《高考备考指南 理科综合 物理》课件-选修3－4 第1讲

机械振动和光学(选考)选修3－4考点内容要求新课标卷真题考纲解读简谐运动Ⅰ1.本章考查的热点有简谐运动的特点及图像、波的图像以及波长、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．简谐运动的公式和图像Ⅱ单摆、周期公式Ⅰ受迫振动和共振Ⅰ机械波、横波和纵波Ⅰ2016Ⅰ卷34(1)题2015Ⅰ卷、Ⅱ卷34(2)题2014Ⅰ卷34(1)题横波的图像Ⅱ2015Ⅰ卷34(2)题2014Ⅰ卷34(1)题波速、波长和频率(周期)的关系Ⅰ2016Ⅰ卷34(1)题，Ⅱ卷34(2)题，Ⅲ卷34(1)题2014Ⅱ卷34(1)题波的干涉和衍射现象Ⅰ2015Ⅱ卷34(1)题多普勒效应Ⅰ电磁波的产生Ⅰ考点内容要求新课标卷真题考纲解读电磁波的发射、传播和接收Ⅰ2016Ⅱ卷34(1)2．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像的物理意义，注意图像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.电磁波谱Ⅰ光的折射定律Ⅱ2016Ⅰ卷、Ⅲ卷34(2)题；2015Ⅱ卷34(1)题2014Ⅰ卷、Ⅱ卷34(2)题折射率Ⅰ全反射、光导纤维Ⅰ光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ狭义相对论的基本假设Ⅰ质能关系Ⅰ实验一：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度实验二：测定玻璃的折射率实验三：用双缝干涉测光的波长第1讲机械振动和振动图像栏目导航01知识梳理回顾03随堂限时集训02考点各个击破04配套训练知识梳理回顾1一、机械振动机械振动：物体在______________附近的往复运动叫机械振动，简称振动．二、简谐运动1．定义：质点的位移与时间的关系遵从__________的规律的振动，即其振动图像(x－t图像)是一条正弦曲线．2．平衡位置：物体在振动过程中________为零的位置，合外力不一定为零．某一中心位置正弦函数回复力3．描述简谐运动的物理量平衡位置最大距离

－kx

位移5．回复力(1)定义：使物体返回到平衡位置的力．(2)方向：总是指向平衡位置．(3)注意：属于效果力，可以是某一个力，也可以是几个力的合力或某个力的分力．6．简谐运动的图像(1)物理意义：表示振子的位移随时间变化的规律，为______________曲线．(2)从__________开始计时，函数表达式为x＝Asinωt，图像如图甲．(3)从__________处开始计时，函数表达式为x＝Acosωt，图像如图乙．正弦(或余弦)

平衡位置最大位移7．简谐运动的两种基本模型弹力重力夯基题组1．(2017届上海校级期末)如图，O点为弹簧振子的平衡位置，小球在B、C间做无摩擦的往复运动．则小球(

)A．在O点速度最大B．在O点速度最小C．在B点速度最大D．在C点速度最大【答案】A【解析】振子在振动中O点的速度最大，BC两点的速度为零，故A正确，B、C、D错误．2．(2016年北京卷)如图所示，弹簧振子在M、N之间做简谐运动．以平衡位置O为原点，建立Ox轴．向右为x的轴的正方向．若振子位于N点时开始计时，则其振动图像为(

)【答案】A【解析】由题意：设向右为x正方向，振子运动到N点时，振子具有正方向最大位移，所以振子运动到N点开始计时振动图像应是余弦曲线，故A正确，B、C、D错误．三、受迫振动与共振1．受迫振动(1)概念：系统在________的外力(驱动力)作用下的振动．(2)振动特征：受迫振动的频率等于________的频率，与系统的固有频率无关．2．共振(1)概念：驱动力的频率等于系统的_________时，受迫振动的振幅最大的现象．(2)条件：驱动力的频率等于系统的固有频率．(3)共振曲线：如图所示．周期性驱动力固有频率夯基题组3．(多选)(2017届南宁校级模拟)正在运转的机器，当其飞轮以角速度ω0匀速转动时，机器的振动不强烈，切断电源，飞轮的转动逐渐慢下来，在某一小段时间内机器却发生了强烈的振动，此后飞轮转速继续变慢，机器的振动也随之减弱．在机器停下来之后若重新启动机器，使飞轮转动的角速度从0较缓慢地增大到ω0，在这一过程中(

)A．机器不一定还会发生强烈的振动B．机器一定还会发生强烈的振动C．若机器发生强烈振动，强烈振动可能发生在飞轮角速度为ω0时D．若机器发生强烈振动，强烈振动时飞轮的角速度肯定不为ω0【答案】BD【解析】以角速度ω0转动逐渐慢下来，在某一小段时间内机器却发生了强烈的振动，说明此过程机器的固有频率与驱动频率相等达到了共振．当飞轮转动的角速度从0较缓慢地增大到ω0，在这一过程中，仍一定会有机器的固有频率与驱动频率相等，即达到共振，机器一定还会发生强烈的振动．故A错误，B正确．由已知当其飞轮以角速度ω0匀速转动时，机器振动不强烈，则机器共振的角速度肯定不为ω0，故C错误，D正确．考点各个击破21．简谐运动具有对称性(1)振子经过同一位置时，位移、回复力、加速度、速率、动能一定相同，但速度和动量只是大小一定相同，方向可能相同，也可能相反．(2)振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P′时，位移、回复力、加速度大小相等，但方向不同；动能和势能相同；速度、动量大小相同，方向可能相同也可能不同．(3)振子往返经过同一段路程所用的时间相同，如tOP＝tPO.(4)振子从关于平衡位置O对称的两点P、P′到O点所用的时间相同．考点1简谐运动的基本特征2．简谐运动具有周期性相隔T或者nT的两个时刻的振子处于同一位置，且振动状态相同．3．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而方向相反，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．例1

(2017届杨浦校级模拟)弹簧振子做机械振动，若从平衡位置O开始计时，经过0.3s时振子第一次经过P点，又经过了0.2s振子第二次经过P点，则该振子第三次经过P点所需的时间为(

)A．1.6s

B．1.1s

C．0.8s

D．0.33s答案：D练1

(2017届徐汇二模)如图所示，固定着的钢条上端有一小球，在竖直平面内围绕虚线位置发生振动．图中是小球振动到的最左侧，振动周期为0.3s．在周期为0.1s的频闪光源照射下见到图像可能是(

)

A

B

C

D

【答案】C1．简谐运动图像认识(1)简谐运动的图像是一条正弦或者余弦曲线，如图所示．(2)图像反映的是振子的位移随时间变化的规律，而不是振子的实际轨迹．考点2简谐运动的公式和图像2．图像信息(1)振幅A、周期T以及各时刻振子的振动位移．(2)各时刻回复力、加速度的方向：指向时间轴．(3)各时刻速度方向：下一刻位移增加，其方向远离时间轴；下一刻位移减小，其方向指向时间轴．(4)某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况．(5)某段时间内振子通过的路程．例2

(2017届长宁校级模拟)如图，某质点做简谐运动的图像．下列说法正确的是(

)A．t＝0时，质点的速度为零B．t＝0.1s时，质点具有y轴正向最大加速度C．在0.2～0.3s内质点沿y轴负方向做加速度增大的加速运动D．在0.5～0.6s内质点沿y轴负方向做加速度减小的加速运动答案：D练2

(2017届奉贤校级模拟)一质点做简谐运动，其位移x随时间t变化的图像如图所示．由图可知，在t＝4s时，质点的(

)A．速度为零，加速度为负的最大值B．速度为零，加速度为正的最大值C．速度为负的最大值，加速度为零D．速度为正的最大值，加速度为零【答案】A【解析】在t＝4s时，质点的位移为正向最大，质点的速度为零，而加速度方向总是与位移方向相反，大小与位移大小成正比，则加速度为负向最大值．考点3单摆周期的求解及其应用答案：AC【答案】C1．自由振动、受迫振动和共振对比考点4受迫振动与共振振动类型自由振动受迫振动共振受力情况所受力提供回复力周期性驱动力周期性驱动力振动周期或频率由系统本身性质决定，即固有周期或固有频率由驱动力的周期或频率决定，即T＝T驱或f＝f驱T驱＝T0或f＝f0振动能量振动物体的机械能守恒由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆(θ<10°)机械工作时底座发生的振动共振筛、转速计等2.共振曲线：如图所示．由图知当f驱＝f固时振幅最大．例4

(2017届北京校级期末)一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，图甲所示的装置可用于研究该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转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图丙所示．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(

)乙

丙

甲

A．由图线可知T0＝4s，振幅为8cmB．由图线可知T0＝8s，振幅为2cmC．当T在4s附近时，Y显著增大；当T比4s小得多或大得多时，Y很小D．