2022版高考物理一轮复习第十三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

1、第十三章机械振动机械振动与机械波光与机械波光电磁波电磁波与相对论与相对论课程标准课程标准1通过实验，认识简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动。通过实验，认识简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动。2通过实验，探究单摆的周期与摆长的定量关系。知道单摆周期与摆通过实验，探究单摆的周期与摆长的定量关系。知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。会用单摆测定重力加速度的大小。长、重力加速度的关系。会用单摆测定重力加速度的大小。3通过实验，认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件以及共振技通过实验，认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件以及共振技术的应用。术的应用。4通过观察，认识波的特征。能区别横

2、波和纵波。能用图像描述横波，通过观察，认识波的特征。能区别横波和纵波。能用图像描述横波，理解波速、波长和频率的关系。理解波速、波长和频率的关系。5通过实验，认识波的反射、折射、干涉及衍射现象。通过实验，认识波的反射、折射、干涉及衍射现象。6通过实验，认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。能列通过实验，认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。能列举多普勒效应的应用实例。举多普勒效应的应用实例。7通过实验，理解光的折射定律。会测定材料的折射率。通过实验，理解光的折射定律。会测定材料的折射率。8知道光的全反射现象及其产生的条件。初步了解光纤的工作原理、知道光的全反射现象及其产生的条件。初步

3、了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用。光纤技术在生产生活中的应用。9观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用。会用双缝干涉实验测定光的波长。其在生产生活中的应用。会用双缝干涉实验测定光的波长。10通过实验，了解激光的特性，能举例说明激光技术在生产生活中的通过实验，了解激光的特性，能举例说明激光技术在生产生活中的应用。应用。11了解电磁振荡和电磁波。知道电磁波的发射、传播和接收。认识电了解电磁振荡和电磁波。知道电磁波的发射、传播和接收。认识电磁场的物质性。磁场的物质性。12认识电磁波谱。知道

4、各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。知道光也是一种电磁波。知道光也是一种电磁波。13初步了解麦克斯韦电磁理论的基本思想以及在物理学发展中的意义。初步了解麦克斯韦电磁理论的基本思想以及在物理学发展中的意义。14初步了解狭义相对论和广义相对论的几个主要观点以及主要观测证初步了解狭义相对论和广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据。关注宇宙学研究的新进展。据。关注宇宙学研究的新进展。命题热点命题热点(1)简谐运动的规律。简谐运动的规律。(2)机械波的形成与传播。机械波的形成与传播。(3)波的图像、振动图像的应用。波的图像、振动图像的应用。

5、(4)光的折射、全反射。光的折射、全反射。(5)光的干涉、衍射。光的干涉、衍射。(6)光学与几何知识的综合应用。光学与几何知识的综合应用。(7)电磁场理论、电磁波。电磁场理论、电磁波。第1讲机械振动1 知识梳理双基自测1简谐运动的规律：质点的位移与时间的关系遵从_规律，质点的振动图像(xt图像)是一条_。知识点知识点1 简谐运动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

6、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的位描述质点振动中某时刻的位置相对于置相对于_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_，两者两者互互为倒数：为倒数：t_。频率频率(f)振动物体振动物体_内完成全振动内完成全振动的次数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

7、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。知识点知识点2 简谐运动的表达式和图像简谐运动的表达式和图像kxasin(t)2简谐运动的图像(1)从_开始计时，函数表达式为xasin t，图像如图甲所示。(2)从_开始计时，函数表达式为xacos t，图像如图乙所示。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知识点知识点3 单摆、周期公式单摆、周期公式模型模型弹簧振子弹簧振子单摆单摆简谐运简谐运动条件动条件(1)弹簧质量可忽略弹簧质量可忽略(2)无摩擦等无摩擦等_

8、(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)无空气阻力无空气阻力(3)最大摆角小于最大摆角小于5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_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相互转化，弹性势能与动能的相互转化，_守恒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，_守恒守恒阻力阻力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、受迫振动和共振的比较知识点知识点4 受迫振动和共振受迫振动和共振振动类型振

9、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_作作用用周期性周期性_作用作用驱动力驱动力驱动力驱动力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振动周期振动周期或或频率频率由系统由系统_决决定，即固有周期或固定，即固有周期或固有频率有频率由驱动力的周期由驱动力的周期或频率决定，即或频率决定，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械能振动物体的机械能_由产生驱动力的由产生驱动力的物体提供物体提供振动物体获得的振动物体获得的能量能量_本身性质本身性质t驱驱f驱驱t固固f固固不变不变

10、最大最大一、堵点疏通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简谐运动的图像描述的是振动质点的轨迹。()二、对点激活1(多选)下列说法正确的是()a在同一地点，单摆做简谐振动的周期的二次方与其摆长成正比b弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变c在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单摆做简谐振动的周期越小d已知弹簧振子初

11、始时刻的位置及其振动周期，就可知振子在任意时刻运动速度的方向ab2如图所示为某质点在04 s内的振动图像，则 ()a质点振动的振幅是2 m，质点振动的频率为4 hzb质点在4 s末的位移为8 mc质点在4 s内的路程为8 md质点在t1 s到t3 s的时间内，速度先沿x轴正方向后沿x轴负方向，且速度先增大后减小c3(多选)某振动系统的固有频率为f0，在周期性驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为f。若驱动力的振幅保持不变，则下列说法正确的是()a当f f0时，该振动系统的振幅随f减小而增大c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fe当ff0时，该振

12、动系统一定发生共振bde解析受迫振动的振幅a随驱动力的频率变化的规律如图所示，当ff0且f减小时，受迫振动的振幅增大，选项a错误，b正确；稳定时系统的频率等于驱动力的频率，即选项c错误，d正确；根据共振产生的条件可知，当ff0时，该振动系统一定发生共振，选项e正确。2 核心考点重点突破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、a、ep均增大，v、ek均减小，靠近平衡位置时则相反。考点一考点一简谐运动的基本特征及应用简谐

13、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。(多选)弹簧振子做简谐运动，o为平衡位置，当它经过点o时开始计时，经过0.3 s，第一次到达点m，再经过0.2 s第二次到达点m，则弹簧振子的周期不可能为()a0.53 sb1.4 sc1.6 sd2 s例例1bd(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

14、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。分析简谐运动的技巧分析简谐运动的技巧名师点拨名师点拨变式训练1(多选)如图所示，轻弹簧上端固定，下端连接一小物块，物块沿竖直方向做简谐运动。以竖直向上为正方向，物块简谐运动的表达式为y0.1 sin(2.5t)m。t0时刻，一小球从距物块h高处自由落下；t0.6 s时，小球恰好与物块处于同一高度。取重力加速度g10 m/s2。以下判断正确的是()ah1.7 mb简谐运动的周期是0.8 sc0.6 s内物块运动的路程是0.2 mdt0.4 s时，物块与小球运动方向相同et0.6

15、 s时，物块与小球的加速度方向相同abd1图像特征(1)简谐运动的图像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)图像反映的是位移随时间的变化规律，随时间的增加而延伸，图像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。考点二考点二简谐运动的图像简谐运动的图像2图像信息(1)由图像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

16、度的方向在图像上总是指向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。(2021北京海淀区模拟)如图甲所示，弹簧振子在竖直方向做简谐运动。以其平衡位置为坐标原点，竖直向上为正方向建立坐标轴，振子的位移x随时间t的变化如图乙所示，下列说法正确的是()a振子的振幅为4 cmb振子的振动周期为1 sct1 s时，振子的速度为正的最大值dt1 s时，振子的加速度为正的最大值例例2 c解析本题考查机械振动图像。由振动图像可知

17、，该弹簧振子的振幅为2 cm，周期为2 s，故a、b错误；t1 s时，振子在平衡位置，速度为正的最大值，振子在平衡位置时加速度为零，故c正确，d错误。变式训练2(多选)甲、乙两弹簧振子振动图像如图所示，则可知()a甲速度为零时，乙速度最大b甲加速度最小时，乙速度最小c两个振子的振动频率之比f甲f乙12d任一时刻两个振子受到的回复力都不相同e任意2 s内，甲、乙两振子运动的路程相等ace解析本题根据振动图像考查两振子相关物理量的比较。t0.5 s时，甲位于最大位移处，图像的斜率表示速度，速度为零，而此时乙位于平衡位置，图像的斜率最大，速度最大，故a正确；在t1.0 s或t2.0 s时，甲的加速度

18、最小，位于平衡位置，回复力为零，此时，乙也位于平衡位置，回复力为零，速度最大，故b、d错误；频率与周期互为倒数，频率之比为周期之比的反比，由图像可知，甲、乙的周期之比为21，故频率之比为12，故c正确；在位置2 s内，甲的路程为4a甲40 cm，乙的路程为8a乙40 cm，故e正确。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。考点三考点三

19、受迫振动和共振受迫振动和共振(多选)一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线(振幅a与驱动力频率f的关系)如图所示，则下列说法正确的是()a此单摆的固有周期约为0.5 sb此单摆的摆长约为1 mc若摆长增大，单摆的固有频率减小d若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动e若摆长增大，共振曲线的峰将向左移动例例3 bce变式训练3(多选)关于受迫振动和共振，下列说法正确的是()a火车过桥时限制速度是为了防止火车发生共振b若驱动力的频率为5 hz，则受迫振动稳定后的振动频率一定为5 hzc当驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大d一个受迫振动系统在非共振状态时，同一振幅对应的驱动力频率一定有两

20、个e在连续均匀的海浪冲击下停在海面的小船上下振动是共振现象bcd解析火车过桥时限制速度是为了防止桥发生共振，选项a错误；对于一个受迫振动系统，若驱动力的频率为5 hz，则振动系统稳定后的振动频率也一定为5 hz，选项b正确；由共振的定义可知，选项c正确；根据共振曲线可知，选项d正确；停在海面的小船上下振动，是受迫振动，选项e错误。考点四考点四单摆及其周期公式单摆及其周期公式2等效摆长及等效重力加速度(1)l等效摆长：摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离。如图甲所示的双线摆的摆长lrlcos。乙图中小球(可看做质点)在半径为r的光滑圆槽中靠近a点的附近振动，其等效摆长为lr。例例4 dacd解析摆球运动过程中机械能守恒，所以a，b在同一高度，选项a正确，b错误；摆球在b点不受洛伦兹力，与摆球在a点时受拉力大小相等，选项c正确；摆球在磁场中运动时虽然受洛伦兹力，但洛伦兹力总与速度方向垂直，不能提供回复力，所以不改