创新设计浙江鸭2018版高考物理总复习第11章机械振动机械波光电磁波第1课时机械振动课件

[考纲要求]知识内容考试要求备考方略必考加试简谐运动

b新高考中，对本部分知识的考查出现在选考题中。考题主要是选择题，主要考查简谐运动的图象、波动图象以及波的传播规律等；另外对光学知识的考查主要以折射定律、全反射等为主，对电磁波的考查主要集中在电磁场理论，电磁振荡、电磁波的发射与接收等。最可能选修3－4知识整合到一个选择题中出现概率较大。简谐运动的描述

c简谐运动的回复力和能量

b单摆

c外力作用下的振动

b波的形成和传播

b波的图象

b波长、频率和波速

c波的衍射和干涉

b多普勒效应

b惠更斯原理

b光的反射与折射

c全反射

b光的干涉

c光的衍射

b光的偏振

b光的颜色、色散

b激光

a电磁波的发现

a电磁振荡

c电磁波的发射和接收

b电磁波与信息化社会

a电磁波谱

a第1课时机械振动[基础过关]1.简谐运动 (1)定义：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)是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。 (2)特点：简谐运动是最简单、最基本的_____。弹簧振子的运动就是_________。 (3)简谐运动的图象：是一条正弦曲线，表示做简谐运动的质点_____随时间变化的规律。 (4)图象的应用：医院里的_______、地震仪中绘制地震曲线的 装置。考点一简谐运动简谐运动的回复力和能量(－/b)正弦振动简谐振动位移心电图2.简谐运动的回复力和能量 (1)回复力

(2)简谐运动的动力学特征

如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成_____，并且总是指向__________，质点的运动就是简谐运动。项目内容定义振动质点受到的总能使其回到_________的力方向指向_________表达式F＝_____平衡位置平衡位置－kx正比平衡位置(3)振动系统(弹簧振子)的状态与能量的对应关系弹簧振子运动的过程就是_____和_____互相转化的过程。①在最大位移处，_____最大，_____为零。②在平衡位置处，_____最大，_____最小。(4)简谐运动的能量特点在简谐运动中，振动系统的机械能_____，而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一种_______的模型。动能势能势能动能动能势能守恒理想化【过关演练】1.一弹簧振子作简谐运动，下列说法正确的是(

) A.若位移为负值，则速度一定为正值，加速度也一定为正值 B.振子速度方向改变时，其位移方向也发生改变 C.振子每次通过平衡位置时，加速度相同，速度也一定相同 D.振子的加速度变大，其速度一定减小解析当位移为负值时，如果振子是远离平衡位置，则速度为负，如果振子是向平衡位置运动，则速度为正，A错误；振子速度方向改变时，其位移方向不一定发生改变，B错误；振子每次通过平衡位置时加速度都为零，如果振子是通过平衡位置向负方向运动则速度方向也是负方向，如果振子通过平衡位置向正方向运动，则振子的速度方向是向正方向的，故C错误；因为回复力总是指向平衡位置的，离平衡位置越远，回复力越大，当加速度变大即回复力变大，所以振子是远离平衡位置的，故其速度一定减小，D正确。答案D2.对简谐运动的回复力公式F＝－kx的理解，正确的是(

) A.k只表示弹簧的劲度系数 B.式中的负号表示回复力总是负值 C.位移x是相对平衡位置的位移 D.回复力只随位移变化，不随时间变化

解析位移x是相对平衡位置的位移；F＝－kx中的负号表示回复力总是与振动物体的位移方向相反。

答案C[要点突破]要点简谐运动的特征1.受力特征：

简谐运动的回复力满足F＝－kx，位移x与回复力的方向相反。由牛顿第二定律知，加速度a与位移的大小成正比，方向相反。2.运动特征：

当v、a同向(即v、F同向，也就是v、x反向)时，v一定增大；当v、a反向(即v、F反向，也就是v、x同向)时，v一定减小。当物体靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；当物体远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小。5.对称性特征： (1)速率的对称性：物体在关于平衡位置对称的两位置具有相等的速率。 (2)时间的对称性：物体通过关于平衡位置对称的两段位移的时间相等。在振动过程中，物体通过任意两点A、B的时间与逆向通过这两点的时间相等。 (3)加速度的对称性：物体在关于平衡位置对称的两位置具有等大、反向的加速度。【例1】

一个质点做简谐运动，它的振动图象如图所示，则(

) A.图中的曲线部分是质点的运动轨迹

B.有向线段OA是质点在t1时间内的位移

C.有向线段OA在x轴的投影是质点在t1时间内的位移

D.有向线段OA的斜率是质点在t1时刻的瞬时速率

解析图中的曲线是质点位移与时间的对应关系，不是运动轨迹，A错；质点在t1时间内的位移，应是曲线在t1时刻的纵坐标，故B错，C对；质点在t1时刻的瞬时速率应是曲线在t1时刻所对应的曲线切线的斜率，D错。答案C【例2】

一弹簧振子做简谐运动，下列说法正确的是(

) A.若位移为负值，则速度一定为正值 B.振子通过平衡位置时，速度为零 C.振子每次通过平衡位置时，速度相同 D.振子每次通过同一位置时，速度不一定相同

解析在简谐运动中，速度方向可能与位移方向相同，也可能相反，选项A错误；振子每次通过平衡位置时，速度都最大，但速度方向可能相同，也可能相反，选项B、C错误，D正确。

答案D[精练题组]1.弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动，在振子向着平衡位置运动的过程中(

) A.振子所受的回复力逐渐增大 B.振子离开平衡位置的位移逐渐增大 C.振子的速度逐渐增大 D.振子的加速度逐渐增大

解析在振子向着平衡位置运动的过程中，振子所受的回复力逐渐减小，振子离开平衡位置的位移逐渐减小，振子的速度逐渐增大，振子的加速度逐渐减小，选项C正确。

答案

C2.(2016·宁波效实中学期中)一个在水平面内做简谐运动的弹簧振子，从第一次以不等于零的速度经过非平衡位置的某点a时开始计时，下列说法中正确的是(

) A.到它第二次经过a点时，所需时间为半个周期

B.到它第二次经过a点时，所需时间为一个周期 C.到它第三次经过a点时，所需时间为一个周期 D.到它第三次经过a点时，所需时间为二个周期解析因为是从第一次以不等于零的速度经过非平衡位置的某点a时开始计时，故到它第二次经过a点时不一定是半个周期，更不可能是一个周期，选项A、B错误；到它第三次经过a点时，所需时间才为一个周期，选项C正确，D错误；故选C。答案C3.(多选)(2016·浙江余杭期末)如图是一弹簧振子，O为平衡位置，则振子从a→O运动的过程中，下列说法正确的是(

) A.位移不断减小 B.速度不断减小 C.加速度不断减小 D.弹簧的弹性势能不断增大解析振子从a→O运动的过程是靠近平衡位置，故位移减小，速度增大，加速度减小，弹性势能减小；故B、D错误，A、C正确；故选A、C。答案AC4.弹簧振子的质量是2kg，当它运动到平衡位置左侧2cm时，受到的回复力是4N，当它运动到平衡位置右侧4cm时，它的加速度是(

) A.2m/s2，向右 B.2m/s2，向左 C.4m/s2，向右 D.4m/s2，向左答案D【方法总结】

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)分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性。[基础过关]1.描述简谐运动的物理量考点二简谐运动的描述(－/c)物理量定义意义振幅振动质点离开平衡位置的最大距离描述振动的强弱和能量周期振动物体完成一次全振动所需时间描述振动的快慢，两者互为倒数：T＝频率振动物体单位时间内完成全振动的次数相位ωt＋φ描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态2.简谐运动的表达式

简谐运动的表达式为x＝____________ (1)A：表示简谐运动的_____ (2)ω：是一个与频率成正比的量，叫做简谐运动的“圆频率”， 表示简谐运动的快慢，ω＝＝。Asin(ωt＋φ)______振幅【过关演练】1.一位游客在千岛湖边欲乘坐游船，当日风浪较大，游船上下浮动。可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，振幅为20cm，周期为3.0s。当船上升到最高点时，甲板刚好与码头地面平齐。地面与甲板的高度差不超过10cm时，游客能舒服地登船。在一个周期内，游客能舒服登船的时间是(

) A.0.5s B.0.75s C.1.0s D.1.5s答案C2.某个质点的简谐运动图象如图所示，求质点的振幅和周期分别为多大？[要点突破]要点简谐运动图象1.振动图象提供的信息 (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)可以确定各时刻质点的振动方向。 (4)可以确定某时刻质点的回复力、加速度和速度的方向。 (5)比较不同时刻质点的速度、加速度的大小。2.振动图象的物理意义

图象描述的是振子相对平衡位置的位移随时间变化的情况，不是物体的运动轨迹。【例题】

(多选)(2016·宁波效实中学期中)如图所示为一质点的简谐运动图象。由图可知(

) A.质点的运动轨迹为正弦曲线 B.t＝0时，质点正通过平衡位置向正方向运动

C.t＝0.25s时，质点的速度方向与位移的正方向相同 D.质点运动过程中，两端点间的距离为0.1m解析简谐运动图象反映质点的位移随时间变化的情况，不是质点的运动轨迹，故A错误；t＝0时，质点离开平衡位置的位移最大，速度为零，故B错误；根据图象的斜率表示速度，则t＝0.25s时，质点的速度为正值，则速度方向与位移的正方向相同。故C正确；质点运动过程中，两端点间的距离等于2倍的振幅，即＝2A＝2×5cm＝10cm＝0.1m，故D正确。故选C、D。答案CD[精练题组]1.如图所示为某质点在0～4s内的振动图象，则(

) A.质点在3s末的位移为2m B.质点在4s末的位移为8m C.质点在4s内的路程为8m D.质点在4s内的路程为零

答案C2.(多选)一质点做简谐运动，其位移x与时间t的关系图象如图所示，由图可知(

) A.质点振动的频率是4Hz B.质点振动的振幅是2cm C.t＝3s时，质点的速度最大 D.在t＝3s时，质点的振幅为零解析由题图可以直接看出振幅为2cm，周期为4s，所以频率为0.25Hz，所以选项A错误，B正确；t＝3s时，质点经过平衡位置，速度最大，所以选项C正确；振幅等于质点偏离平衡位置的最大位移，与质点的位移有着本质的区别，t＝3s时，质点的位移为零，但振幅仍为2cm，所以选项D错误。答案BC3.(多选)一弹簧振子A的位移x随时间t变化的关系式为x＝0.1sin(2.5πt)，位移x的单位为m，时间t的单位为s。则(

) A.弹簧振子的振幅为0.2m B.弹簧振子的周期为1.25s C.在t＝0.2s时，振子的运动速度为零 D.质点在0.1s末与0.3s末的位移相同答案CD4.如图甲所示，水平的光滑杆上有一弹簧振子，振子以O点为平衡位置，在a、b两点之间做简谐运动，其振动图象如图乙所示。由振动图象可以得知(

) A.振子的振动周期等于t1 B.在t＝0时刻，振子的位置在a点 C.在t＝t1时刻，振子的速度为零 D.从t1到t2，振子从O点运动到b点解析由题图乙可知，振子的振动周期等于2t1，故A错；在t＝0时刻，振子的位置在O点，故B错；在t＝t1时刻，振子在平衡位置，其速度最大，故C错；由题图乙可看出，从t1到t2，振子从O点运动到b点，故D对。答案D5.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(t＝0)，经过周期振子有正向最大加速度。 (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。答案(1)10cm

0.2s

(2)图见解析(3)x＝10sin(10πt＋π)cm【方法总结】

求解简谐运动问题的有效方法

就是紧紧抓住一个模型——水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动过程中各物理量的变化规律，看到振动图象，头脑中立即