（名师导学）2020版高考物理总复习 第十四章 第1节 机械振动教学案 新人教版

第1节 机械振动【p235】内容要求说明简谐运动简谐运动的公式和图象单摆、单摆的周期公式受迫振动和共振机械波、横波和纵波横波的图象波速、波长和频率(周期)的关系波的干涉和衍射现象多普勒效应1.简谐运动只限于单摆和弹簧振子2简谐运动的图象只限于位移时间图象电磁波的产生电磁波的发射、传播和接收电磁波谱光的折射定律折射率全反射、光导纤维光的干涉、衍射和偏振现象光的干涉、衍射和偏振现象狭义相对论的基本假设质能关系实验一：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2017、2018命题情况【p235】年份考题题型分值主要考点2017天津卷第2题选择题6分光的折射、全反射天津卷第5题选择题6分机械振动和机械波北京卷第14题选择题6分光的折射北京卷第15题选择题6分振动图象北京卷第20题选择题6分波的干涉海南卷第16题选考题12分(1)光的折射(2)振动和波江苏卷第12、13题选考题12分(1)狭义相对论(2)机械波、频率、波速(3)光的折射、反射2018全国卷第34题(1)填空题5分光的折射、折射率全国卷卷第34题(2)计算题10分波动图象、振动图象全国卷第34题(1)填空题5分声音的传播、音速全国卷第34题(2)计算题10分光的折射、全反射全国卷第34题(1)选择题5分波动图象全国卷第34题(2)计算题10分光的折射第1节机械振动【p235】夯实基础1简谐运动(1)概念：如果质点的位移与时间的关系遵循_正(余)弦_函数的规律，即它的振动图象是一条_正(余)弦_曲线，这样的振动叫做简谐运动(2)描述振幅：振动物体离开平衡位置的_最大_距离叫做振幅周期和频率：做简谐运动的物体完成一次_全振动_所需要的时间，叫做振动的周期，用T表示，单位是秒单位时间内完成的_全振动_的次数叫做振动的频率，用f表示，频率的单位是赫兹周期、频率互为倒数关系，即Tf1.相位：做周期性运动的物体在各个时刻所处的不同状态叫做相位简谐运动的位移表达式：xAsin(t)式中A代表简谐运动的振幅，2f，用表示简谐运动的快慢，(t)代表简谐运动的相位，叫做初相位简谐运动的图象()物理意义：表示振动物体_离开平衡位置的位移_随_时间_变化的规律. ()从平衡位置开始计时，位移表达式为_xAsin_t_，图象为正弦曲线从正方向最大位移处开始计时，位移表达式为_xAcos_t_，图象为余弦曲线(3)回复力：是指物体受到的_沿振动方向的_合外力，简谐振动的回复力的大小总是与它偏离平衡位置的_位移大小_成正比，方向与位移方向_相反_并且总是指向_平衡位置_用式子表示为：Fkx.(“”表示回复力与位移的方向相反)特别提醒：不能说回复力就是物体振动时所受的合外力，例如单摆通过平衡位置时，回复力为零，而合外力指向悬点、为向心力(4)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_振幅_有关，_振幅_越大，能量越大(5)两个特征受力特征：Fkxma.能量特征：系统机械能守恒2简谐运动的两种基本模型弹簧振子(水平)单摆模型示意图条件忽略弹簧质量，无摩擦等阻力细线不可伸长、质量忽略，无空气等阻力，摆角很小(|x2|，所以|a1|a2|.针对训练1(多选)如图所示，将一个小球用细线悬挂起来，让小球在a、b之间来回摆动，其中TA，故C共振，B不共振，C的振幅比B的振幅大，所以C、D正确8一个单摆在地面上做受迫振动，改变驱动力频率，其振动稳定时振幅A与驱动力频率f的关系如图所示单摆所处位置重力加速度g9.8 m/s2，下列说法正确的是(C)A单摆的摆长约为2 mB单摆的受迫振动频率与驱动力频率相同时振幅最大C若减小摆长，共振曲线振幅最大值的横坐标将向右移动D若把该单摆移到月球表面，共振曲线振幅最大值的横坐标将向右移动【解析】单摆做受迫振动，振动频率与驱动力频率相等；当驱动力频率等于固有频率时，发生共振，则固有频率为0.5 Hz，周期为2 s；由公式T2，可得L1 m，故A错误；单摆的受迫振动频率与固有频率相同时振幅最大，选项B错误；若摆长减小，固有频率变大，所以共振曲线的峰将向右移动，故C正确；若把该单摆移到月球表面，重力加速度减小，振动的频率减小，则共振曲线振幅最大值的横坐标将向左移动，故D错误9为了测量当地重力加速度数值，同学们设计了单摆装置来帮忙，但是由于粗心忘记测量摆球直径，实验中将悬点到小球最低点的距离作为摆长l，测得多组周期T和l的数据，作出lT2图象，如图所示(1)小球的直径是_1.2_ cm；(2)实验测得当地重力加速度大小是_9.86_m/s2(取三位有效数字)【解析】(1)单摆的实际摆长为l，由单摆的周期公式T2，可得lT2则由lT2的函数关系得到斜率为，截距为.故由图象求得截距为0.6 cm，则d1.2 cm.(2)由斜率k，可得：g9.86 m/s2.B组10如图所示，甲、乙两物块在两根相同的弹簧和一根张紧的细线作用下静止在光滑水平面上，已知甲的质量小于乙的质量细线突然断开后，两物块都开始做简谐运动，在运动过程中(A)A甲的最大加速度大于乙的最大加速度B甲的最大速度小于乙的最大速度C甲的振幅大于乙的振幅D甲的振幅小于乙的振幅【解析】线刚断开时，弹力最大，故加速度最大，甲、乙所受弹力大小相等，由于甲的质量小，故根据牛顿第二定律，其加速度大，A正确；当线断开的瞬间，弹簧的弹性势能相同，到达平衡位置后，甲、乙的最大动能相同，由于甲的质量小于乙的质量，由Ekmv2知道，甲的最大速度一定大于乙的最大速度，B错误；线未断开前，两根弹簧伸长的长度相同，离开平衡位置的最大距离相同，即振幅一定相同，C、D错误11几位同学在进行“用单摆测定重力加速度”的实验(1)甲同学分别选用四种材料不同、直径相同的实心球做实验，记录的实验测量数据如下表所示，若要更准确的计算出当地的重力加速度值，应选用第_2_组实验数据.组别摆球材料摆长L/m最大摆角全振动次数N/次1铜0.4015202铁1.005503铝0.4015104木1.00550(2)乙同学选择了合理的实验装置后，测量出几组不同摆长L和周期T的数值，画出如图T2L图象中的实线OM，并算出图线的斜率为k，则当地的重力加速度g_(3)丙同学也进行了与乙同学同样的实验，但实验后他才发现自己测量摆长时忘了加上摆球的半径，已知图中虚线与OM平行，则该同学当时作出的T2L图象应该是图中虚线_【解析】(1)为减小实验误差，应选择密度较大的铁球，摆长为1 m，摆角小于或等于5，取振动50次的单摆，则取第2组实验数据(2)由T2得：T2，则T2L图象的斜率k，重力加速度g.(3)测量摆长时忘了加上摆球的半径，单摆的摆长L偏小，由T2L图象的函数表达式：T2可知，两图象的斜率相等，两图象应平行，且相同的T值时L偏小，则图象在T轴上有截距，故正确12如图所示，质量为M、倾角为的斜面体(斜面光滑且足够长)放在粗糙的水平地面上，底部与地面的动摩擦因数为，斜面顶端与劲度系数为k、自然长度为L的轻质弹簧相连，弹簧的另一端连接着质量为m的物块压缩弹簧使其长度为L时将物块由静止开始释放，且物块在以后的运动中，斜面体始终处于静止状态重力加速度为g.(1)求物块处于平衡位置时弹簧的长度；(2)选物块的平衡位置为坐标原点，沿斜面向下为正方向建立坐标轴，用x表示物块相对于平衡位置的位移，证明物块做简谐运动；(3)求弹簧的最大伸长量【解析】(1)设物块在斜面上平衡时，弹簧伸长量为L，有mgsin kL0解得L，此时弹簧的长度为L(2)当物块的位移为x时，弹簧伸长量为xL，物块所受合力为F合mgsin k(xL)联立以上各式可得F合kx可知物块做简谐运动(3)物块做简谐运动的振幅为A由对称性可知，最大伸长量为- 18 -