高考物理一轮复习课件：3-4.1《机械振动》

欢迎进入物理课堂 选修3 4 选考 本部分作为选考内容各高考试题均有出现 考查点主要是 一 机械振动和机械波部分1 简谐运动的描述 振幅 周期 频率 相位及表达式x Asin t 的考查 2 简谐运动的位移 回复力 速度 加速度 能量的变化规律 3 弹簧振子和单摆模型 单摆周期公式 4 实验 利用单摆测定当地的重力加速度 5 振动图象和波动图象的理解和应用 6 波长 频率和波速的关系式v f在波的传播问题中的分析和应用 7 波的干涉 衍射现象的分析和应用 二 光部分1 光的折射现象及折射率的应用 2 光的全反射现象及临界角的应用 3 棱镜及光导纤维问题 4 光的干涉 衍射现象及条件 5 实验 测定玻璃的折射率 6 实验 用双缝干涉测量光的波长 由于本部分知识属于选考内容 分值不高 相应的试题难度较小 将以中等或中等偏下难度题目的考查为主 但综合度稍大 对理解能力 推理能力 空间想象能力要求较高 故在复习时 要深刻理解概念的内涵和外延 把握基本规律 对于振动和波的传播 空间周期性 时间周期性 及 两类图象 要充分重视 对光的折射 全反射 注重结合实际解决问题 并注意数学几何知识结合的分析能力培养 对电磁波部分 把握 波动 共性 更要加以区别 对相对论部分主要是了解相对论的一些基本观点 理解质速关系 质能关系 如图3 4 1 4所示 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 弹性势能的变化如下表所示 要点一简谐运动中各物理量的变化规律 图3 4 1 4 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 2 时间周期性经过t nT n为正整数 质点回到出发点 所有的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的位置关于平衡位置对称 所有的运动描述量大小相等 如果为矢量 则方向相反 要点二简谐运动的往复性 周期性和对称性 体验应用 1 做简谐运动的质点 先后经过同一位置时下列物理量不同的是 A 位移B 加速度C 势能D 速度 D 1 空间周期性在同一位置时 振子的位移相等 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 在关于平衡位置的对称点 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 动能与势能的大小均相等 2 一质点沿直线运动 先后以相同的速度依次通过图3 4 1 5中的A B两点 历时2s 质点通过B点后再经过2s第二次通过B点 已知A B之间的距离为8cm 则B点的位移xB cm 振动周期T s 图3 4 1 5 4 8 体验应用 2 受迫振动的振幅A与驱动力的频率f的关系 共振曲线 如图3 4 1 6所示 f固表示振动物体的固有频率 当f f固时振幅最大 要点三自由振动 受迫振动和共振 1 自由振动 受迫振动和共振的关系比较 图3 4 1 6 3 在接近收费口的道路上安装了若干条突起于路面且与行驶方向垂直的减速带 减速带间距为10m 当车辆经过减速带时会产生振动 若某汽车的固有频率为1 25Hz 则当该车以 m s的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 例1 光滑的水平面上叠放有质量分别为m和m 2的两木块 下方木块和一劲度系数为k的弹簧相连 弹簧的另一端固定在墙上 如图3 4 1 7所示 已知两木块之间的最大静摩擦力为f 为使这两个木块组成的系统像一个整体一样地振动 系统的最大振幅为 A f kB 2f kC 3f kD 4f k 热点一简谐运动的力学特征 图3 4 1 7 解析 对的木块来讲 随同质量为m的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 弹簧的最大拉力为设最大振幅为A则 故C正确 C 例2 一质点简谐运动的振动图象如图3 4 1 8所示 1 该质点振动的振幅是 cm 周期是 s 初相是 2 写出该质点简谐运动的表达式 并求出当t 1s时质点的位移 热点二简谐运动的图象表达式 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 书写简谐运动表达式 可根据位移通式x Asin t 结合从图象上得到的振幅A和初相 周期T 再根据 2 T 解出 代入即可 解析 1 由质点振动图象可得A 8cm T 0 2s 2 2 2 T 10 rad s 质点简谐运动表达式为x 8sin 10 t 2 cm 当t 1s时 x 8cm 答案 2 x 8sin 10 t 2 cm 8cm 8 0 2 2 解析 1 因小滑块沿半球形容器内壁做 10 的运动 可以等效为摆长为容器半径R的单摆的简谐运动 由图 乙 可知该运动周期T 0 2 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 cos 解得cos 0 99 则m 0 05kg 2 滑块机械能 5 10 4 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 守恒的是机械能E 5 10 4 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可以测量快速变化的力 图3 4 1 9 甲 表示小滑块 可视为质点 沿固定的光滑半球形容器内壁在竖直平面的A A 之间来回滑动 A A 点与O点连线与竖直方向夹角相等且都为 均小于10 图3 4 1 9 乙 表示滑块对器壁的压力F随时间t变化的曲线 且图中t 0为滑块从A点开始运动的时刻 试根据力学规律和题中 包括图中 所给的信息 求 1 小滑块的质量 容器的半径 2 滑块运动过程中的守恒量 g取10m s2 图3 4 1 9 答案 1 0 05kg0 1m 2 机械能 热点四受迫振动与共振 例4 2009年高考宁夏理综卷 某振动系统的固有频率为f0 在周期性驱动力的作用下做受迫振动 驱动力的频率为f 若驱动力的振幅保持不变 下列说法正确的是 填入选项前的字母 有填错的不得分 A 当ff0时 该振动系统的振幅随f减小而增大C 该振动系统的振动稳定后 振动的频率等于f0D 该振动系统的振动稳定后 振动的频率等于f BD 解析 受迫振动的频率总等于驱动力的频率 D正确 驱动力频率越接近固有频率 受迫振动的振幅越大 B正确 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全