2021高考物理教科版一轮复习学案 作业:第十四章 第1讲 机械振动 WORD版含解析.docx
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1、五年高考(全国卷)命题分析五年常考热点五年未考重点简谐振动的规律201920162卷34(1)2卷34(2)1.受迫振动和共振2.光的色散现象3.光的衍射和偏振现象4.实验:探究单摆的摆长与周期的关系5.实验:测定玻璃的折射率机械波及波速公式的应用20182017201620151卷34(2)、2卷34(1)、3卷34(1)1卷34(1)、3卷34(1)1卷34(1)、3卷34(1)1卷34(2)、2卷34(2)波动图像和振动图像的理解201920181卷34(1)1卷34(2)波的干涉、衍射和多普勒效应20193卷34(1)光的折射定律的应用20192018201720161卷34(2)、3
2、卷34(2)1卷34(1)、3卷34(2)1卷34(2)、2卷34(2)1卷34(2)、3卷34(2)光的全反射2018201720152卷34(2)3卷34(2)2卷34(1)电磁波20162卷34(1)光的双缝干涉实验2019201720152卷34(2)2卷34(1)1卷34(1)1.考查方式:从近几年高考题来看,对于选修34内容的考查,形式比较固定,一般第(1)问为选择题,5个选项从考查内容来看,机械振动和机械波、光学和电磁波的相关基础知识和基本方法都曾有命题第(2)问命题主要以几何光学为主.2.命题趋势:从近几年高考命题来看,命题形式和内容比较固定,应该还会延续,但是题目的情景可能向
3、着贴近生活的方向发展.第1讲机械振动一、简谐运动1简谐运动(1)定义:如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比,并且总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动(2)平衡位置:物体在振动过程中回复力为零的位置(3)回复力定义:使物体返回到平衡位置的力方向:总是指向平衡位置来源: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2简谐运动的两种模型模型弹簧振子单摆示意图简谐运动条件弹簧质量要忽略无摩擦等阻力在弹簧弹性限度内摆线为不可伸缩的轻细线无空气阻力等最大摆角小于等于5回复力弹簧的弹力提供摆球重力沿与摆线垂直方向(即切向)的分力平衡位置弹簧处于原长处最低点周期与振幅无关T2能
4、量转化弹性势能与动能的相互转化,系统的机械能守恒重力势能与动能的相互转化,机械能守恒自测1(多选)关于简谐运动的理解,下列说法中正确的是()A简谐运动是匀变速运动B周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量C简谐运动的回复力可以是恒力D弹簧振子每次经过平衡位置时,动能最大E单摆在任何情况下的运动都是简谐运动答案BD二、简谐运动的公式和图像1表达式(1)动力学表达式:Fkx,其中“”表示回复力与位移的方向相反(2)运动学表达式:xAsin(t0),其中A代表振幅,2f代表简谐运动的快慢,t0代表简谐运动的相位,0叫做初相2图像(1)从平衡位置开始计时,函数表达式为xAsin t,图像如图1甲
5、所示(2)从最大位移处开始计时,函数表达式为xAcos t,图像如图乙所示图1自测2(2019北京海淀区3月适应性练习)如图2甲所示,弹簧振子在竖直方向做简谐运动以其平衡位置为坐标原点、竖直向上为正方向建立坐标轴,振子的位移x随时间t的变化如图乙所示,下列说法正确的是()图2A振子的振幅为4 cmB振子的振动周期为1 sCt1 s时,振子的速度为正的最大值Dt1 s时,振子的加速度为正的最大值答案C解析由振动图像可知,该弹簧振子的振幅为2 cm,周期为2 s,t1 s时,振子正经过平衡位置沿y轴正方向运动,加速度为零,故C正确三、受迫振动和共振1受迫振动系统在驱动力作用下的振动做受迫振动的物体
6、,它做受迫振动的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率),而与物体的固有周期(或频率)无关2.共振做受迫振动的物体,它的驱动力的频率与固有频率越接近,其振幅就越大,当二者相等时,振幅达到最大,这就是共振现象共振曲线如图3所示图3自测3(多选)如图4所示,A球振动后,通过水平细绳迫使B、C振动,振动达到稳定时,下列说法中正确的是()图4A只有A、C的振动周期相等BC的振幅比B的振幅小CC的振幅比B的振幅大DA、B、C的振动周期相等答案CD受力特征回复力Fkx,F(或a)的大小与x的大小成正比,方向相反运动特征靠近平衡位置时,a、F、x都减小,v增大;远离平衡位置时,a、F、x都增大,v减小能量特
7、征振幅越大,能量越大在运动过程中,动能和势能相互转化,系统的机械能守恒周期性特征质点的位移、回复力、加速度和速度均随时间做周期性变化,变化周期就是简谐运动的周期T;动能和势能也随时间做周期性变化,其变化周期为对称性特征关于平衡位置O对称的两点,加速度的大小、速度的大小、动能、势能相等,相对平衡位置的位移大小相等例1(多选)关于简谐运动以及做简谐运动的物体完成一次全振动的意义,以下说法正确的是()A位移减小时,加速度减小,速度增大B位移的方向总跟加速度的方向相反,跟速度的方向相同C动能或势能第一次恢复为原来的大小所经历的过程D速度和加速度第一次同时恢复为原来的大小和方向所经历的过程E物体运动方向
8、指向平衡位置时,速度的方向与位移的方向相反;背离平衡位置时,速度方向与位移方向相同答案ADE解析当位移减小时,回复力减小,则加速度减小,物体向平衡位置运动,速度增大,故A正确;回复力与位移方向相反,故加速度和位移方向相反,但速度与位移方向可以相同,也可以相反;物体运动方向指向平衡位置时,速度的方向与位移的方向相反;背离平衡位置时,速度方向与位移方向相同,故B错误,E正确;一次全振动,动能和势能可以多次恢复为原来的大小,故C错误;速度和加速度第一次同时恢复为原来的大小和方向所经历的过程为一次全振动,故D正确变式1(多选)(2019江苏卷13B(1)一单摆做简谐运动,在偏角增大的过程中,摆球的()
9、A位移增大 B速度增大C回复力增大 D机械能增大答案AC解析摆球做简谐运动,在平衡位置处位移为零,在摆角增大的过程中,摆球的位移增大,速度减小,选项A正确,B错误;在摆角增大的过程中,摆球受到的回复力增大,选项C正确;单摆做简谐运动,机械能守恒,所以在摆角增大的过程中,摆球机械能保持不变,选项D错误.1可获取的信息:(1)振幅A、周期T(或频率f)和初相位0(如图5所示)图5(2)某时刻振动质点离开平衡位置的位移(3)某时刻质点速度的大小和方向:曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度大小和方向,速度的方向也可根据下一相邻时刻质点的位移的变化来确定(4)某时刻质点的回复力和加速
10、度的方向:回复力总是指向平衡位置,回复力和加速度的方向相同(5)某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势能的变化情况2简谐运动的对称性(如图6) (1)相隔t(n)T(n0,1,2)的两个时刻,弹簧振子的位置关于平衡位置对称,位移等大反向(或都为零),速度也等大反向(或都为零)图6(2)相隔tnT(n1,2,3)的两个时刻,弹簧振子在同一位置,位移和速度都相同例2(2017北京卷15)某弹簧振子沿x轴的简谐运动图像如图7所示,下列描述正确的是()图7At1 s时,振子的速度为零,加速度为负的最大值Bt2 s时,振子的速度为负,加速度为正的最大值Ct3 s时,振子的速度为负的最大值,
11、加速度为零Dt4 s时,振子的速度为正,加速度为负的最大值答案A解析t1 s时,振子位于正向最大位移处,速度为零,加速度为负向最大,故A正确;t2 s时,振子位于平衡位置并向x轴负方向运动,速度为负向最大,加速度为零,故B错误;t3 s时,振子位于负向最大位移处,速度为零,加速度为正向最大,故C错误;t4 s时,振子位于平衡位置并向x轴正方向运动,速度为正向最大,加速度为零,故D错误变式2质点做简谐运动,其位移x与时间t的关系曲线如图8所示,由图可知()图8A振幅为4 cm,频率为0.25 HzBt1 s时速度为零,但质点所受合外力最大Ct2 s时质点具有正方向最大加速度D该质点的振动方程为x
12、2sin t(cm)答案C1简谐运动、受迫振动和共振的比较振动项目简谐运动受迫振动共振受力情况受回复力受驱动力作用受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T0或固有频率f0由驱动力的周期或频率决定,即TT驱或ff驱T驱T0或f驱f0振动能量振动系统的机械能不变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(5)机械工作时底座发生的振动共振筛、声音的共鸣等2.对共振的理解(1)共振曲线:如图9所示,横坐标为驱动力频率f,纵坐标为振幅A,它直观地反映了驱动力频率对某固有频率为f0的振动系统受迫振动振幅的影响,由图可知,f与f0越接近,振幅A越大;当ff0时,振幅
13、A最大图9(2)受迫振动中系统能量的转化:做受迫振动的系统的机械能不守恒,系统与外界时刻进行能量交换例3下表记录了某受迫振动的振幅随驱动力频率变化的关系,若该振动系统的固有频率为f固,则()驱动力频率/Hz304050607080受迫振动振幅/cm10.216.827.228.116.58.3A.f固60 Hz B60 Hzf固70 HzC50 Hzf固60 Hz D以上三个都不对答案C解析从如图所示的共振曲线可判断出f驱与f固相差越大,受迫振动的振幅越小;f驱与f固越接近,受迫振动的振幅越大并可以从中看出f驱越接近f固,振幅的变化越慢比较各组数据知f驱在5060 Hz范围内时,振幅变化最小,
14、因此50 Hzf固60 Hz,即C正确变式3如图10所示,在一条张紧的绳子上挂几个摆,其中A、B的摆长相等当A摆振动的时候,通过张紧的绳子给B、C、D摆施加驱动力,使其余各摆做受迫振动观察B、C、D摆的振动发现()图10AC摆的频率最小BD摆的周期最大CB摆的摆角最大DB、C、D的摆角相同答案C解析A摆摆动从而带动其他3个单摆做受迫振动,受迫振动的频率等于驱动力的频率,故其他各摆振动周期与A摆相同,频率也相同,故A、B错误;受迫振动中,当固有频率等于驱动力频率时,出现共振现象,振幅达到最大,由于B摆的固有频率与A摆的频率相同,故B摆发生共振,振幅最大,故C正确,D错误变式4(多选)(2019陕
15、西第二次质检改编)下列关于机械振动的有关说法正确的是()A简谐运动的回复力是按效果命名的力B振动图像描述的是振动质点的轨迹C受迫振动的频率等于驱动力的频率D当驱动力的频率等于受迫振动系统的固有频率时,振幅最大答案ACD解析做简谐运动的物体所受到的回复力是按力的作用效果命名的,故选项A正确;振动图像描述的是振动质点在不同时刻的位移,而不是其实际的运动轨迹,故选项B错误;物体在周期性驱动力作用下做受迫振动,受迫振动的频率等于驱动力的频率,与固有频率无关,当驱动力的频率等于受迫振动系统的固有频率时,发生共振,振幅达到最大,故选项C、D正确.1单摆的受力特征(1)回复力:摆球重力沿与摆线垂直方向的分力
16、,F回mgsin xkx,负号表示回复力F回与位移x的方向相反(2)向心力:摆线的拉力和摆球重力沿摆线方向分力的合力充当向心力,F向Tmgcos .(3)两点说明当摆球在最高点时,F向0,Tmgcos .当摆球在最低点时,F向,F向最大,Tmgm.2周期公式T2的两点说明(1)l为等效摆长,表示从悬点到摆球重心的距离(2)g为当地重力加速度例4(2019全国卷34(1)如图11,长为l的细绳下方悬挂一小球a,绳的另一端固定在天花板上O点处,在O点正下方l的O处有一固定细铁钉将小球向右拉开,使细绳与竖直方向成一小角度(约为2)后由静止释放,并从释放时开始计时当小球a摆至最低位置时,细绳会受到铁钉
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