高三物理机械振动

内容要求说明简谐运动简谐运动公式和图象单摆、周期公式受迫振动和共振机械波横波和纵波横波图象波速、波长和频率(周期)关系波干涉和衍射现象多普勒效应ⅠⅡⅠⅠⅠⅠⅡⅡⅠⅠ光折射定律折射率全反射、光导纤维光干涉、衍射和偏振现象改变磁场产生电场、改变电场产生磁场、电磁包括其传输电磁波产生、发射和接收电磁波谱ⅡⅠⅠⅠⅠⅠⅠ狭义相对论基本假设质速关系、质能关系相对论质能关系式ⅠⅠⅠ试验：(1)探究单摆运动、用单摆测定重力加速度试验：(2)测定玻璃折射率试验：(3)用双缝干涉测量光波长选修3-4(选考)第1页本部分作为选考内容各高考试题都有出现。考查点主要是：(一)机械振动和机械波部分1.简谐运动描述，振幅、周期、频率、相位及表示式x=Asin(ωt+φ)考查。2.简谐运动位移、回复力、速度、加速度、能量改变规律。3.弹簧振子和单摆模型，单摆周期公式。4.试验：利用单摆测定当地重力加速度。5.振动图象和波动图象了解和应用。6.波长、频率和波速关系式v=λf在波传输问题中分析和应用。7.波干涉、衍射现象分析和应用。(二)光部分1.光折射现象及折射率应用。2.光全反射现象及临界角应用。3.棱镜及光导纤维问题。4.光干涉、衍射现象及条件。5.试验：测定玻璃折射率。6.试验：用双缝干涉测量光波长。第2页

因为本部分知识属于选考内容，分值不高，对应试题难度较小，将以中等或中等偏下难度题目标考查为主，但综合度稍大，对了解能力、推理能力、空间想象能力要求较高，故在复习时，要深刻了解概念内涵和外延，把握基本规律，对于振动和波传输“空间周期性、时间周期性”及“两类图象”要充分重视；对光折射、全反射，重视结合实际处理问题，并注意数学几何知识结合分析能力培养；对电磁波部分，把握“波动”共性，更要加以区分；对相对论部分主要是了解相对论一些基本观点，了解质速关系、质能关系。第3页

如图3.4-1-4所表示，弹簧振子以O为平衡位置，在CB间做简谐运动，振动过程中振子位移、回复力、速度、加速度、动能、弹性势能改变以下表所表示。关键点一简谐运动中各物理量改变规律图3.4-1-4BB→OOO→CCC→OOO→B位移大小、方向A+↓+0↑-A-↓-0↑+回复力大小、方向kA-↓-0↑+kA+↓+0↑-速度大小、方向0↑-vmax-↓-0↑+vmax+↓+加速度大小、方向-↓-0↑++↓+0↑-动能0↑↓0↑↓势能↓0↑↓0↑说明：符号↑、↓分别表示增大、减小，设向右为正方向。学案1机械振动第4页2.时间周期性经过t=nT(n为正整数)，质点回到出发点，全部运动描述量完全相同。经过(n为正整数)，质点所处位置必定与原来位置关于平衡位置对称，全部运动描述量大小相等，假如为矢量，则方向相反。关键点二简谐运动往复性、周期性和对称性＊体验应用＊1.做简谐运动质点，先后经过同一位置时以下物理量不一样是()A.位移B.加速度C.势能D.速度D1.空间周期性在同一位置时，振子位移相等，回复力、加速度、动能和势能也相等；速度大小相等，方向可能相同，也可能相反。在关于平衡位置对称点，位移、回复力和加速度等大反向；速度大小相等，方向可能相同或相反；动能与势能大小均相等。第5页2.一质点沿直线运动，先后以相同速度依次经过图3.4-1-5中

A、B两点，历时2s。质点通过B点后再经过2s第二次经过B

点，已知A、B之间距离为8cm，则B点位移xB=_____cm，振动周期T=______s。图3.4-1-548＊体验应用＊第6页2.受迫振动振幅A与驱动力频率f关系——共振曲线(如图3.4-1-6所表示)，f固表示振动物体固有频率，当f=f固时振幅最大。关键点三自由振动、受迫振动和共振1.自由振动、受迫振动和共振关系比较

振动类型项目自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力周期性驱动力作用周期性驱动力作用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周期或频率决定，即T=T驱或f=f驱T驱=T固或f驱=f固振动能量振动物体机械能不变由产生驱动力物体提供振动物体取得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振动共振筛、转速计等图3.4-1-6第7页3.在靠近收费口道路上安装了若干条突起于路面且与行驶方向垂直减速带，减速带间距为

10m，当车辆经过减速带时会产生振动。若某汽车固有频率为1.25Hz，则当该车以______m/s速度行驶在此减速区时颠簸得最厉害，我们把这种现象称为______。共振12.5＊体验应用＊第8页【例1】光滑水平面上叠放有质量分别为m和m/2两木块，下方木块和一劲度系数为k弹簧相连，弹簧另一端固定在墙上，如图3.4-1-7所表示。已知两木块之间最大静摩擦力为f，为使这两个木块组成系统像一个整体一样地振动，系统最大振幅为()A.f/kB.(2f)/kC.(3f)/kD.(4f)/k热点一简谐运动力学特征图3.4-1-7

【解析】对木块来讲，随同质量为m木块一起做简谐运动，其最大加速度。故系统共同最大加速度，弹簧最大拉力为设最大振幅为A则：故C正确。C第9页【例2】一质点简谐运动振动图象如图3.4-1-8所表示。

(1)该质点振动振幅是______cm。周期是

_____s。初相是_______。

(2)写出该质点简谐运动表示式，并求出当t=1s

时质点位移。热点二简谐运动图象表示式图3.4-1-8【名师支招】(1)应用振动图象可直接读出振幅、周期、初相。

(2)书写简谐运动表示式，可依据位移通式x=Asin(ωt+φ)，结合从图象上得到振幅A和初相φ，周期T，再依据ω=(2π)/T，解出ω代入即可。【解析】(1)由质点振动图象可得A=8cm，T=0.2s，φ=π/2，

(2)ω=2π/T=10πrad/s。质点简谐运动表示式为

x=8sin(10πt+π/2)cm，当t=1s时，x=8cm。【答案】(2)x=8sin(10πt+π/2)cm=8cm80.2π/2第10页

【解析】(1)因小滑块沿半球形容器内壁做θ<10°运动，能够等效为摆长为容器半径R单摆简谐运动，由图(乙)可知该运动周期T＝0.2π。由单摆振动周期公式，得，代入数据，得R＝0.1m,在最高点A，有Fmin=0.495N。在最低点B，有Fmax-mg=(mv2)/R,式中Fmax=0.510N。从A到B过程中，滑块机械能守恒，则

mv2=mgR(1-cosθ)

解得cosθ=0.99,则m=0.05kg。

(2)滑块机械能=5×10-4

Ｊ故此滑块质量m=0.05kg，球半径R=0.1m，运动过程中只有重力做功，守恒是机械能E＝5×10-4

Ｊ。热点三单摆及其应用【例3】将一测力传感器连接到计算机上就能够测量快速改变力。图3.4-1-9(甲)表示小滑块(可视为质点)沿固定光滑半球形容器内壁在竖直平面A、A′之间往返滑动。A、A′点与O点连线与竖直方向夹角相等且都为θ，均小于10°，图3.4-1-9(乙)表示滑块对器壁压力F随时间t改变曲线，且图中t=0为滑块从A点开始运动时刻。试依据力学规律和题中(包含图中)所给信息，求：

(1)小滑块质量、容器半径；

(2)滑块运动过程中守恒量。(g取10m/s2)图3.4-1-9【答案】(1)0.05kg0.1m(2)机械能第11页热点四受迫振动与共振【例4】[年高考宁夏理综卷]某振动系统固有频率为f0，在周期性驱动力作用下做受迫振动，驱动力频率为f。若驱动力振幅保持不变，以下说法正确是_______(填入选项前字母，有填错不得分)