南方新高考高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專題十三 機(jī)械振動(dòng) 機(jī)械波 第1講 機(jī)械振動(dòng)課件

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1、專題十三機(jī)械振動(dòng)機(jī)械波光電磁波相對(duì)論簡(jiǎn)介考點(diǎn)內(nèi)容要求熱點(diǎn)1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1.從近幾年的高考試題來看,對(duì)本章內(nèi)容主要考查簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象、波動(dòng)圖象以及波的傳播規(guī)律等;另外對(duì)光學(xué)知識(shí)的考查主要以折射定律、全反射等知識(shí)為主.2.理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的物理意義,掌握兩種簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型,掌握單擺的周期公式.2.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖象3.單擺、單擺的周期公式4.受迫振動(dòng)和共振5.機(jī)械波6.橫波和縱波7.橫波的圖象8.波速、波長(zhǎng)和頻率(周期)的關(guān)系9.波的干涉和衍射現(xiàn)象10.多普勒效應(yīng)11.光的折射定律12.折射率考點(diǎn)內(nèi)容要求熱點(diǎn)13.全反射、光導(dǎo)纖維3.理解機(jī)械波的三大關(guān)系:波速、波長(zhǎng)、頻率間的關(guān)系;空間距離和時(shí)間的關(guān)

2、系;質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向間的關(guān)系.4.幾何光學(xué)中,注重正確規(guī)范地作圖,將有關(guān)規(guī)律和幾何關(guān)系相結(jié)合.5.理解電磁波、相對(duì)論的基本概念及規(guī)律.14.光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象15.電磁波的產(chǎn)生16.電磁波的發(fā)射、傳送和接收17.電磁波譜18.狹義相對(duì)論的基本假設(shè)19.質(zhì)能關(guān)系實(shí)驗(yàn)十四:探究單擺的運(yùn)動(dòng)、用單擺測(cè)定重力加速度實(shí)驗(yàn)十五:測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)十六:用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)(續(xù)表)第1講機(jī)械振動(dòng)一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1.定義:物體在跟位移大小成正比并且總是指向平衡位置的_作用下的振動(dòng).回復(fù)力零2.平衡位置:物體在振動(dòng)過程中回復(fù)力為_的位置.3.回復(fù)力平衡位置平衡位置(1)定義:使物體返回到_的力.

3、(2)方向:總是指向_.(3)來源:屬于效果力,可以是某一個(gè)力,也可以是幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力.模型條件回復(fù)力平衡位置周期能量轉(zhuǎn)化彈簧振子(1)彈簧質(zhì)量可忽略(2)無摩擦等阻力(3)在彈簧彈性限度內(nèi)彈簧的彈力提供彈簧處于原長(zhǎng)處T與振幅無關(guān)彈性勢(shì)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒單擺擺線為不可伸縮的輕細(xì)線(2)無空氣等阻力(3)最大擺角小于10擺球重力沿與擺線垂直(即切向)方向的分力最低點(diǎn)T重力勢(shì)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒4.兩個(gè)典型的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型【基礎(chǔ)檢測(cè)】1.(多選)彈簧振子在光滑的水平面上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),在振子向)著平衡位置運(yùn)動(dòng)的過程中,下列說法正確的是(A.振子所受的回復(fù)力逐漸減小B.振

4、子離開平衡位置的位移逐漸增大C.振子的速度逐漸增大D.振子的加速度逐漸增大E.振子的機(jī)械能守恒答案:ACE二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和圖象1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律(1)變化規(guī)律(2)對(duì)稱規(guī)律對(duì)稱性相同相反做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體,在關(guān)于平衡位置對(duì)稱的兩點(diǎn),回復(fù)力、位移、加速度具有等大反向的關(guān)系,另外速度的大小、動(dòng)能具有_,速度的方向可能_或_.振動(dòng)物體來回通過相同的兩點(diǎn)間的時(shí)間相等,如tBCtCB;振動(dòng)物體經(jīng)過關(guān)于平衡位置對(duì)稱的等長(zhǎng)的兩線段的時(shí)間相等,如tBC_tBC,如圖1311所示.圖 1311(3)運(yùn)動(dòng)的周期性特征相隔 T 或 nT 的兩個(gè)時(shí)刻振動(dòng)物體處于同一位置且振動(dòng)狀態(tài)相同.2.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象Asin t

5、(1)從平衡位置開始計(jì)時(shí),函數(shù)表達(dá)式為 x_,圖象如圖 1312 甲所示.圖 1312(2)從最大位移處開始計(jì)時(shí),函數(shù)表達(dá)式為 x_,圖象如圖乙所示.Acos t(3)圖象的意義:反映了位移隨時(shí)間的變化規(guī)律.隨時(shí)間的延長(zhǎng)而延伸,圖象不是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡.【基礎(chǔ)檢測(cè)】2.(多選)關(guān)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移、加速度和速度的關(guān)系,下列A.位移減小時(shí),加速度減小,速度也減小B.位移方向總是與加速度方向相反,與速度方向相同C.物體的運(yùn)動(dòng)方向指向平衡位置時(shí),速度方向與位移方向相反;背離平衡位置時(shí),速度方向與位移方向相同D.物體向負(fù)方向運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度方向與速度方向相同;向正方向運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度方向與速度方向相反E.速度

6、和加速度不可能同時(shí)增大答案:ABD三、受迫振動(dòng)和共振1.受迫振動(dòng)(1)定義:質(zhì)點(diǎn)在_作用下的運(yùn)動(dòng).(2)特點(diǎn):受迫振動(dòng)的周期和頻率_驅(qū)動(dòng)力的周期和頻率.驅(qū)動(dòng)力等于大2.共振:當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期和頻率等于物體的固有周期和頻率時(shí),受迫振動(dòng)的振幅最_,這種現(xiàn)象叫共振.【基礎(chǔ)檢測(cè)】3.汽車的車身是裝在彈簧上的,如果這個(gè)系統(tǒng)的固有周期是 1.5 s,汽車在一條起伏不平的路上行駛,路上各凸起處大約都相隔 8 m,汽車以多大速度行駛時(shí),車身上下顛簸得最劇烈?解:汽車做受迫振動(dòng),經(jīng)過相鄰的凸起所用的時(shí)間為受迫振動(dòng)的周期,根據(jù)共振的條件T固T驅(qū)1.5 s時(shí)振動(dòng)最劇烈,所以汽車速度為考點(diǎn)1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征 重點(diǎn)歸納1.

7、力學(xué)特征:簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力滿足 Fkx,位移 x 與回復(fù)力的方向相反.由牛頓第二定律知,加速度 a 與位移的大小成正比,方向相反.2.運(yùn)動(dòng)特征:當(dāng) v、a 同向(即 v、F 同向,也就是 v、x 反向)時(shí),v 一定增大;當(dāng) v、a 反向(即 v、F 反向,也就是 v、x 同向)時(shí),v 一定減小.當(dāng)物體靠近平衡位置時(shí),a、F、x 都減小,v增大;當(dāng)物體遠(yuǎn)離平衡位置時(shí),a、F、x 都增大,v 減小.3.能量特征:對(duì)彈簧振子和單擺來說,振幅越大,能量越大,在振動(dòng)過程中,動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒.4.周期性特征:物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí),其位移、回復(fù)力、加速度、速度等矢量都隨時(shí)間做周期性的變化,它們的周

8、期就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期 T.物體的動(dòng)能和勢(shì)能也隨時(shí)間做周期性的變5.對(duì)稱性特征(1)速率的對(duì)稱性:物體在關(guān)于平衡位置對(duì)稱的兩位置具有相等的速率.(2)時(shí)間的對(duì)稱性:物體通過關(guān)于平衡位置對(duì)稱的兩段位移的時(shí)間相等.在振動(dòng)過程中,物體通過任意兩點(diǎn) A、B 的時(shí)間與逆向通過這兩點(diǎn)的時(shí)間相等.(3)加速度的對(duì)稱性:物體在關(guān)于平衡位置對(duì)稱的兩位置具有等大、反向的加速度. 典例剖析例 1:(2013 年新課標(biāo)全國卷)如圖1313 所示,一輕彈簧一端固定,另一端連接一物塊構(gòu)成彈簧振子,該物塊是由 a、b 兩個(gè)小物塊粘在一起組成的.物塊在光滑水平面上左右振動(dòng),振幅為 A0,周期為 T0.當(dāng)物塊向右通過平衡位置時(shí),

9、a、b 之間的粘膠脫開;以后小物塊 a 振動(dòng)的振幅和周期分別為 A 和 T,則A_A0(填“”“”“”或“”).圖 1313思維點(diǎn)撥:由題意可知,a、b 脫離后,b 做勻速直線運(yùn)動(dòng),a 做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),故簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量減小,振幅減小,周期變小.解析:當(dāng)物塊向右通過平衡位置時(shí),脫離前:答案:考點(diǎn)2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的應(yīng)用 重點(diǎn)歸納(1)由圖象可以看出振幅、周期.(2)可以確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移.(3)可以根據(jù)圖象確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)回復(fù)力、加速度和速度的方向.回復(fù)力和加速度的方向:因回復(fù)力總是指向平衡位置,故回復(fù)力和加速度在圖象上總是指向 t 軸.速度的方向:速度的方向可以通過下一時(shí)刻位移的變化來判定

10、,若下一時(shí)刻位移增大,振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度方向就是遠(yuǎn)離t 軸;若下一時(shí)刻位移減小,振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度方向就是指向 t 軸. 典例剖析例 2:(多選,2016 年湖北襄陽檢測(cè))如圖1314甲所示為一彈簧振子自由振動(dòng)(即做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng))時(shí)的位移隨時(shí)間變化的圖象,圖乙為該彈簧振子在某外力的作用下做受迫振動(dòng)時(shí)的位移)乙隨時(shí)間變化的圖象,則下列說法中正確的是(甲圖 1314A.由圖甲可知該彈簧振子的固有周期為 4 sB.由圖乙可知該彈簧振子的固有周期為 8 sC.由圖乙可知外力的周期為 8 sD.如果改變外力的周期,在接近 4 s 的附近該彈簧振子的振幅較大E.如果改變外力的周期,在接近 8 s 的附近該彈簧振子的振

11、幅較大解析:如題圖甲所示是彈簧振子自由振動(dòng)時(shí)的圖象,由圖甲可知,其振動(dòng)的固有周期為 4 s,A 正確,B 錯(cuò)誤;圖乙是彈簧振子在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)圖象,彈簧振子的振動(dòng)周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期,即 8 s,C 正確;當(dāng)固有周期與驅(qū)動(dòng)力的周期相等時(shí),其振幅最大,驅(qū)動(dòng)力的周期越接近固有周期,彈簧振子的振幅越大,D 正確,E 錯(cuò)誤.答案:ACD備考策略:彈簧振子自由振動(dòng)的周期是固有周期,受迫振動(dòng)的周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期;當(dāng)受迫振動(dòng)的周期與彈簧振子的固有周期相等時(shí),發(fā)生共振,受迫振動(dòng)的振幅最大.【考點(diǎn)練透】如圖 1315 甲所示,豎直懸掛的彈簧振子下端裝有記錄筆,在豎直平面內(nèi)放置記錄紙.當(dāng)振子上下自由振動(dòng)時(shí),振動(dòng)頻率為10 Hz.現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手,給彈簧振子以周期性的驅(qū)動(dòng)力,并以水平向左的速度 v5 m/s 勻速拉動(dòng)記錄紙,記錄筆在紙上留下記錄的痕跡,建立坐標(biāo)系,測(cè)得的數(shù)據(jù)如圖乙所示,則彈簧振子振動(dòng)的振幅為_,頻率為_,若將勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手的周期改為 0.1 s ,則彈簧振子的振幅將_( 填“變大”“變小”或“不變”).甲乙圖 1315解析:設(shè)周期為T,振幅為 A.由于振幅是振子離開平衡位置的最大距離,等于振子在最高點(diǎn)與最低點(diǎn)間距離的一半,所以由題圖得:A5 cm;由于振動(dòng)的周期就是記錄紙從0 至x答案:5 cm 5 Hz變大

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