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1、选修选修3-4机械振动机械波光机械振动机械波光电磁波相对论简介电磁波相对论简介第第1 1讲讲 机械振动机械振动 抓住抓住四个四个考点考点备选视频展台备选视频展台突破突破三个三个考向考向 随堂随堂基础演练基础演练第第1讲讲机械振动机械振动1.简谐运动单摆、单摆的周期公式简谐运动单摆、单摆的周期公式2.简谐运动的公式和图象简谐运动的公式和图象3.受迫振动和共振受迫振动和共振 4.实验：探究单摆的运动、用单摆测定实验：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度重力加速度1.简谐运动的规律简谐运动的规律 2.简谐运动的公式与图象简谐运动的公式与图象 3.探究单摆的运动、用单摆测定重力加速探究单摆的运动、用单
2、摆测定重力加速度度显示显示/隐藏隐藏机械振动机械振动机械波机械波光光电磁波电磁波相对论简介相对论简介 备选多媒体展台备选多媒体展台1.用砂摆显示简谐运动的图像用砂摆显示简谐运动的图像2.单摆单摆3.单摆振动过程中的机械能守恒单摆振动过程中的机械能守恒4.面波的衍射面波的衍射5.多普勒效应多普勒效应6.惠更斯原理惠更斯原理7.全反射现象的演示全反射现象的演示8.光的干涉光的干涉-杨氏干涉实验杨氏干涉实验9.光的双缝干涉条纹的形成光的双缝干涉条纹的形成10.光的单缝衍射光的单缝衍射11.电磁振荡电磁振荡12.电磁振荡的图像电磁振荡的图像13.同时的相对性同时的相对性14.长度的相对性长度的相对性1
3、5.时间间隔的相对性时间间隔的相对性 01抓住四个考点抓住四个考点【思维驱动思维驱动】 如图所示，弹簧振子如图所示，弹簧振子在在B、C间振动，间振动，O为为平衡位置，平衡位置，BOOC5cm，若，若振子从振子从B到到C的运动时间是的运动时间是1s，则，则下列说法正确的是下列说法正确的是()A.振子从振子从B经经O到到C完成一次全振完成一次全振动动B.振动周期是振动周期是1s，振幅是，振幅是10cmC.经过两次全振动，振子通过的经过两次全振动，振子通过的路程是路程是20cmD.从从B开始经过开始经过3s，振子通过的，振子通过的路程是路程是30cm考纲点击考纲点击 1.1.简谐运动简谐运动 单摆、
4、单摆的周期公式单摆、单摆的周期公式解析解析振子从振子从BOC仅完成仅完成了半次全振动，所以周期了半次全振动，所以周期T21s2s，振幅，振幅ABO5cm.弹簧振子在一次全振动过程中弹簧振子在一次全振动过程中通过的路程为通过的路程为4A20cm，所以，所以两次全振动中通过路程为两次全振动中通过路程为40cm,3s的时间为的时间为1.5T，所以振子，所以振子通过的路程为通过的路程为30cm.答案答案D 01抓住四个考点抓住四个考点【知识存盘知识存盘】 1简谐运动简谐运动(1)定义：物体在跟位移大小成正比并且总是指向定义：物体在跟位移大小成正比并且总是指向_的回的回复力作用下的振动复力作用下的振动(
5、2)简谐运动的特征简谐运动的特征动力学特征：动力学特征：F回回_.运动学特征：运动学特征：x、v、a均按正弦或余弦规律发生周期性变化均按正弦或余弦规律发生周期性变化(注注意意v、a的变化趋势相反的变化趋势相反)能量特征：系统的机械能守恒，振幅能量特征：系统的机械能守恒，振幅A不变不变kx平衡位置平衡位置 01抓住四个考点抓住四个考点2简谐运动的两种模型简谐运动的两种模型 模型模型弹簧振子弹簧振子单摆单摆示意图示意图简谐运动简谐运动条件条件(1)弹簧质量可忽略弹簧质量可忽略(2)无摩擦等阻力无摩擦等阻力(3)在弹簧弹性限度内在弹簧弹性限度内(1)摆线为不可伸缩的轻细线摆线为不可伸缩的轻细线(2)
6、无空气等阻力无空气等阻力(3)最大摆角小于最大摆角小于10回复力回复力弹簧的弹簧的_提供提供摆球摆球_沿与摆线垂直沿与摆线垂直(即即切向切向)方向的分力方向的分力平衡位置平衡位置 弹簧处于弹簧处于_处处最低点最低点周期周期与振幅无关与振幅无关T2能量转化能量转化弹性势能与动能的相互转弹性势能与动能的相互转化，机械能守恒化，机械能守恒重力势能与动能的相互转化，重力势能与动能的相互转化，机械能守恒机械能守恒弹力弹力原长原长重力重力 01抓住四个考点抓住四个考点状元微博状元微博【思维驱动思维驱动】 01抓住四个考点抓住四个考点如图所示为一弹簧振子的振动图象，如图所示为一弹簧振子的振动图象，求：求：(
7、1)该振子简谐运动的表达式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，末这段时间内，弹簧振子的加速度、速度、动能和弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性势能各是怎样变化的？弹性势能各是怎样变化的？(3)该振子在前该振子在前100 s的总位移是多少的总位移是多少？路程是多少？路程是多少？ 考纲点击考纲点击 2.2.简谐运动的公式和图象简谐运动的公式和图象提示提示1.参考振动图象各特点写简谐运动的表达式参考振动图象各特点写简谐运动的表达式.2.掌握掌握弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性势能与其位移的关系势能与其位移的关系.3.掌握振子一
8、段时间内总位移及路程的求法掌握振子一段时间内总位移及路程的求法. 01抓住四个考点抓住四个考点【知识存盘知识存盘】 1简谐运动的表达式简谐运动的表达式(1)动力学表达式动力学表达式:Fkx,其中其中“”表示回复力与位移的方向相反表示回复力与位移的方向相反.(2)运动学表达式运动学表达式:xAsin(t),其中其中A代表振幅代表振幅,2f表示简谐运动的快表示简谐运动的快慢慢,(t)代表简谐运动的相位代表简谐运动的相位,叫做叫做初相初相.2简谐运动的图象简谐运动的图象(1)从平衡位置开始计时，函数表达式从平衡位置开始计时，函数表达式为为xAsint，图象如图甲所示，图象如图甲所示(2)从最大位移处
9、开始计时，函数表达从最大位移处开始计时，函数表达式为式为xAcost，图象如图乙所示，图象如图乙所示动画展示：动画展示：用砂摆显示简谐运动的图像用砂摆显示简谐运动的图像 01抓住四个考点抓住四个考点状元微博状元微博简谐运动的对称性简谐运动的对称性(1)瞬时量的对称性瞬时量的对称性(2)过程量的对称性过程量的对称性:振动质点来回振动质点来回通过相同的两点间的时间相等通过相同的两点间的时间相等,如如tBCtCB；质点经过关于平衡位置；质点经过关于平衡位置对称的等长的两线段时时间相等对称的等长的两线段时时间相等,如如tBCtBC,如动态图所示如动态图所示. 01抓住四个考点抓住四个考点【思维驱动思维
10、驱动】 一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，如图甲所示，该装置可用于研究弹簧一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，如图甲所示，该装置可用于研究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，使振子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，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期若保持把手不动，给砝码一向下的动的速度就可以改变驱动力的周期若保持把手不动，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图乙所示当把手以某一速度初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图乙所示当把
11、手以某一速度匀速运动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图象如图丙所示若用匀速运动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图象如图丙所示若用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，r表示受迫振动达到稳表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则：定后砝码振动的振幅，则：(1)稳定后，物体振动的频率稳定后，物体振动的频率f_ Hz.考纲点击考纲点击 3.3.受迫振动和共振受迫振动和共振0.25 01抓住四个考点抓住四个考点(2)欲使物体的振动能量最大，需满足什么条件？欲使物体的振动能量最大，需满足什么条件？答：答：_.(3)利用上述所涉及的知识，请分析某同学所提
12、问题的物理依据利用上述所涉及的知识，请分析某同学所提问题的物理依据.“某同学考虑，我国火车第六次大提速时，需尽可能的增加铁轨单节长某同学考虑，我国火车第六次大提速时，需尽可能的增加铁轨单节长度，或者是铁轨无接头度，或者是铁轨无接头”答：答：_.应发生共振应发生共振,即振子的振动周期即振子的振动周期TT04s.单节车轨很长，或无接头，则振动的驱动力周期非常大，从而单节车轨很长，或无接头，则振动的驱动力周期非常大，从而远离火车本身的固有周期，使火车的振幅较小，火车提高车速远离火车本身的固有周期，使火车的振幅较小，火车提高车速越方便越方便 01抓住四个考点抓住四个考点【知识存盘知识存盘】 1自由振动
13、、受迫振动和共振的比较自由振动、受迫振动和共振的比较 振动类形振动类形项目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驱动力周期性驱动力作用作用周期性驱动力周期性驱动力作用作用振动周期振动周期或频率或频率由系统本身性质由系统本身性质决定，即固有周决定，即固有周期或固有频率期或固有频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TT驱驱或或ff驱驱T驱驱T固固或或f驱驱f固固振动能量振动能量振动物体的机械振动物体的机械能不变能不变由产生驱动力由产生驱动力的物体提供，的物体提供，机械能不守恒机械能不守恒振动物体获得振动物体获得的能量最大的能量最大
14、常见例子常见例子弹簧振子或单摆弹簧振子或单摆(摆角摆角10)机械工作时底机械工作时底座发生的振动座发生的振动共振筛、转速共振筛、转速计等计等 01抓住四个考点抓住四个考点2.共振曲线共振曲线如图所示，横坐标为驱动力频率如图所示，横坐标为驱动力频率f驱驱，纵，纵坐标为振幅坐标为振幅A.它直观地反映了驱动力频它直观地反映了驱动力频率对受迫振动振幅的影响，由图可知，率对受迫振动振幅的影响，由图可知，f驱驱与与f固固越接近，振幅越接近，振幅A越大，当越大，当f驱驱f固固时，振幅时，振幅A最大最大 状元微博状元微博f固固 01抓住四个考点抓住四个考点【思维驱动思维驱动】 (2011福建卷，福建卷，19)
15、某实验小组在利用单某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中；摆测定当地重力加速度的实验中；(1)用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图所示，则该摆球的直径为如图所示，则该摆球的直径为_cm.(2)小组成员在实验过程中有如下说法，其中正确的是小组成员在实验过程中有如下说法，其中正确的是_(填选填选项前的字母项前的字母)A把单摆从平衡位置拉开把单摆从平衡位置拉开30的摆角，并在释放摆球的同时开始计时的摆角，并在释放摆球的同时开始计时B测量摆球通过最低点测量摆球通过最低点100次的时间次的时间t，则单摆周期为，则单摆周期为C用悬线的长度加摆球的直径作为摆长，代
16、入单摆周期公式计算得到用悬线的长度加摆球的直径作为摆长，代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值偏大的重力加速度值偏大D选择密度较小的摆球，测得的重力加速度值误差较小选择密度较小的摆球，测得的重力加速度值误差较小 考纲点击考纲点击 4.4.实验：探究单摆的运动实验：探究单摆的运动用单摆测定重力加速度用单摆测定重力加速度 0.97C 01抓住四个考点抓住四个考点【知识存盘知识存盘】 01抓住四个考点抓住四个考点 01抓住四个考点抓住四个考点注意事项注意事项1悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证顶点固定悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证顶点固定2强调在同一平面内振动且摆角小于强调在同一平面内振动且
17、摆角小于10.3选择在摆球摆到平衡位置处开始计时，并数准全振动的次选择在摆球摆到平衡位置处开始计时，并数准全振动的次数数4小球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长小球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长l，用游标卡，用游标卡尺测量小球的直径，然后算出摆球的半径尺测量小球的直径，然后算出摆球的半径r，则摆长，则摆长Llr.5选用一米左右的细线选用一米左右的细线.本栏内容结束本栏内容结束【典例典例1】如图示如图示,弹簧振子在振动弹簧振子在振动过程中过程中,振子从振子从a到到b历时历时0.2s,振子经振子经a、b两点时速度相同两点时速度相同,若它从若它从b再回再回到到a的最短时间为的最短时间为0.4s，
18、则该振子的，则该振子的振动频率为振动频率为()A1HzB1.25HzC2HzD2.5Hz02突破三个考向突破三个考向考向考向一简谐运动的规律一简谐运动的规律 0.2s0.4s0.2s1简谐运动的对称性简谐运动的对称性(1)如图所示，振子经过关于平衡位置如图所示，振子经过关于平衡位置O对称对称(OPOP)的两点的两点P、P时，速度的大小、动能、势能相等相对于平衡位置时，速度的大小、动能、势能相等相对于平衡位置的位移大小相等的位移大小相等(2)振子由振子由P到到O所用时间等于由所用时间等于由O到到P所用时间，即所用时间，即tOPtOP.(3)振子往复运动过程中通过同一段路程振子往复运动过程中通过同
19、一段路程(如如OP段段)所用时间相等，所用时间相等，即即tOPtPO.2能量特征能量特征系统动能系统动能Ek与势能与势能Ep相互转化，系统的机械能守恒相互转化，系统的机械能守恒 02突破三个考向突破三个考向【借题发挥借题发挥】 PPO【变式跟踪变式跟踪1】弹簧振子以弹簧振子以O点为平衡位置在点为平衡位置在B、C两点之间做两点之间做简谐运动，简谐运动，B、C相距相距20cm.某时刻振子处于某时刻振子处于B点，经过点，经过0.5s，振子首次到达振子首次到达C点，则该振动的周期和频率分别为点，则该振动的周期和频率分别为_、_；振子在；振子在5s内通过的路程及内通过的路程及5s末的位移大小分别为末的位
20、移大小分别为_、_.02突破三个考向突破三个考向解析解析/显隐显隐1.0s1.0Hz200cm10cm注意分析注意分析5s时间内弹簧振子完成全振动时间内弹簧振子完成全振动的次数及的次数及5s末振子的位置末振子的位置.02突破三个考向突破三个考向【典例典例2】 一质点做简谐运动，其位移和时间关系如图所示一质点做简谐运动，其位移和时间关系如图所示(1)求求t0.25102 s时的位移；时的位移；(2)在在t1.5102 s到到2102 s的振动过程中，质点的位移、回复的振动过程中，质点的位移、回复力、速度、动能、势能如何变化？力、速度、动能、势能如何变化？(3)在在t0到到8.5102 s时间内，
21、质点的路程、位移各多大？时间内，质点的路程、位移各多大？ 考向考向二简谐运动的公式与图象二简谐运动的公式与图象 审题导析审题导析1.求求(1)时刻特殊位置的位移，时刻特殊位置的位移，可先由图象写出质点振动方程，可先由图象写出质点振动方程，再代入数据计算位移再代入数据计算位移.2.由图示及简谐振动规律可确由图示及简谐振动规律可确定各物理量变化情况定各物理量变化情况.3.先确定此段时间内质点完成先确定此段时间内质点完成全振动的次数，再分析末时刻全振动的次数，再分析末时刻质点所处位置及位移质点所处位置及位移.转转 解析解析1简谐运动问题的求解思路简谐运动问题的求解思路(1)应用简谐运动的表达式应用简
22、谐运动的表达式xAsin(t)解决简谐运动问题解决简谐运动问题(2)求解简谐运动问题的有效方法就是紧紧抓住一个模型求解简谐运动问题的有效方法就是紧紧抓住一个模型水水平方向振动的弹簧振子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熟练掌握振子的振动过程以及振子振动过程中各量的变化规律动过程中各量的变化规律,遇到简谐运动问题遇到简谐运动问题,头脑中立即呈现头脑中立即呈现出一幅弹簧振子振动的图景出一幅弹簧振子振动的图景,再把问题一一对应、分析求解再把问题一一对应、分析求解.02突破三个考向突破三个考向【借题发挥借题发挥】 02突破三个考向突破三个考向2从简谐运动的图象上获得的信息从简谐运动
23、的图象上获得的信息(1)确定振动物体在任一时刻的位移确定振动物体在任一时刻的位移(2)确定振动的振幅确定振动的振幅(3)确定振动的周期和频率确定振动的周期和频率(4)确定各质点的振动方向确定各质点的振动方向(5)比较各时刻质点加速度的大小和方向比较各时刻质点加速度的大小和方向02突破三个考向突破三个考向【变式跟踪变式跟踪2】一质点做简谐运动的振动图象如图示，一质点做简谐运动的振动图象如图示，(1)该质点振动的振幅是该质点振动的振幅是_cm，周期是，周期是_s，初相，初相是是_(2)写出该质点做简谐运动的表达式，并求出当写出该质点做简谐运动的表达式，并求出当t1s时质点的位时质点的位移移02突破
24、三个考向突破三个考向考向考向三探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度三探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度 【典例典例3】有两个同学利用假期分别去参观北大和南大的物理实有两个同学利用假期分别去参观北大和南大的物理实验室，各自利用先进的验室，各自利用先进的DIS系统较准确地探究了系统较准确地探究了“单摆的周期单摆的周期T与摆长与摆长L的关系的关系”，他们通过校园网交换了实验数据，并由计算，他们通过校园网交换了实验数据，并由计算机绘制了机绘制了T2-L图象，如图甲所示去北大的同学所测实验结果图象，如图甲所示去北大的同学所测实验结果对应的图线是对应的图线是_(选填选填“A”或或“B”)另外，在南大做探
25、另外，在南大做探究的同学还利用计算机绘制了两种单摆的振动图象究的同学还利用计算机绘制了两种单摆的振动图象(如图乙如图乙)，由，由图可知，两单摆摆长之比图可知，两单摆摆长之比LA/LB_.B2审题视角审题视角由两单摆的周期关系利由两单摆的周期关系利用公式确定摆长关系用公式确定摆长关系.02突破三个考向突破三个考向【借题发挥借题发挥】 L对用单摆测重力加速度的理解对用单摆测重力加速度的理解02突破三个考向突破三个考向9.76B03随堂基础演练随堂基础演练随堂随堂基础演练基础演练 答案答案及及解析解析目标目标一、简谐运一、简谐运动的特点动的特点二、简谐运动的公式和图二、简谐运动的公式和图象象三、用单摆测三、用单摆测定重力加速度定重力加速度题号题号1234567点击点击右蓝框右蓝框出现出现答案及解析答案及解析 A A C C CDCD A A A A D D 见解析见解析
