互激发发产产生生电磁波。电磁波。电磁波的发射电磁波的发射、传播和接收传播和接收知道电磁波的发知道电磁波的发射射、传传播播和接和接收收的的过程。过程。电磁波谱电磁波谱了解电磁波了解电磁波按按波长或频率排列的情波长或频率排列的情况，知道不同波长电磁波的特点。况，知道不同波长电磁波的特点。考点内考点内容容要求要求说明说明要点解读要点解读相对相对论论狭义相狭义相对论的对论的基本假基本假设设知道知
7、道狭狭义相对论的两个基本义相对论的两个基本假假设设。爱爱因因斯坦斯坦的相对性的相对性原原理，对于任何理，对于任何惯惯性性系物理规律不变；光速不变系物理规律不变；光速不变原原理，光理，光在在真真空中的速度在任何空中的速度在任何惯惯性参考系中性参考系中的数值不变。的数值不变。质能关质能关系系少有考查。知道质能关系的表少有考查。知道质能关系的表达达式式Emc2 2，理解，理解各各量的含义。量的含义。第第1讲机械振动讲机械振动1 1知知 识识 梳梳 理理 自自 测测2 2核核 心心 考考 点点 突突 破破3 32 2年年 高高 考考 模模 拟拟知识梳理自测知识梳理自测1简谐运动的规律：质点的位移与时间
8、的关系遵从_规律，质点的振动图象(xt图象)是一条_。简谐运动 正弦函数正弦函数 正弦曲线正弦曲线 2平衡位置：(1)如图所示，平衡位置是物体在振动过程中_为零的位置，并不一定是_为零的位置。(2)回复力：使振动物体返回到_的力，其方向总是指向平衡位置。属于_，可以是某一个力，也可以是几个力的合力或某个力的分力。回复力回复力 合力合力 平衡位置平衡位置 效果力效果力 3描述简谐运动的物理量：物理量物理量定义定义意义意义位移位移(x)由由_指向质点指向质点_的有向线段的有向线段描述质点振动中某时刻描述质点振动中某时刻的位置相对于的位置相对于_的位移的位移振幅振幅(A)振动物体离开平衡位置的振动物
9、体离开平衡位置的_描述振动的描述振动的_和能量和能量周期周期(T)振动物体完成一次振动物体完成一次_所需时间所需时间描述振动的描述振动的_，两者互为倒数：两者互为倒数：T_。频率频率(f)振动物体振动物体_内内完成全振动的次数完成全振动的次数平衡位置平衡位置 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 单位时间单位时间 快慢快慢 1简谐运动的表达式(1)动力学表达式：F_，其中“”表示回复力与位移的方向相反。(2)运动学表达式：x_，其中A代表振幅，2f表示简谐运动的快慢。简谐运动的表达式和图象 kx Asin(t) 2简谐运动的图象(1)从_开始计时，函数表
10、达式为xAsint，图象如图甲所示。(2)从_开始计时，函数表达式为xAcost，图象如图乙所示。平衡位置平衡位置 最大位移处最大位移处 简谐运动的两种模型的比较单摆、周期公式 阻力阻力 模型模型弹簧振子弹簧振子单摆单摆回复力回复力弹簧的弹簧的_提提供供摆球摆球_沿与摆线沿与摆线垂直方向的分力垂直方向的分力平衡位置平衡位置弹簧处于弹簧处于_处处_点点周期周期与与_无关无关T_能量转化能量转化弹性势能与动能的弹性势能与动能的相互转化相互转化，_守恒守恒重力势能与动能的相互转重力势能与动能的相互转化化，_守恒守恒弹力弹力 重力重力 原长原长 最低最低 振幅振幅 机械能机械能 机械能机械能 自由振动
11、、受迫振动和共振的比较受迫振动和共振 振动类型振动类型比较项目比较项目自由振动自由振动受迫振动受迫振动共振共振受力情况受力情况仅受回复力仅受回复力周期性周期性_作用作用周期性周期性_作用作用振动周期振动周期或频率或频率由系统由系统_决定，即固有决定，即固有周期或固有频周期或固有频率率由驱动力的周由驱动力的周期或频率决定期或频率决定，即即T_或或f_T驱驱_或或f驱驱_振动能量振动能量振动物体的机振动物体的机械能械能_由产生驱动力由产生驱动力的物体提供的物体提供振动物体获得振动物体获得的能量的能量_驱动力驱动力 驱动力驱动力本身性质本身性质 T驱驱f驱驱 T固固 f固固 不变不变 最大最大 思维
12、诊断：(1)简谐运动是匀变速运动。()(2)周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量。()(3)振幅等于振子运动轨迹的长度。()(4)简谐运动的回复力可以是恒力。()(5)弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零、动能最大。()(6)单摆在任何情况下的运动都是简谐运动。()(7)物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关。()(8)简谐运动的图象描述的是振动质点的轨迹。()B C 解析弹簧振子做简谐运动，先后经过M、N两点时速度v(v0)相同，根据对称性可知M、N两点关于平衡位置对称，两点相对于平衡位置的位移大小相等、方向相反，根据Fkx可知，回复力大小相等、方向相反，故A、B错误；振子在M
13、、N两点所受回复力大小相等，可知加速度大小相等，故C正确；从M点到N点，回复力先减小后增大，振子的加速度先减小后增大，所以振子先做变加速运动，后做变减速运动，故D错误。ACE 解析飞机的机翼(翅膀)很快就抖动起来，是因为驱动力的频率接近机翼的固有频率发生共振，在飞机机翼前装置配重杆，是为了改变机翼的固有频率，使驱动力的频率远离机翼的固有频率，故D正确。D 核心考点突破核心考点突破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与物体偏离平衡位置的位移成正比，但加速度方向与位移方向相反，为变加速运动，远离平衡位置时，x、F
14、、a、Ep均增大，v、Ek均减小，靠近平衡位置时则相反。简谐运动的基本特征及应用 (3)振子由P到O所用时间等于由O到P所用时间，即tPOtOP。(4)振子往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等，即tOPtPO。5能量特征振动的能量包括动能Ek和势能Ep，简谐运动过程中，系统动能与势能相互转化，系统的机械能守恒。ACD 解题导思：(1)题目中所对应的情况有几种可能？(2)请作出示意图，并在图中找出对应几个时刻的振动位置。类题演练类题演练 1 ACE 1图象特征(1)简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线，是正弦曲线还是余弦曲线取决于质点初始时刻的位置。(2)图象反映的是位移随时间的变化规
15、律，随时间的增加而延伸，图象不代表质点运动的轨迹。(3)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x轴正方向，负时沿x轴负方向。简谐运动的图象 2图象信息(1)由图象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。(3)可以确定某时刻质点的回复力、加速度和速度的方向。回复力和加速度的方向：因回复力总是指向平衡位置，故回复力和加速度的方向在图象上总是指向t轴。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，若下一时刻位移增加，速度方向就是远离t轴；若下一时刻位移减小，速度方向就是指向t轴。(4)可以确定某段时间内质点的
16、位移、回复力、加速度、速度、动能、势能等的变化情况。A振动周期为5s，振幅为8cmB第2s末振子的速度为零，加速度为负向的最大值C从第1s末到第2s末振子在做加速运动D第3s末振子的速度为正向的最大值D 解析由振动图象可得周期为4s，振幅为8cm，A项错误；第2s末图象的斜率为零，则速度为零，位移为负向最大值，则加速度为正向的最大值，B项错误；从第1s末到第2s末振子在做减速运动，C项错误；第3s末斜率最大且为正值，则振子的速度为正向的最大值，D项正确。答案：(1)如图所示(2)0.52m类题演练类题演练 2 解析(1)当振子振动到右方最大位移处时，位移最大为2cm，周期为0.4s，若以向右为
17、位移的正方向，则振动图象如图所示1共振曲线：如图所示的共振曲线，曲线表示受迫振动的振幅A(纵坐标)随驱动力频率f(横坐标)的变化而变化。驱动力的频率f跟振动系统的固有频率f0相差越小，振幅越大；驱动力的频率f等于振动系统的固有频率f0时，振幅最大。受迫振动和共振 2受迫振动中系统能量的转化：做受迫振动的系统的机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换。B 解题导思：(1)发生共振的条件是什么？(2)单摆的周期公式是怎样的？周期和频率的关系是什么？类题演练类题演练 3 ACD A由图甲可知该弹簧振子的固有周期为4sB由图乙可知该弹簧振子的固有周期为8sC由图乙可知外力的周期为8sD如果改变外力的周
18、期，在外力周期接近4s时该弹簧振子的振幅较大解析题图甲是弹簧振子做简谐运动时的图象，故由题图甲可知，弹簧振子的固有周期为T04s，A正确；题图乙是弹簧振子做受迫振动的图象，故外力的周期为8s，C正确，B错误；当物体的驱动力频率等于物体的固有频率时，物体的振动达到最强，故当外力周期接近4s时，弹簧振子振幅较大，D正确。实验：用单摆测定重力加速度 2注意事项(1)构成单摆的条件：细线的质量要小、弹性要小，选用体积小、密度大的小球，摆角不超过5。(2)要使摆球在同一竖直面内摆动，不能形成圆锥摆，方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放。(3)测周期的方法：要从摆球过平衡位置时开始计时。因为此处速度大、计
19、时误差小，而最高点速度小、计时误差大。要测多次全振动的时间来计算周期。如在摆球过平衡位置时开始计时，且在数“零”的同时按下秒表，以后每当摆球从同一方向通过平衡位置时计数1次。(1)用游标尺上有10个小格的游标卡尺测量摆球的直径如图甲所示，摆球直径为_cm。把摆球用细线悬挂在铁架台上，测量摆线长，通过计算得到摆长L。2.06 (2)用秒表测量单摆的周期。当单摆摆动稳定且到达最低点时开始计时并记为n1，单摆每经过最低点记一次数，当数到n60时秒表的示数如图乙所示，该单摆的周期是T_s(结果保留三位有效数字)。2.28 (3)测量出多组周期T、摆长L的数值后，画出T2l图象如图丙，此图线斜率的物理意
20、义是()C(4)在(3)中，描点时若误将摆线长当作摆长，那么画出的直线将不通过原点，由图线斜率得到的重力加速度与原来相比，其大小()A偏大 B偏小C不变 D都有可能(5)该小组的另一同学没有使用游标卡尺也测出了重力加速度，他采用的方法是：先测出一摆线较长的单摆的振动周期T1，然后把摆线缩短适当的长度L，再测出其振动周期T2。用该同学测出的物理量表达重力加速度为g_。C (1)实验时必须控制摆角在_以内，并且要让单摆在_平面内摆动。类题演练类题演练 4 5同一竖直同一竖直 (2)某同学测出不同摆长对应的周期T，作出LT2图线，如图所示，再利用图线上任意两点A、B的坐标(x1，y1)、(x2，y2)，可求得g_。(3)若该同学测量摆长时漏加了小球半径，而其他测量、计算均无误，则用上述方法求得的g值和真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”)解析(1)单摆模型是一种理想化的模型，只有在摆角小于5的范围内，其运动才近似为简谐运动，同时要注意不能做圆锥摆运动，要让单摆在同一竖直平面内摆动不变不变
