高三物理一轮复习课件选修3-4机械振动分析

高三物理一轮复习课件选修3-4机械振动分析机械振动、机械波光和电磁波机械振动、机械波光和电磁波高考目标简谐运动Ⅰ简谐运动的公式和图象

Ⅱ单摆、单摆的周期公式

Ⅰ受迫振动和共振

Ⅰ机械波

Ⅰ横波和纵波

Ⅰ横波的图象

Ⅱ波速、波长和频率(周期)的关系

Ⅱ波的干涉和衍射现象

Ⅰ多普勒效应

Ⅰ实验：研究单摆的运动、用单摆测重力加速度光的折射定律

Ⅱ高考目标简谐运动Ⅰ高考目标折射率

Ⅰ全反射、光导纤维

Ⅰ光的干涉、衍射和偏振

Ⅰ变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，电磁波及其传播

Ⅰ电磁波的产生发射及接收

Ⅰ电磁波谱

Ⅰ狭义相对论的基本假设

Ⅰ质速关系质能关系

Ⅰ相对论，质能关系式

Ⅰ实验一：测定玻璃的折射率实验二：用双缝干涉测光的波长高考目标折射率Ⅰ复习指导1.机械振动、机械波：考查的知识点不会面面俱到，以中等难度的题目为主．对“简谐运动”的考查相对较少，主要考查振动图象和波动图象以及波的传播规律等.2.预计在2013年的高考中将以中等或中等偏下难度题目的考查为主，考查学生对基本概念规律如波长、波速、频率及三者的关系，振动图象、波动图象等知识.复习指导1.机械振动、机械波：考查的知识点不会面面俱到，以中复习指导3.光学：从近三年的高考考点分布统计来看，折射定律和不同色光的折射率问题常成为考点，考查的题型有选择题、计算题，也有光路作图题．对光的折射和全反射等几何光学的考查.4.预计2013年的高考中对光学的考查仍集中在上述知识点上．折射定律和不同色光的折射率及全反射问题仍是出题热点.5.题型：有选择题也有填空题和计算题.复习指导3.光学：从近三年的高考考点分布统计来看，折射定律和第一讲机械振动第一讲机械振动第一节简谐运动及描述的物理量一、知识要点（一）、机械振动1、机械振动概念：物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧做的往复运动．机械振动的特点:⑴存在某一中心位置;⑵往复运动。产生振动的条件:⑴振动物体受到回复力作用;⑵阻力足够小。2、回复力：概念：振动物体所受到的总是指向平衡位置的合外力．特点：⑴回复力时刻指向平衡位置;⑵回复力是按效果命名的。⑶在平衡位置处：回复力为零，而物体所受合外力不一定为零．3、平衡位置：是振动物体受回复力等于零的位置；也是振动停止后，振动物体所在位置；第一节简谐运动及描述的物理量一、知识要点（一）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(x－t图象)是一条

曲线，这样的振动叫简谐运动。正弦正弦1．概念正弦正弦2．动力学表达式F＝

。运动学表达式x＝Asin(ωt＋φ)。3．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

，表示振动的强弱，是标量。

－kx平衡位置质点所在的位置最大距离(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

关系。一次全振动全振动的次数倒数2．动力学表达式－kx平衡位置质点所在的位置4．简谐运动的图象(1)物理意义：表示振动物体的

随时间变化的规律。(2)从平衡位置开始计时，函数表达式为x＝

，图象如12－1－1甲图所示。从正的最大位移处开始计时，函数表达式为x＝

，图象如图乙所示。图12－1－1AsinωtAcosωt？位移4．简谐运动的图象图12－1－1Asin5．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，

越大，能量越大。振幅振幅5．简谐运动的能量振幅振幅1．简谐运动的五个特征：(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：简谐运动的加速度大小与物体偏离平衡位置的位移大小成正比，而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。1．简谐运动的五个特征：(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。(4)对称性特征：(3)运动的周期性特征：

2．对简谐运动的图象的理解(1)图象的意义：①简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线，如图12－1－3所示。②图象反映的是位移随时间的变化规图12－1－3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正方向，负时沿x负方向。2．对简谐运动的图象的理解(2)由图象获得的信息：①由图象可以看出振幅、周期。②可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。③可以根据图象确定某时刻质点回复力、加速度和速度的方向。回复力和加速度的方向总是与位移的方向相反，指向平衡位置；速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定，下一时刻位移若增加，则质点的运动方向就远离平衡位置；下一时刻的位移若减小，则质点的运动方向就指向平衡位置。(2)由图象获得的信息：

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。图12－1－5伸长质量1．定义摆线伸长质量1．定义摆线4．周期公式切线3．回复力2．视为简谐运动的条件摆角小于10°。4．周期公式切线3．回复力2．视为简谐运动的条件5．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

关系。没有5．单摆的等时性没有1．单摆的回复力是重力沿切线方向的分力，并非重力和拉力的合力。但在最大位移处回复力也可以说成是拉力和重力的合力，其他位置，拉力与重力沿摆线方向的分力不平衡，它们的合力充当向心力，故不能说回复力是拉力和重力的合力。2．平衡位置是回复力为零的位置，但单摆在摆动过程中该位置受力并不平衡，其合力为向心力。这一点与弹簧振子不同。1．单摆的回复力(1)l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。(1)l为等效摆长，表示从悬点到摆球重心的一、简谐运动的规律1．简谐运动的两个模型模型弹簧振子单摆示意图一、简谐运动的规律模型弹簧振子单摆示意图简谐运动条件(1)弹簧质量可忽略(2)无摩擦等阻力(3)在弹簧弹性限度内(1)摆线为不可伸缩的轻细线(2)无空气等阻力(3)最大摆角小于5°回复力弹簧的弹力F回＝F弹＝__________摆球重力沿切线方向的分力平衡位置F回＝0位置，弹簧处于原长F回＝0位置，小球摆动的最低点(此时F向心≠0)－kx简谐运动条件(1)弹簧质量可忽略(2)无摩擦等阻力(3)在弹能量转化关系动能与弹性势能的相互转化，机械能守恒重力势能与动能的相互转化，机械能守恒能量转动能与弹性势能的相互转化，机械能守恒重力势能与动能的相固有周期与振幅、小球质量________与振幅、摆球质量______无关无关固有与振幅、小球质量________与振幅、摆球质量____2.简谐运动的表达式(1)动力学表达式：F＝－kx，其中“－”表示回复力与位移的方向相反．(2)运动学表达式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝2πf表示简谐运动的快慢，(ωt＋φ)代表简谐运动的相位，φ叫做初相．2.简谐运动的表达式3．简谐运动的图象(1)从平衡位置开始计时，函数表达式为x＝Asinωt，图象如图甲所示．(2)从最大位移处开始计时，函数表达式为x＝Acosωt，图象如图乙所示．3．简谐运动的图象(2)从最大位移处开始计时，函数表达式为x4．简谐运动的对称性特征(1)如图所示，振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P′(OP＝OP′)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．(2)振子由P到O所用时间等于由O到P′所用时间，即tPO＝tOP′.(3)振子往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等，即tOP＝tPO.4．简谐运动的对称性特征(1)如图所示，振子经过关于平衡位置二、受迫振动和共振1．受迫振动：物体在____________________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)，而与物体的固有周

期(或频率)______关．无周期性驱动力驱动力二、受迫振动和共振______关．无周期性驱动力驱动力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(即f驱＝f固)，振幅达到最大，这就是共振现象．共振曲线如图．相等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三、实验：用单摆测定重力加速度1．实验目的(1)学会用单摆测定当地的重力加速度．(2)加深对单摆振动周期公式的理解．(3)学会使用秒表．三、实验：用单摆测定重力加速度高三物理一轮复习课件选修3-4机械振动分析3．实验器材长约1m的细丝线一根，通过球心开有小孔的金属球一个，带有铁夹的铁架台，毫米刻度尺、秒表、游标卡尺．3．实验器材4．实验步骤(1)仪器安装①让线的一端穿过小球的小孔，然后打一个结，做成单摆．如图所示．②把线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自由下垂，在单摆平衡位置处做上标记，如图所示．4．实验步骤(1)仪器安装高三物理一轮复习课件选修3-4机械振动分析高三物理一轮复习课件选修3-4机械振动分析方法二：图象法方法二：图象法⑥分析与比较：将测得的重力加速度的值与当地的重力加速度比较，分析误差产生的原因．⑥分析与比较：将测得的重力加速度的值与当地的重力加速度比较，1．对于做简谐运动的质点，下面说法中正确的是(

)A．速度大小在改变，动能也在改变B．速度大小改变，动能不变C．速度大小不变，动能改变D．动能、速度大小都不变1．对于做简谐运动的质点，下面说法中正确的解析：

做简谐运动的质点，从平衡位置向最大位移运动的过程中，速度大小逐渐减小，动能减小；从最大位移向平衡位置运动的过程中，速度大小逐渐增大，动能增大，B、C、D错误，A正确．答案：

A解析：做简谐运动的质点，从平衡位置向最大位移运动的过程中，2．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，下列说法正确的是(

)A．当f<f0时，该振动系统的振幅随f增大而减小B．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f2．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解析：

由共振条件及共振曲线可知：驱动力频率f驱越接近振动系统的固有频率f0，则振幅越大，故知：当f<f0时，振幅随f的↑而↑，A错；当f>f0时，振幅随f的↑而↓，随f的↓而↑，B正确；系统振动稳定时，振动频率等于驱动力频率f，与固有频率f0无关，D对，C错．故选B、D.答案：

BD解析：由共振条件及共振曲线可知：驱动力频率f驱越接近振动系3．一个质点经过平衡位置O，在A、B间做简谐运动，如图(a)所示，它的振动图象如图(b)所示，设向右为正方向，则3．一个质点经过平衡位置O，在A、B间做简谐运动，如图(a)(1)OB＝______cm.(2)第0.2s末质点的速度方向是______，加速度大小为________________________________________________________________________．(3)第0.4s末质点的加速度方向是______；(4)第0.7s时，质点位置在____点与____点之间．(5)质点从O运动到B再运动到A所需时间t＝____s.(6)在4s内完成______次全振动．答案：

(1)5

(2)O→A

0

(3)A→O(4)O

B

(5)0.6

(6)5(1)OB＝______cm.答案：(1)5(2)O→4．弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点之间做简谐运动，B、C相距20cm.某时刻振子处于B点，经过0.5s，振子首次到达C点，则该振动的周期和频率分别为________、________；振子在5s内通过的路程及5s末的位移大小分别为________、________.4．弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点之间做简谐运动，B、高三物理一轮复习课件选修3-4机械振动分析答案：

1.0s

1.0Hz

200cm

10cm答案：1.0s1.0Hz200cm10cm5．(2012·浙江宁波八校联考)用沙摆可以粗略地描绘简谐运动图象．如图所示，木板在水平面内以速度v做匀速直线运动，同时沙摆在竖直平面内做简谐运动，则沙摆中漏下的细沙在木板上形成振动图线．现只给一把刻度尺，要求测出木板的速度(漏斗大小忽略不计)，则：(1)需要直接测量的物理量有________和________(用文字和相应字母表示)．(2)已知当地重力加速度为g，用测出的量表示木板速度的表达式为v＝________.5．(2012·浙江宁波八校联高三物理一轮复习课件选修3-4机械振动分析简谐运动的基本特征及规律简谐运动的基本特征及规律(1)求振子的振幅和周期；(2)在图中作出该振子的位移—时间图象；(3)写出振子的振动方程．(1)求振子的振幅和周期；解析：

(1)振幅A＝10cm，T＝s＝0.2s.(2)四分之一周期时具有正的最大加速度，故有负向最大位移．如图所示．(3)设振动方程为x＝Asin(ωt＋φ)当t＝0时，x＝0，则sinφ＝0得φ＝0，或φ＝π，当再过较短时间，x为负值，所以φ＝π所以振动方程为x＝10sin(10πt＋π)cm.解析：(1)振幅A＝10cm，答案：

(1)10cm

0.2s

(2)如解析图(3)x＝10sin(10πt＋π)cm答案：(1)10cm0.2s(2)如解析图1－1：(2012·安徽合肥一模)如图所示，弹簧振子在振动过程中，振子从a到b历时0.2s，振子经a、b两点时速度相同，若它从b再回到a的最短时间为0.4s，则该振子的振动频率为(

)A．1Hz

B．1.25HzC．2Hz D．2.5Hz1－1：(2012·安徽合肥一模)如图所示，弹簧振子在振动过答案：

B答案：B对简谐运动图象的理解及应用

一弹簧振子做简谐运动，它所受的回复力F随时间t变化的图象为正弦曲线，如图所示，下列说法错误的是(

)对简谐运动图象的理解及应用一弹A．在t从0到2s时间内，弹簧振子做加速运动B．在t1＝3s和t2＝5s时，弹簧振子的速度大小相等，方向相反C．在t2＝5s和t3＝7s时，弹簧振子的位移大小相等，方向相同D．在t从0到4s时间内，t＝2s时刻弹簧振子所受回复力做功的功率最大A．在t从0到2s时间内，弹簧振子做加速运动解析：

在t从0到2s时间内，弹簧振子所受的回复力增大，说明位移在增大，振子做减速运动，A说法错误；从图中可以看出，在t1＝3s和t2＝5s时，振子所受的回复力大小相等，可知振子的速度大小相等，速度方向相同，B说法错误；从图中可以看出，在t2＝5s和t3＝7s时，回复力大小相等，方向相同，则有弹簧振子的位移大小相等，方向相同，C说法正确；从图中可以看出，t＝2s时刻弹簧振子所受的回复力最大，振子的速度为零，则回复力做功的功率为零；D说法错误．答案：

ABD解析：在t从0到2s时间内，弹簧振子所受的回复力增大，说对简谐运动的x－t图象的理解(1)简谐运动的x－t图象是一正(余)弦曲线，从图象可直接读取振幅A、周期T及各时刻对应的位移x.(2)简谐运动的x－t图象不是质点的运动轨迹，但可确定任意时刻质点的振动方向、比较各时刻质点速度、加速度的大小和方向．(3)在简谐运动的x－t图象中，抓住时间t轴即为平衡位置轴及位移永远由平衡位置指向质点这两特点，能很快求解位移、速度、加速度等变化情况．对简谐运动的x－t图象的理解2－1：

根据右图所示的振动图象：(1)算出下列时刻振子对平衡位置的位移．①t1＝0.5s

②t2＝1.5s(2)将位移随时间的变化规律写成x＝Asin(ωt＋φ)的形式并指出振动的初相位是多少？2－1：根据右图所示的振动图象：高三物理一轮复习课件选修3-4机械振动分析高三物理一轮复习课件选修3-4机械振动分析高三物理一轮复习课件选修3-4机械振动分析

在“用单摆测定重力加速度”的实验中，测得单摆摆角小于5°，完成n次全振动的时间为t，用毫米刻度尺测得摆线长为L，用螺旋测微器测得摆球直径为d.用单摆测定重力加速度在“用单摆测定重力加速度”的实验(1)用上述物理量的符号写出重力加速度的一般表达式g＝________.(2)从图示可知，摆球直径d的读数为________mm.(3)实验中有个同学发现他测得重力加速度的值偏大，其原因可能是(

)A．悬点未固定紧，振动中出现松动，使摆线增长了B．单摆所用摆球质量太大C．把n次全振动时间误当成(n＋1)次全振动时间D．以摆线长作为摆长来计算(1)用上述物理量的符号写出重力加速度的一般表达式g＝___高三物理一轮复习课件选修3-4机械振动分析高三物理一轮复习课件选修3-4机械振动分析3－1：某同学在探究影响单摆周期的因素时有如下操作，请判断是否恰当(填“是”或“否”)．(1)把单摆从平衡位置拉开约5°释放；________(2)在摆球经过最低点时启动秒表计时；________3－1：某同学在探究影响单摆周期的因素时有如下操作，请判断是(3)用秒表记录摆球一次全振动的时间作为周期．________该同学改进测量方法后，得到的部分测量数据见表．用螺旋测微器测量其中一个摆球直径的示数见图，该球的直径为______mm.根据下表中数据可以初步判断单摆周期随______的增大而增大.(3)用秒表记录摆球一次全振动的时间作为周期．数据组编号摆长/mm摆球质量/g周期/s1999.332.22.02999.316.52.03799.232.21.84799.216.51.85501.132.21.46501.116.51.4数据组编号摆长/mm摆球质量/g周期/s1999.332.2解析：

(1)单摆的摆角小于5°时，单摆做简谐振动．(2)当球摆到最低点时，速度最大，此位置开始计时误差小．(3)为了减小误差，应该记录30～50次全振动的时间，然后再计算出单摆的周期．分析表格中的数据可知，当两摆的摆长相同，质量不同时，周期相同，而质量相同，摆长长的周期大．答案：

(1)是(2)是(3)否20.685(20.683～20.687)摆长

解析：(