高中物理：2020版第五单元机械振动机械波

学习内容与要求编号知识点拓展型课程说明5.1.1机械振动A5.1.2振幅周期频率B5.1.3机械波的形成A5.1.4横波横波图像B5.1.5波速和波长、频率的关系B5.2.1简谐运动振动图像B5.2.2单摆及其振动周期B5.2.3用单摆测定重力加速度（学生实验）B5.2.4纵波A5.2.5波的叠加A5.2.6波的干涉B5.2.7观察水波的干涉现象（学生实验）B5.2.8波的衍射A（1）关于横波、波的叠加，不涉及用横波的图像进行复杂的讨论和计算。（2）关于振动图像不涉及与横波图像间的转换问题。专题1机械振动及其图象弹簧振子一．机械振动和简谐振动物体（或物体的一部分）在某一__________（振动过程中回复力为零的位置，所以又叫做_______位置）附近做_________叫做机械振动（简称振动）。物体做机械振动的条件是存在_________。物体做简谐振动的条件是它所受到的回复力大小跟__________大小成正比、方向与位移相反（即总是指向平衡位置），即F回＝______。简谐运动是最简单、最基本的振动。描述振动的物理量匀速直线运动速度不变F合＝0匀变速直线运动速度均匀变化F合恒定匀速圆周运动速度大小不变方向变F合大小不变方向变机械振动速度周期性变化F回＝－kx机械波大量做机械振动的质点物理量定义意义位移x由平衡位置指向质点所在位置的有向线段描述质点振动中某时刻的位置相对于平衡位置的位移振幅A振动物体离开平衡位置的最大距离描述振动的强弱周期T振动物体完成一次全振动所需时间描述振动的快慢，两者互为倒数：T＝1f频率f振动物体单位时间内完成全振动的次数【典型例题】1．【学科教学基本训练】作简谐运动的物体，回复力和位移的关系图是下图所给四个图像中的（）。2．一个小球从斜面顶端由静止释放，沿着两个光滑斜面来回滑动，如图所示，如果在运动过程中小球经过斜面接口处无能量损失，此小球的运动_______机械振动，________简谐振动。（以上均选填“是”或“不是”）二．弹簧振子弹簧振子（简称振子）是一种理想模型，有一根水平的光滑金属杆，杆上穿有带孔_____球，一根______螺旋弹簧一端固定，另一端和小球相连接，这样就构成了一个弹簧振子。从能量角度看，振子的_________和_________相互转换，机械能守恒。【典型例题】3．如图所示，弹簧振子在BC间做简谐运动，O为平衡位置，BC间距20cm，C运动到B需时2s，则振子振动周期为_____s，振幅为_____cm。振子从C→O过程中，位移变______，速度变______，加速度变_____（分别选填“大”或“小”）。从C开始经过10s，振子的位移是________cm（设向右为正方向），振子通过的路程为______cm。4．以下是弹簧振子的位移s、加速度a、回复力F和速度v的关系的几种说法，判断它们的对错。OBC（）位移增大时，回复力一定增大，速度一定减小，反之亦然（）加速度增大时，速度一定减小，反之亦然（）位移向右时，加速度一定向左，反之亦然（）速度向右时，加速度一定向左，反之亦然5．【2019年上海高考】弹簧振子做简谐运动，t=0时振子经过平衡位置，机械能E与时间t的关系是（）三．振动图象弹簧振子在O→C过程中做________运动；C→O过程做________运动；……（选填“加速”或“减速”），由此可以画出弹簧振子的s-t图像（t＝0时位于O点）；弹簧振子在O→C过程中加速度________（选填“增大”“减小”）；C→O过程中加速度________；……（选填“增大”“减小”），由此可以画出弹簧振子的v-t图像（t＝0时位于O点）；振动图像表示振动质点的位移随时间的变化规律，可以直接从图象上看出的物理量为振幅A、周期T，从图象的斜率上还可以看出质点的速度v。【典型例题】6．【2019学年宝山二模】某一质点作简谐运动，其位移x随时间t变化的图像如图所示，下列说法中正确的是（）（A）振幅为4cm（B）振动周期为2s（C）t＝2s时质点的速度为0（D）t＝3s时质点的加速度最大7．【2014年上海高考】质点做简谐运动，其x-t关系如图，以x轴正向为速度v的正方向，该质点的v-t关系是（）OEtOEt（A）（B）（C）（D）OEtOEtstTvtTx/cmt/s1234562-2OtTOxOBC8．【2014年重庆高考】一竖直悬挂的弹簧振子，下端装有一记录笔，在竖直面内放置有一记录纸。当振子上下振动时，以速率v水平向左拉动记录纸，记录笔在纸上留下如图所示的图象。y1、y2、x0、2x0为纸上印迹的位置坐标。则此振动的周期为______，振幅为_______。课时作业1机械振动及其图象弹簧振子1．【2017学年徐汇二模】某物体在做机械振动，表征其振动快慢的物理量是（）（A）振幅（B）周期（C）速度（D）加速度2．【2013上海高考】做简谐振动的物体，当它每次经过同一位置时，可能不同的物理量是（）（A）位移（B）速度（C）加速度（D）回复力3．关于振幅的各种说法中，正确的是（）（A）振幅是振子离开平衡位置的最大距离（B）位移是矢量，振幅是标量，位移的大小等于振幅（C）振幅等于振子运动轨迹的长度（D）振幅越大，表示振动越强，周期越长4．【2019学年黄浦二模】质点做简谐运动，在其加速度减小的过程中，该质点（）（A）正向平衡位置运动，速度增大（B）正向平衡位置运动，速度减小（C）正远离平衡位置运动，速度增大（D）正远离平衡位置运动，速度减小TOtvvvvOOtOttTTT（A）（B）（C）（D）yy2y1Ox02x0xv5．如图所示，弹簧振子在BC间振动，O为平衡位置，BO＝OC＝5cm，若振子从B到C的运动时间是1s，则下列说法中正确的是（）（A）振子从B经O到C完成一次全振动（B）振动周期是1s，振幅是10cm（C）经过两次全振动，振子通过的路程是20cm（D）从B开始经过3s，振子通过的路程是30cm6．【2015学年闸北二模】某质点的振动图像如图，下列说法正确的是（）（A）质点的振动周期为2s（B）2s末质点的速度为零（C）0～1s内质点做匀减速运动（D）在1.5s和2.5s末，质点的速度相同，加速度不同7．如图甲所示，弹簧振子以点O为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动。取向右为正方向，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（）（A）t＝0.8s时，振子的速度方向向左（B）t＝0.2s时，振子在O点右侧6cm处（C）t＝0.4s和t＝1.2s时，振子的加速度完全相同（D）t＝0.4s到t＝0.8s的时间内，振子的速度逐渐减小8．【2018学年崇明一模】质点作简谐振动的位移x随时间t变化的规律如图所示，该质点在t1与t2时刻（）（A）位移相同（B）速度相同（C）加速度相同（D）回复力相同9．【2012年北京高考】一个弹簧振子沿x轴做简谐运动，取平衡位置O为x轴坐标原点。从某时刻开始计时，经过四分之一周期，振子具有沿x轴正方向的最大加速度。能正确反映振子位移x与时间t关系的图象是（）t/sx/cm24100-10t/s0x/×10-2mt2t1105-5-1010．【多选】甲、乙两弹簧振子，振动图象如图所示，则可知（）（A）两弹簧振子完全相同（B）两弹簧振子所受回复力最大值之比F甲∶F乙＝2∶1（C）振子甲速度为零时，振子乙速度最大（D）两振子的振动频率之比f甲∶f乙＝1∶211．【2015学年徐汇二模】如右图所示，固定着的钢条上端有一小球，在竖直平面内围绕虚线位置发生振动，图中是小球振动到的最左侧，振动周期为0.3s。在周期为0.1s的频闪光源照射下见到图像可能是（）12．如图所示，是某质点做简谐运动的图像，已知质点从t＝0时开始起振，则由图可知：质点起振后的9s内，通过的路程为_______m，质点在t＝63s末时的位移为_______m。13．【2005学年长宁一模】如图所示是用频闪照相的方法拍到的一个弹簧振子的振动情况，甲图是振子静止在平衡位置的照片，乙图是振子被拉至左侧距平衡位置20cm处放手后的频闪照片，已知频闪的频率为10Hz，则相邻两次闪光的时间间隔t0＝_______s，振子振动周期为T＝_______s；振子在通过平衡位置后T12的时间内发生的位移大小为_________cm。14．【2006年上海会考】已知某心电图记录仪的出纸速度（纸带移动的速度）是2.5cm/s。下图是用此仪器记录下的某人的心电图，图中每格的边长是0.5cm。由图可知此人的心脏每跳动一次所需要的时间约为_______s，他的心率是______次/分。（A）（B）（C）（D）2001020甲201001020乙10x/cmt/sO103-10615．如图所示，一水平放置的弹簧振子以f＝2Hz的频率做简谐振动，当它向右通过平衡位置O时，在它上方靠近它的地方有一小球恰好做竖直上抛运动，当它落回到原地时，振子也恰好通过平衡位置O。求上抛小球的初速度。（重力加速度为g）【提示：答案是一组系列解】专题2单摆一、简谐运动的两种模型模型弹簧振子单摆示意图模型特点（1）轻弹簧（2）小球（3）无摩擦等阻力（1）不可伸缩的轻细线（2）小球（3）无空气阻力回复力弹簧的弹力（大小等于合外力）____________________（注意：不是合外力）平衡位置弹簧处于原长处最低点周期与振幅无关与振幅无关（这种摆动周期与摆动幅度无关的特性叫做摆的_______，由__________发现）。与摆球质量无关。单摆的振动周期跟______________成正比，跟__________________成反比。T＝_______（摆角θ≤5°，由惠更斯提出）v0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【典型例题】1．【单摆周期公式应用，学科教学基本要求】同一地点的甲、乙两单摆，在相同时间内甲振动35次，乙振动21次。则两单摆的周期之比为_________；若甲的摆长为45cm，则乙的摆长_______cm。2．【2016学年虹口二模】惠更斯利用摆的等时性发明了带摆的计时器，叫摆钟。如图所示，旋转钟摆下端的螺母可以使摆上的圆盘沿摆杆上下移动。为使摆钟走时准确，下列做法中正确的是（）（A）摆钟快了，应使圆盘沿摆杆上移（B）摆钟慢了，应使圆盘沿摆杆下移（C）由冬季变为夏季时，应使圆盘沿摆杆上移（D）把摆钟从黑龙江移到福建，应使圆盘沿摆杆下移3．【2018学年虹口一模，组合摆】如图所示，一小球用细线悬挂于O点，细线长为L，O点正下方12L处有一铁钉。将小球拉至A处无初速释放（摆角很小），这个摆的周期是（）（A）2πLg（B）πLg（C）(2+1)πLg（D）(2+1)πL2g4．【与机械能守恒定律的综合，2011年上海高考】两个相同的单摆静止于平衡位置，使摆球分别以水平初速v1、v2（v1＞v2）在竖直平面内做小角度摆动，它们的频率与振幅分别为f1、f2和A1、A2，则（）（A）f1＞f2，A1＝A2（B）f1＜f2，A1＝A2（C）f1＝f2，A1＞A2（D）f1＝f2，A1＜A25．【与万有引力定律的综合】一个单摆，在第一个星球表面上的振动周期为T1，在第二个星球表面上的振动周期为T2。若这两个星球的质量之比M1∶M2＝4∶1，半径之比R1∶R2＝2∶1，则T1∶T2等于（）（A）1∶1（B）2∶1（C）4∶1（D）22∶1LOAL二．单摆周期公式对应的图像由单摆周期公式T＝2πlg，试定性画出下面的图像。三．等效单摆模型6．【2019学年崇明二模】如图，BOC为半径为R的光滑弧形槽，O点是弧形槽的最低点，半径R远大于BOC弧长。一小球由静止开始从B点释放，小球在槽内做周期运动。欲使小球运动的周期减小，可采用的方法是（）（A）让小球释放处更靠近O点（B）让小球释放时有个初速度（C）换一个半径R小一些的弧形槽（D）换一个半径R大一些的弧形槽课时作业2单摆1．关于单摆的振动，以下说法中正确的是（）（A）单摆振动时，摆球受到的向心力处处相等（B）单摆运动的回复力