物理 高三：高中物理第1轮专题复习全套学案-第12章 第1课时

考点内容要求考纲解读简谐运动简谐运动的公式和图象单摆、单摆的周期公式受迫振动和共振机械波横波和纵波横波的图象波速、波长和频率周期的关系波的干涉和衍射现象多普勒效应光的折射定律折射率全反射、光导纤维光的干涉、衍射和偏振现象变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁波及其传播电磁波的产生、发射和接收电磁波谱狭义相对论的基本假设质速关系、质能关系相对论质能关系式实验探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度实验测定玻璃的折射率实验用双缝干涉测光的波长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，光的折射和全反射，题型以选择题和填空题为主，难度中等偏下，波动与振动的综合及光的折射与全反射的综合，有的考区也以计算题的形式考查复习时应注意理解振动过程中回复力、位移、速度、加速度等各物理量的变化规律、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，分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时，应注意与实际应用的联系，作出正确的光路图；光和相对论部分，以考查基本概念及对规律的简单理解为主，不可忽视任何一个知识点第1课时机械振动导学目标1理解简谐运动的概念、公式和图象，掌握简谐运动的回复力的特点和描述简谐运动的物理量2掌握单摆的振动规律和周期公式3理解受迫振动和共振的概念，掌握产生图1共振的条件一、简谐运动基础导引1图1是某质点做简谐运动的振动图象根据图象中的信息，回答下列问题1质点离开平衡位置的最大距离有多大2在15S和25S这两个时刻，质点的位置各在哪里3在15S和25S这两个时刻，质点向哪个方向运动2参考图1，在T0到T4S的范围内回答以下问题1质点相对平衡位置的位移的方向在哪些时间内跟它的瞬时速度的方向相同在哪些时间内跟瞬时速度的方向相反2质点在第2S末的位移是多少3质点在前2S内走过的路程是多少3请根据图1写出这个简谐振动的位移随时间变化的关系式知识梳理1概念如果质点的位移与时间的关系遵从_函数的规律，即它的振动图象XT图象是一条_曲线，这样的振动叫简谐运动2动力学表达式F_运动学表达式XASINT3描述简谐运动的物理量1位移X由_指向_的有向线段表示振动位移，是矢量2振幅A振动物体离开平衡位置的_，是标量，表示振动的强弱3周期T和频率F做简谐运动的物体完成_所需要的时间叫周期，而频率则等于单位时间内完成_；它们是表示振动快慢的物理量二者互为倒数关系4简谐运动的图象1物理意义表示振动物体的位移随时间变化的规律2从平衡位置开始计时，函数表达式为XASINT，图象如图2所示从最大位移处开始计时，函数表达式为XACOST，图象如图3所示图2图35简谐运动的能量简谐运动过程中动能和势能相互转化，机械能守恒，振动能量与_有关，图4图5_越大，能量越大二、单摆基础导引图4是两个单摆的振动图象1甲、乙两个摆的摆长之比是多少2以向右的方向作为摆球偏离平衡位置的位移的正方向，从T0起，乙第一次到达右方最大位移处时，甲振动到了什么位置向什么方向运动知识梳理如图5所示，平衡位置在最低点1定义在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，如果线的_和_都不计，球的直径比_短得多，这样的装置叫做单摆2视为简谐运动的条件_3回复力小球所受重力沿_方向的分力，即FG2GSINX，F的方向与位移X的方向相反MGL4周期公式T2LG5单摆的等时性单摆的振动周期取决于摆长L和重力加速度G，与振幅和振子小球质量都没有关系注意单摆振动时，线的张力与重力沿摆线方向的分力的合力提供单摆做圆周运动的向心力重力沿速度方向的分力提供回复力，最大回复力大小为A，在平衡位置时回复MGL力为零，但合外力等于向心力，不等于零三、受迫振动和共振基础导引如图6所示，张紧的水平绳上吊着A、B、C三个小球B靠近A，但两者的悬线长度不同；C远离球A，但两者的悬线长度相同1让球A在垂直于水平绳的方向摆动，将会看到B、C球有什么表现2在C球摆动起来后，用手使A、B球静止，然后松手，又将看到A、B球有什么表现知识梳理1受迫振动系统在_作用下的振动做受迫振动的物体，它的周期或频率等于_的周期或频率，而与物体的固有图7图8图9图10周期或频率_关2共振做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者_时，振幅达到最大，这就是共振现象共振曲线如图7所示考点一简谐运动图象及运动规律考点解读1图象的应用1确定振动物体在任意时刻的位移如图8中，对应T1、T2时刻的位移分别为X17CM，X25CM2确定振动的振幅如图振幅是10CM3确定振动的周期和频率振动图象上一个完整的正弦余弦图形在时间轴上拉开的“长度”表示周期由图可知，OD、AE、BF的间隔都等于振动周期，T02S，频率F5HZ1T4确定各质点的振动方向例如图中的T1时刻，质点正远离平衡位置向位移的正方向运动；在T3时刻，质点正向着平衡位置运动5比较各时刻质点加速度的大小和方向例如在图中T1时刻质点位移X1为正，则加速度A1为负；T2时刻质点位移X2为负，则加速度A2为正，又因为|X1|X2|，所以|A1|A2|2运动规律公式XASINT1变化规律位移增大时ERROR2对称规律做简谐运动的物体，在关于平衡位置对称的两点，回复力、位移、加速度具有等大反向的关系另外速度的大小、动能也具有对称性，速度的方向可能相同或相反振动质点来回通过相同的两点间的时间相等，如TBCTCB；质点经过关于平衡位置对称的等长的两线段时所用的时间相等，如TBCTBC，如图9所示典例剖析例1如图10为一弹簧振子的振动图象，求1该振子简谐运动的表达式2在第2S末到第3S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3该振子在前100S的总位移是多少路程是多少跟踪训练1一弹簧振子做简谐运动，周期为T，则A若T时刻和TT时刻振子运动的位移大小相等、方向相同，则T一定等于T的整数倍图11图12B若T时刻和TT时刻振子运动的速度大小相等、方向相反，则T一定等于T/2的整数倍C若TT，则在T时刻和TT时刻振子运动的加速度一定相等D若TT/2，则在T时刻和TT时刻弹簧的长度一定相等考点二单摆的回复力与周期考点解读1受力特征重力和细线的拉力1回复力摆球重力沿切线方向上的分力，F回MGSINXKX，负号表示回MGL复力F与位移X的方向相反2向心力细线的拉力和重力沿细线方向的分力的合力充当向心力，F向FMGCOS注意1当摆球在最高点时，F向0，FMGCOSMV2R2当摆球在最低点时，F向，F向最大，FMGMMV2RV2R2周期公式T2，FLG12GL1测重力加速度G只要测出单摆的摆长L，周期T，就可以根据G42，求出当地的重LT2力加速度G2L为等效摆长，表示从悬点到摆球重心的距离，要区分摆长和摆线长，悬点实质为摆球摆动所在圆弧的圆心3G为当地重力加速度典例剖析例2已知单摆的振动图象如图11所示1读图可知振幅A_M，振动频率F_HZ；2求此单摆的摆长L；3若摆球质量为02KG，在摆动过程中，摆球受的回复力的最大值FM是多少取G10M/S2，210跟踪训练2细长轻绳下端拴一小球构成单摆，在悬挂点正下方摆长处有12一个能挡住摆线的钉子A，如图12所示现将单摆向左方拉开一个小角度然后无初速度释放对于单摆的运动，下列说法中正确的是A摆球往返运动一次的周期比无钉子时的单摆周期小B摆球在左右两侧上升的最大高度一样C摆球在平衡位置左右两侧走过的最大弧长相等D摆球在平衡位置右侧的最大摆角是左侧的2倍考点三受迫振动和共振的应用考点解读1受迫振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率无关图142当驱动力频率等于物体固有频率时，发生共振现象，振幅最大典例剖析例3一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，如图13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，T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，则图131稳定后，物体振动的频率F_HZ2欲使物体的振动能量最大，需满足什么条件答_3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度，或者是铁轨无接头”答_跟踪训练3图14所示是一个单摆做受迫振动时的共振曲线，表示振幅A与驱动力的频率F的关系，下列说法正确的是A摆长约为10CMB摆长约为1MC若增大摆长，共振曲线的“峰”将向右移动D若增大摆长，共振曲线的“峰”将向左移动14单摆模型的应用例4如图15所示，ACB为光滑弧形槽，弧形槽半径为R，R甲球从弧形槽的球心处自由落下，乙球从A点由静止释放，问1两球第1次到达C点的时间之比2若在圆弧的最低点C的正上方H处由静止释放小球甲，让其自由下图16图17图18落，同时乙球从圆弧左侧由静止释放，欲使甲、乙两球在圆弧最低点C处相遇，则甲球下落的高度H是多少建模感悟从以上两例看出，单摆模型的构建及应用关键是要看所求实际问题是否具备单摆模型的典型力学特征，这就需要教师引导学生仔细分析研究题目所蕴含的力学条件信息跟踪训练4一个半圆形光滑轨道如图16所示，半径是R，圆心是O，如果拿两个物体分别放在O点和B点B点离A点很近，同时从静止释放，问这两个物体谁先到达A点A组简谐运动的振动图象1一质点做简谐运动的振动图象如图17所示，质点的速度与加速度方向相同的时间段是A003SB03S06SC06S09SD09S12S2某质点做简谐运动，其位移随时间变化的关系式为XASINTM，则质点4A第1S末与第3S末的位移相同B第1S末与第3S末的速度相同C3S末至5S末的位移方向都相同D3S末至5S末的速度方向都相同B组单摆问题3如图18所示，一单摆悬于O点，摆长为L，若在O点的竖直线上的O点钉一个钉子，使OO，将单摆拉至A处释放，小球将在A、L2B、C间来回振动，若振动中摆线与竖直方向夹角小于5，则此摆的周期是A2B2LGL2GC2DLGL2GLGL2G4做简谐运动的单摆摆长不变，若摆球质量增加为原来的4倍，摆球经过平衡位置时速度图19图20减小为原来的1/2，则单摆振动的A频率、振幅都不变B频率、振幅都改变C频率不变、振幅改变D频率改变、振幅不变51将一个电动传感器接到计算机上，就可以测量快速变化的力，用这种方法测得的某单摆摆动时悬线上拉力的大小随时间变化的曲线如图19所示某同学由此图象提供的信息做出的下列判断中，正确的是_AT02S时摆球正经过最低点BT11S时摆球正经过最低点C摆球摆动过程中机械能减小D摆球摆动的周期是T14S2图20为同一地点的两单摆甲、乙的振动图象，下列说法中正确的是_A甲、乙两单摆的摆长相等B甲摆的振幅比乙摆大C甲摆的机械能比乙摆大D在T05S时有最大正向加速度的是乙摆课时规范训练限时30分钟一、选择题1简谐运动的平衡位置是指A速度为零的位置B回复力为零的位置C加速度为零的位置D位移最大的位置22010全国21一简谐振子沿X轴振动，平衡位置在坐标原点T0时刻振子的位移X01M；TS时刻X01M；T4S时刻X01M该振子的振幅和周期可能为43A01M，SB01M,8S83C02M，SD02M,8S833悬挂在竖直方向上的弹簧振子，周期为2S，从最低点的位置向上运动时开始计时，它的振动图象如图1所示，由图可知图1AT125S时振子的加速度为正，速度为正BT17S时振子的加速度为负，速度为负CT10S时振子的速度为零，加速度为负的最大值DT15S时振子的速度为零，加速度为负的最大值4图2甲是一个弹簧振子的示意图，在B、C之间做简谐运动，O是它的平衡位置，规定以向右为正方向，图乙是它的速度V随时间T变化的图象下面的说法中正确的是甲乙图2AT2S时刻，它的位置在O点左侧4CM处BT3S时刻，它的速度方向向左CT4S时刻，它的加速度为方向向右的最大值D它的一个周期时间为8S5如图3所示，小球在B、C之间做简谐运动，O为BC间的中点，B、C间的距离为10CM，则下列说法正确的是图3图4图5图6A小球的最大位移是10CMB只有在B、C两点时，小球的振幅是5CM，在O点时，小球的振幅是0C无论小球在任何位置，它的振幅都是5CMD从任意时刻起，一个周期内小球经过的路程都是20CM6如图4所示，将小球甲、乙、丙都可视为质点分别从A、B、C三点由静止同时释放，最后都到达竖直面内圆弧的最低点D，其中甲是从圆心A出发做自由落体运动，乙沿弦轨道从一端B到达最低点D，丙沿圆弧轨道从C点运动到D，且C点很靠近D点，如果忽略一切摩擦阻力，那么下列判断正确的是A甲球最先到达D点，乙球最后到达D点B甲球最先到达D点，丙球最后到达D点C丙球最先到达D点，乙球最后到达D点D甲球最先到达D点，无法判断哪个球最后到达D点二、非选择题7有一弹簧振子在水平方向上的B，C之间做简谐运动，已知B，C间的距离为20CM，振子在2S内完成了10次全振动若从某时刻振子经过平衡位置时开始计时T0，经过周期振子有正向最大14加速度1求振子的振幅和周期；2在图5中作出该振子的位移时间图象；3写出振子的振动方程8一质点做简谐运动，其位移和时间关系如图6所示1求T025102S时的位移；2在T15102S到2102S的振动过程中，质点的位移、回复力、速度、动能、势能如何变化3在T0到85102S时间内，质点的路程、位移各多大复习讲义基础再现一、基础导引110CM2在15S时，质点的位置在7CM处在25S时，质点的位置在7CM处3这两个时刻，质点都向下运动21第1S内和第3S内，位移方向跟速度的方向相同第2S内和第4S内，位移方向跟速度的方向相反20320CM3X10SINTCM2知识梳理1正弦正弦2KX31