2016《名师面对面》高考物理大一轮复习课件选修3-4第1讲机械振动和振动图象

高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4选修3－4选考部分高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4考纲展示要求考纲解读简谐运动Ⅰ1.波的传播、波的图象考查频率高，题型多样，可能是选择题、填空题，也可能是计算题，具有一定的综合性，难度中等．2．波的干涉和衍射是高考常考的知识点，题型常以选择题、计算题出现，难度中等偏易．简谐运动的公式和图象Ⅱ单摆、周期公式Ⅰ受迫振动和共振Ⅰ机械波Ⅰ横波和纵波Ⅰ横波的图象Ⅱ波速、波长和频率(周期)的关系Ⅱ高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4考纲展示要求考纲解读波的干涉和衍射现象Ⅰ3．光的常考点是光的折射定律、折射率、全反射，选择题难度中等，计算题难度中等或偏难．4．光的干涉、衍射和偏振考查的题型多样，难度中等．多普勒效应Ⅰ变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁波及其传播Ⅰ电磁波的产生、发射和接收Ⅰ电磁波谱Ⅰ光的折射定律Ⅱ折射率Ⅰ全反射、光导纤维Ⅰ高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4考纲展示要求考纲解读光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ5．电磁波的考题多为选择题，难度中等偏易．6．相对论的考题难度不大，多为选择题．狭义相对论的基本假设Ⅰ质速关系、质能关系Ⅰ相对论质能关系式Ⅰ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高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4第1讲机械振动和振动图象高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4机械振动：物体在______________附近的往复运动，叫机械振动，简称振动．一、简谐运动1．定义：质点的位移与时间的关系遵从_________的规律的振动，即其振动图象(x－t图象)是一条正弦曲线．2．平衡位置：物体在振动过程中________为零的位置，合外力不一定为零．某一中心位置正弦函数回复力高三一轮总复习·物理选考部分选修3－43．描述简谐运动的物理量物理量定义意义位移由__________指向质点所在位置的有向线段，不是初位置指向某位置描述质点某时刻相对于平衡位置的位移振幅振动物体离开平衡位置的__________描述振动的强弱周期振动物体完成一次全振动所需的时间频率振动物体单位时间内完成全振动的次数描述振动的快慢，两者互为倒数：T＝1f平衡位置最大距离高三一轮总复习·物理选考部分选修3－44.表达式(1)动力学表达式：F＝______，其中F称为回复力，“－”表示F与______的方向相反．(2)运动学表达式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A表示振幅，ω＝2πT，表示简谐振动的快慢，(ωt＋φ)表示简谐运动的相位，φ叫作相．－kx位移高三一轮总复习·物理选考部分选修3－45．回复力(1)定义：使物体返回到平衡位置的力；(2)方向：总是指向平衡位置；(3)注意：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，受力分析时不需要分析．高三一轮总复习·物理选考部分选修3－46．简谐运动的图象(1)物理意义：表示振子的位移随时间变化的规律，为_____________曲线．(2)从__________开始计时，函数表达式为x＝Asinωt，图象如图12－1－1甲．(3)从__________处开始计时，函数表达式为x＝Acosωt，图象如图12－1－1乙．图12－1－1正弦(或余弦)平衡位置最大位移高三一轮总复习·物理选考部分选修3－47．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、摆角很小高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4弹簧振子(水平)单摆平衡位置弹簧处于原长处最低点回复力弹簧的______提供摆球______沿与摆线垂直(即切向)方向的分力周期公式不作要求T＝2πlg能量转化弹性势能与动能的相互转化，机械能守恒重力势能与动能的相互转化，机械能守恒弹力重力高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4【跟踪训练】1．(单选)(2015年北京期末)弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动，在振子向着平衡位置运动的过程中()A．振子所受的回复力逐渐增大B．振子离开平衡位置的位移逐渐增大C．振子的速度逐渐增大D．振子的加速度逐渐增大【答案】C【解析】在振子向着平衡位置运动的过程中，所受的回复力逐渐减小，离开平衡位置的位移逐渐减小，速度逐渐增大，加速度逐渐减小，故选项C正确．高三一轮总复习·物理选考部分选修3－42．(多选)一个质点做简谐运动的图象12－1－2如图所示，下述正确的是()图12－1－2A．质点振动的频率为4HzB．在10s内质点经过的路程是20cmC．在5s末，速度为零，加速度最大D．t＝1.5s和t＝4.5s两时刻质点的位移大小相等，都是2cm高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4【答案】BCD【解析】由图读出质点振动的周期T＝4s，则频率为f＝1T＝0.25Hz，故A错误；振幅为A＝2cm，一个周期内质点通过的路程为4A，故10s内的路程为20cm，故B正确；在5s末，质点处于正向最大位移处，速度为零，加速度为负向最大，故C正确；质点的振动方程为x＝2sinπ2t(cm)，代入可知D选项正确．高三一轮总复习·物理选考部分选修3－43．(单选)做简谐运动的单摆摆长不变，若摆球质量增加为原来的4倍，摆球经过平衡位置时速度减小为原来的1/2，则单摆振动的()A．频率和振幅都不变B．频率和振幅都改变C．频率不变、振幅改变D．频率改变、振幅不变【答案】C高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4【解析】由单摆周期公式T＝2πlg可知，单摆摆长不变，周期不变，而T＝1f，所以频率也不变；而振幅A是反映单摆运动过程中的能量大小的物理量，由Ek＝12mv2可知，摆球经过平衡位置的动能不变，故到达最高点的重力势能不变，但物体的质量发生改变，因此能到达的高度减小，故振幅改变，所以C正确．高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4二、受迫振动与共振1．受迫振动(1)概念：系统在________的外力(驱动力)作用下的振动．(2)振动特征：受迫振动的频率等于________的频率，与系统的固有频率无关．2．共振(1)概念：驱动力的频率等于系统的_________时，受迫振动的振幅最大的现象．固有频率周期性驱动力高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4(2)条件：驱动力的频率等于系统的固有频率．(3)共振曲线：如图12－1－3所示．图12－1－3高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4【跟踪训练】4．(单选)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()A．当ff0时，该振动系统的振幅随f增大而减小B．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，振动的频率大于f【答案】B高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4【解析】由共振条件及共振曲线可知：驱动力频率f越接近振动系统的固有频率f0，振幅越大，故知当ff0时，振幅随f的增大而增大，选项A错误；当ff0时，振幅随随f的减小而增大，选项B正确；系统振动稳定时，振动频率等于驱动力频率f，与固有频率f0无关，选项C、D错误．高三一轮总复习·物理选考部分选修3－41．简谐运动具有对称性(1)振子经过同一位置时，位移、回复力、加速度、速率、动能一定相同；但速度和动量只是大小一定相同，方向可能相同，也可能相反．(2)振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P′时，位移、回复力、加速度大小相等，但方向不同；动能和势能相同；速度、动量大小相同，方向可能相同也可能不同．简谐运动的基本特征高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4(3)振子往返经过同一段路程所用的时间相同，如：tOP＝tPO.(4)振子从关于平衡位置O对称的两点P、P′到O点所用的时间相同．图12－1－4高三一轮总复习·物理选考部分选修3－42．简谐运动具有周期性相隔T或者nT的两个时刻的振子处于同一位置，且振动状态相同．3．运动学特征简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比而方向相反，为变加速运动，远离平衡位置时，x、F、a、EP均增大，v、Ek均减小，靠近平衡位置时则相反．高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4(多选)一弹簧振子沿x轴做简谐运动，平衡位置在坐标原点．t＝0时刻开始分析，此时振子的位移x＝－0.1m；t＝1.2s时刻刚好第2次经过x＝0.1m的位置且速度为零，下列有关该振子的运动问题的说法中正确的是()A．振幅为0.2mB．周期为1.2sC．1.2s内的路程是0.6mD．t＝0.6s时刻的位移为0.1mE．t＝0到t＝1.2s时间内的位移是0.2m高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4解析t＝1.2s时刻振子处在正向最大位移处，得t＝0时刻在负向最大位移处，且振幅为0.1m，选项A错误，E正确；由于是第二次到正向最大位移处，所以1.5T＝1.2s，T＝0.8s，选项B错误；一个周期经过的路程是4个振幅，选项C正确；t＝0.6s时刻振子位于平衡位置，选项D错误．答案CE题后反思(1)“速度为零”意味着振子运动到最大位移处．(2)振动的质点的位移不再是用从初位置指向末位置的有向线段表示，而应该是用从平衡位置指向质点所在位置的有向线段来表示．高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4(2013年新课标卷)如图12－1－5，一轻弹簧一端固定，另一端连接一物块构成弹簧振子，该物块是由a、b两个小物块粘在一起组成的．物块在光滑水平面上左右振动，振幅为A0，周期为T0.当物块向右通过平衡位置时，a、b之间的粘胶脱开；以后小物块a振动的振幅和周期分别为A和T，则A____A0(填“”、“”或“＝”)，T____T0(填“”、“”或“＝”)．图12－1－5高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4【答案】【解析】物块以一定的速度通过平衡位置时，质量减小，则其振动的动能在减小，也就是系统的机械能减小，故速度为零时，最大的弹性势能减小，所以达到的最大位移减小，振幅减小，故AA0.由于在这1/4周期内，初速度和末速度不变，但位移减小了，所以运动的时间减小，则振动周期减小．(实际上T＝2πmk，质量变小后周期减小，该公式考试不作要求，但可助解题)高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4(多选)一个质点在平衡位置O点附近做机械振动．若从O点开始计时，经过3s质点第一次经过M点(如图12－1－6所示)；再继续运动，又经过2s它第二次经过M点；则该质点第三次经过M点还需要的时间是()图12－1－6A．8sB.4sC．14sD.103s高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4【答案】CD【解析】设题图中a、b两点为质点振动过程的最大位移处，若开始计时时刻，质点从O点向右运动，O→M过程历时3s，M→b→M运动过程历时2s(即M→b历时1s)，显然T＝16s．质点第三次经过M点还需要的时间Δt3＝(T－2)s＝(16－2)s＝14s，故选项C正确．若开始计时时刻，质点从O点向左运动，O→a→O→M运动过程历时3s，M→b→M运动过程历时2s(即M→b历时1s)，显然34T＝4s，T＝163s，Δt3＝T－2s＝(163－2)s＝103s，故选项D正确．高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4简谐运动的公式和图象1．简谐运动图象认识(1)简谐运动的图象是一条正弦或者余弦曲线，如图12－1－7所示．(2)图象反映的是振子的位移随时间变化的规律，而不是振子的实际轨迹．图12－1－7高三一轮总复习·物理选考部分选修3－42．图象信息(1)振幅A、周期T以及各时刻振子的振动位移；(2)各时刻回复力、加速度的方向：指向时间轴；(3)各时刻速度方向：下一刻位移增加，其方向远离时间轴，下一刻位移减小，其方向指向时间轴；(4)某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况；(5)某段时间内振子通过的路程．高三一轮总复习·物理选考部分选修3－4如图12－1－8为一弹簧振子的振动图象，试完成以下要求：图12－1－8(1)写出该振子简谐运动的