高考物理一轮复习 第15章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第1讲 机械振动课件 新人教版选修34.ppt

第十五章机械振动与机械波光电磁波与相对论 选修3 4 1 对于振动与波 高考试题均立足于对基础知识和基本研究方法的考查 振动和波的知识点虽然不是很多 但概念性强 考查点有简谐运动 振动的周期和频率 共振 波长 单摆的周期公式 机械波的波长 频率 波速关系 波的叠加 干涉和衍射等概念和规律 应结合振动图象和波的图象理解掌握 最近几年计算题倾向考查注意振动的周期性和波的问题的多解问题 2 对于光 电磁波与相对论部分 高考命题主要考查几何光学中的光的折射 全反射 折射率及各种物理量的关系 一般以计算题的形式考查 有时也以选择题的形式考查麦克斯韦的电磁场理论 电磁波的传播和电磁波谱以及相对论 1 加强对基本概念的记忆和理解 尤其要结合振动图象与波的图象来分析振动与波的特点和规律 并切实掌握两种图象的区别和联系 2 加强对光的反射定律的理解 强化光路图中的几何图形的边角关系的训练 理解光的折射定律 折射率 全反射及光的色散 3 加强对光的干涉 衍射 麦克斯韦的电磁场理论 电磁波的产生与传播及电磁波谱的记忆和理解 第1讲机械振动 知识梳理自测 1 简谐运动的规律 质点的位移与时间的关系遵从 规律 质点的振动图象 x t图象 是一条 2 平衡位置 简谐运动 正弦函数 正弦曲线 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 合力 平衡位置 效果力 3 描述简谐运动的物理量 平衡位置 所在位置 平衡位置 最大距离 强弱 全振动 单位时间 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 2 f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 函数表达式为x asin t 图象如图甲所示 2 从 开始计时 函数表达式为x acos t 图象如图乙所示 平衡位置 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 弹力 重力 原长 最低 振幅 机械能 机械能 自由振动 受迫振动和共振的比较 受迫振动和共振 驱动力 驱动力 本身性质 t驱 f驱 t固 f固 不变 最大 思维辨析 1 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 其加速度一定减小 答案 1 简谐运动平衡位置处质点所受合力不一定为零 如单摆模型 平衡位置处质点所受回复力为零 2 回复力 加速度 位移是相同的 但速度只是大小相等 方向相反 3 b d 解析 振子从b o c仅完成了半次全振动 所以周期t 2 1s 2s 振幅a bo 5cm 弹簧振子在一次全振动过程中通过的路程为4a 20cm 所以两次全振动中通过路程为40cm 3s的时间为1 5t 所以振子通过的路程为30cm c 解析 根据图象可知 弹簧振子的周期t 4s 振幅a 8cm 选项a错误 第2s末振子到达负向位移最大处 速度为零 加速度最大 且沿x轴正方向 选项b错误 第3s末振子经过平衡位置 速度达到最大 且向x轴正方向运动 选项c正确 从第1s末到第2s末振子经过平衡位置向x轴负方向运动 速度逐渐减小 选项d错误 解析 在t 1 4s至t 1 5s的时间内 摆球在向左从平衡位置向最大位移处运动的过程中 所以速度向左在减小 加速度向右在增大 c 核心考点突破 1 动力学特征f kx 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 a ep均增大 v ek均减小 靠近平衡位置时则相反 3 运动的周期性特征相隔t或nt的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同 简谐运动的基本特征及应用 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 解题探究 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 答案 1 由题目所给条件可知有两种可能 开始速度指向平衡位置 开始速度背离平衡位置 2 名师归纳 分析简谐运动的技巧 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 分析简谐运动的过程时 要特别注意其周期性和对称性 类题演练1 b 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位移 回复力 加速度 速度 动能 势能等的变化情况 a 解题探究 1 具有沿x轴正方向最大加速度的位置 2 具有沿x轴负方向的最大加速度的位置 3 从平衡位置到最大位移处所用时间最少为多少 解析 振子具有沿x轴正方向的最大加速度时 其位移为负的最大值 也就是经过四分之一的周期 振子从平衡位置到负的最大位移处 故符合条件的是图象a 类题演练2 类单摆模型 类单摆模型的应用 解题探究 1 圆弧的最高点到a点的距离远小于r说明小球c做何运动 2 如何求小球c运动的时间 答案 1 小球c做类单摆运动 2 等效摆长为半径r 利用单摆周期公式求时间 类题演练3 a 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 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 受迫振动和共振 b 解题探究 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 等于 类题演练4 实验 用单摆测定重力加速度 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n 1 单摆每经过最低点记一次数 当数到n 60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 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