【三年高考兩年模擬】2017年高考物理新課標(biāo)一輪復(fù)習(xí)第十三章-振動(dòng)與波-光學(xué)-相對(duì)論-第1講-機(jī)械振動(dòng)

1、課標(biāo)版 物理,第1講　機(jī)械振動(dòng),一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1.定義:物體在跟位移大小成正比并且總是指向①　     的回復(fù)力作用下的振動(dòng)。2.平衡位置:物體在振動(dòng)過(guò)程中②　     為零的位置。3.回復(fù)力(1)定義:使物體返回到③　     的力。(2)方向:總是指向④　

2、     。(3)來(lái)源:屬于⑤　     力,可以是某一個(gè)力,也可以是幾個(gè)力的⑥　     或是某個(gè)力的⑦　     。,平衡位置,回復(fù)力,平衡位置,平衡位置,合力,分力,效果,4.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的兩種模型,彈力,重力,原長(zhǎng),自測(cè)1 &#

3、160;  (辨析題)(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的平衡位置就是質(zhì)點(diǎn)所受合力為零的位置。?(　    )(2)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)先后通過(guò)同一點(diǎn),回復(fù)力、速度、加速度、位移都是相同的。?(　    )(3)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn),速度增大時(shí),其加速度一定減小。?(　    )?答案  

4、60; (1)?    (2)?    (3)√,,自測(cè)2　某單擺由1 m長(zhǎng)的擺線連接一個(gè)直徑2 cm的鐵球組成,關(guān)于單擺周期,以下說(shuō)法正確的是?(　    )A.用等大的銅球替代鐵球,單擺的周期不變B.用大球替代小球,單擺的周期不變C.擺角從5°改為3°,單擺的周期會(huì)變小D.將

5、單擺從赤道移到北極,單擺的周期會(huì)變大?答案    A　根據(jù)單擺周期公式和單擺簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的等時(shí)性可知,用等大的銅球替代鐵球,單擺的周期不變;擺角從5°改為3°,單擺的周期不變;用大球替代小球,擺長(zhǎng)增大,單擺的周期增大,將單擺從赤道移到北極,重力加速度增大,單擺的周期會(huì)變小,A正確,B、C、D錯(cuò)誤。,,二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖像1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式(1)動(dòng)力學(xué)表達(dá)式:F=①

6、　     ,其中“-”表示回復(fù)力與位移的方向相反。(2)運(yùn)動(dòng)學(xué)表達(dá)式:x=②         ,其中A代表振幅,ω=2πf表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的快慢,(ωt+φ)代表簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相位,φ叫做③　     。2.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像(1)從④　

7、     開(kāi)始計(jì)時(shí),函數(shù)表達(dá)式為x=A sin ωt,圖像如圖甲所示。(2)從⑤　     開(kāi)始計(jì)時(shí),函數(shù)表達(dá)式為x=A cos ωt,圖像如圖乙所示。,-kx,A sin (ωt+φ),初相,平衡位置,最大位移處,自測(cè)3    (多選)如圖所示為一水平彈簧振子做

8、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖像,由圖可以推斷,振動(dòng)系統(tǒng)?(　    )A.t1和t3時(shí)刻具有相等的動(dòng)能和相同的加速度B.t3和t4時(shí)刻具有相同的速度C.t4和t6時(shí)刻具有相同的位移和速度D.t1和t6時(shí)刻具有相等的動(dòng)能和相反方向的速度?答案    AB　由圖像可知,t1、t3兩時(shí)刻振子位于同一位置(位移相等),t4、t6,兩時(shí)刻振子位于同一位置,并且上述兩位

9、置關(guān)于平衡位置對(duì)稱(chēng),據(jù)此可得,t1、t3時(shí)刻動(dòng)能相等,加速度相同,故A正確;t3、t4時(shí)刻振子向同一方向振動(dòng),其速度相同,B正確;t4、t6時(shí)刻速度方向相反,C錯(cuò)誤;t1、t6時(shí)刻速度大小相等,方向相同,D錯(cuò)誤。,,三、受迫振動(dòng)和共振1.受迫振動(dòng)(1)概念:系統(tǒng)在①　      的外力(驅(qū)動(dòng)力)作用下的振動(dòng)。(2)振動(dòng)特征:受迫振動(dòng)的頻率等于②　  

10、;   的頻率,與系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。2.共振(1)概念:驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的③　     時(shí),受迫振動(dòng)的振幅最大的現(xiàn)象。(2)共振條件:驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的④　     。(3)特征:共振時(shí)⑤　     最大。(4)共振曲線

11、:如圖所示。,周期性,驅(qū)動(dòng)力,固有頻率,固有頻率,振幅,A.做受迫振動(dòng)的物體達(dá)到穩(wěn)定后,其振動(dòng)的頻率一定等于驅(qū)動(dòng)力的頻率B.做受迫振動(dòng)的物體達(dá)到穩(wěn)定后,周期一定等于驅(qū)動(dòng)力的周期C.做受迫振動(dòng)的物體達(dá)到穩(wěn)定后,振幅與驅(qū)動(dòng)力的周期無(wú)關(guān)D.做受迫振動(dòng)的物體達(dá)到穩(wěn)定后,振幅與驅(qū)動(dòng)力的大小無(wú)關(guān)?答案    AB　物體做受迫振動(dòng)穩(wěn)定后,其振動(dòng)頻率(周期)等于驅(qū)動(dòng)力的頻率(周期),而和固有頻率(周期)

12、無(wú)關(guān),A、B正確;當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期和固有周期越接近,振動(dòng)的振幅越大,C不正確;驅(qū)動(dòng)力大,做功多,轉(zhuǎn)化的能量多,振幅大,D錯(cuò)誤。,自測(cè)4    (多選)受迫振動(dòng)是在周期性驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng),關(guān)于它的驅(qū)動(dòng)力與振動(dòng)的關(guān)系,下面說(shuō)法正確的是?(　    ),,考點(diǎn)一　簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征,典例1    (2015江西吉安白鷺洲中

13、學(xué)月考)一彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),周期為T(mén)?(　    )A.若t和(t+Δt)時(shí)刻振子運(yùn)動(dòng)速度的大小相等、方向相同,則Δt一定是?的整數(shù)倍B.若t和(t+Δt)時(shí)刻振子運(yùn)動(dòng)位移的大小相等、方向相反,則Δt一定是?的整數(shù)倍C.若Δt=T,則t和(t+Δt)時(shí)刻振子運(yùn)動(dòng)的加速度一定相等D.若Δt=?,則t和(t+Δt)時(shí)刻彈簧的長(zhǎng)度一定相等,答案   

14、0;C　設(shè)彈簧振子的振動(dòng)圖像如圖所示。A、B兩點(diǎn)的速度大小相等、方向相同,但A、B兩點(diǎn)的時(shí)間間隔Δt≠?(n=1,2,3,…),A錯(cuò)誤;A、B兩點(diǎn)的位移大小相等、方向相反,但Δt≠?(n=1,2,3,…),B錯(cuò)誤;A、C兩點(diǎn)的時(shí)間間隔Δt=?,A點(diǎn)與C點(diǎn)位移大小相等、方向相反,在A點(diǎn)彈簧是伸長(zhǎng)的,在C點(diǎn)彈簧是壓縮的,所以在A、C兩點(diǎn)彈簧的形變量大小相同,而彈簧的長(zhǎng)度不相等,D錯(cuò)誤。,(1)由于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)具有周期性、往復(fù)性、對(duì)稱(chēng)性

15、,因此涉及簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí),往往出現(xiàn)多解。分析此類(lèi)問(wèn)題時(shí),特別應(yīng)注意,物體在某一位置時(shí),位移是確定的,而速度不確定,時(shí)間也存在周期性關(guān)系。(2)相隔(2n+1)?(n=1,2,3,…)的兩個(gè)時(shí)刻振子的位置關(guān)于平衡位置對(duì)稱(chēng),位移、速度、加速度等大反向。,1-1    (2015山東日照一模)一個(gè)彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),若從平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí),經(jīng)過(guò)3 s時(shí),振子第一次到達(dá)P點(diǎn),又經(jīng)過(guò)2 s第二次經(jīng)過(guò)P點(diǎn)

16、。則該彈簧振子的振動(dòng)周期可能為?(　    )A.32 s　　B.16 s　　C.8 s　　D.4 s?答案    B　根據(jù)題意,彈簧振子經(jīng)3 s第一次到達(dá)P點(diǎn),再經(jīng)1 s到達(dá)最大位移處,再經(jīng)1 s第二次到達(dá)P點(diǎn),所以4 s=?T或?T,可得振動(dòng)周期為16 s或? s,選項(xiàng)B正確。,,1-2　如圖所示,彈簧振子在BC間振動(dòng),O為平衡位置,BO=OC

17、=5 cm,若振子從B到C的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是1 s,則下列說(shuō)法中正確的是?(　    )A.振子從B經(jīng)O到C完成一次全振動(dòng)B.振動(dòng)周期是1 s,振幅是10 cmC.經(jīng)過(guò)兩次全振動(dòng),振子通過(guò)的路程是20 cmD.從B開(kāi)始經(jīng)過(guò)3 s,振子通過(guò)的路程是30 cm?答案    D　振子從B經(jīng)O到C僅完成了半次全振動(dòng),所以周期T=2×1 s=2 s

18、,振幅A=BO=5 cm。振子在一次全振動(dòng)中通過(guò)的路程為4A=20 cm,所以?xún)纱稳駝?dòng)中通過(guò)的路程為40 cm,3 s的時(shí)間為1.5T,所以振子通過(guò)的路程為30 cm。故只有D項(xiàng)正確。,,考點(diǎn)二　簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像?　　根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像可獲取的信息:(1)振幅A、周期T(或頻率f)和初相位φ(如圖所示)。?(2)某時(shí)刻振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移。(3)某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)速度的大小和方向:曲線上各點(diǎn)切線的斜率的絕對(duì)值和正負(fù)分別表

19、示各時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度的大小和速度的方向,速度的方向也可根據(jù)下一時(shí)刻物體的位移的變化來(lái)確定。,(4)某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的回復(fù)力、加速度的方向:回復(fù)力總是指向平衡位置,回復(fù)力和加速度的方向相同,在圖像上總是指向t軸。(5)某段時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能和勢(shì)能的變化情況。,典例2    (2015江蘇啟東中學(xué)質(zhì)檢)一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像如圖所示,下列說(shuō)法正確的是?(　 

20、60;  ),A.質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率是4 HzB.在10 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)的路程是20 cmC.第4 s末質(zhì)點(diǎn)的速度為零D.在t=1 s和t=3 s兩時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)位移大小相等、方向相同?答案    B　由圖像可看出,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期T=4 s,其頻率f=?=0.25 Hz;10 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)了?T,其運(yùn)動(dòng)路程為s=?×4A=?×4×2 cm=20 c

21、m;第4 s末質(zhì)點(diǎn)在平衡位置,其速度最大;t=1 s和t=3 s兩時(shí)刻由圖像可看出,位移大小相等、方向相反。由以上分析可知,B項(xiàng)正確。,,(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像不是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的軌跡,它表示的是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律;(2)因回復(fù)力總是指向平衡位置,故回復(fù)力和加速度在圖像上總是指向t軸;,(3)速度方向可以通過(guò)下一個(gè)時(shí)刻位移的變化來(lái)判定,下一個(gè)時(shí)刻位移如果增加,振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度方向就背離平衡位置,下一個(gè)時(shí)刻的位移如果減小,

22、振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度方向就指向平衡位置。,2-1    (多選)一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖像如圖所示,質(zhì)點(diǎn)的速度方向與加速度方向相同的時(shí)間段是?(　    )?A.0~0.3 s　　B.0.3~0.6 s C.0.6~0.9 s　　D.0.9~1.2 s E.0.3~0.9 s,答案    

23、;BD　因質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度方向與回復(fù)力方向相同,與位移方向相反,總是指向平衡位置,位移增大時(shí)速度方向與位移方向相同,位移減小時(shí)速度方向與位移方向相反,則結(jié)合圖像可知B、D正確。,,2-2　某個(gè)質(zhì)點(diǎn)的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像如圖所示,求振動(dòng)的振幅和周期。??答案    10? cm    8 s?解析　由圖讀出振幅A=10? cm,簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程x=A sin

24、?代入數(shù)據(jù)得-10 cm=10? sin ? cm得T=8 s。,,考點(diǎn)三　單擺及其周期公式?1.單擺的受力特征(1)回復(fù)力:擺球重力沿切線方向上的分力,F回=-mg sin θ=-?x=-kx,負(fù)號(hào)表示回復(fù)力F回與位移x的方向相反。,(2)向心力:細(xì)線的拉力和重力沿細(xì)線方向的分力的合力充當(dāng)向心力,F向=FT-mg cos θ。(3)兩點(diǎn)說(shuō)明:當(dāng)擺球在最高點(diǎn)時(shí),F向=?=0,FT=mg cos θ。當(dāng)擺球在最低點(diǎn)時(shí),

25、F向=?,F向最大,FT=mg+m?。2.周期公式T=2π?的兩點(diǎn)說(shuō)明(1)l為等效擺長(zhǎng),表示從懸點(diǎn)到擺球重心的距離。(2)g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣取?典例3　如圖所示,ACB為光滑弧形槽,弧形槽半徑為R,C為弧形槽最低點(diǎn),R??。甲球從弧形槽的球心處自由下落,乙球從A點(diǎn)由靜止釋放,問(wèn):?(1)兩球第1次到達(dá)C點(diǎn)的時(shí)間之比;(2)若在圓弧的最低點(diǎn)C的正上方h處由靜止釋放小球甲,讓其自由下落,同時(shí)將乙球從圓弧左側(cè)A點(diǎn)由靜止釋放,

26、欲使甲、乙兩球在圓弧最低點(diǎn)C處相遇,則甲球下落的高度h是多少??答案    (1)2?∶π,,(2)?(n=0,1,2,…)?解析    (1)甲球做自由落體運(yùn)動(dòng),有R=?g?解得t1=?乙球沿圓弧做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(由于??R,可認(rèn)為擺角θ<5°)。此運(yùn)動(dòng)與一個(gè)擺長(zhǎng)為R的單擺運(yùn)動(dòng)模型相同,故此等效擺長(zhǎng)為R,因此乙球第1次到達(dá)C處的時(shí)間

27、為t2=?T=?×2π?=??所以t1∶t2=2?∶π(2)甲球從離弧形槽最低點(diǎn)h高處自由下落,到達(dá)C點(diǎn)的時(shí)間為,t甲=?由于乙球運(yùn)動(dòng)的周期性,所以乙球到達(dá)C點(diǎn)的時(shí)間為t乙=?+n?=??(2n+1)(n=0,1,2,…)由于甲、乙在C點(diǎn)相遇,故t甲=t乙聯(lián)立解得h=?(n=0,1,2,…)。3-1　如圖所示,一單擺懸于O點(diǎn),擺長(zhǎng)為L(zhǎng),若在O點(diǎn)正下方的O'點(diǎn)釘一個(gè)光滑釘子,使OO'=?,將小球

28、拉至A處釋放,小球?qū)⒃贏、B、C間來(lái)回振動(dòng),若振動(dòng)中擺線與豎直方向夾角小于5°,則此擺的周期是?(　    ),A.2π?　    B.2π?C.2π?　    D.π??答案    D　由A→B的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1=?=??,由B→C的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2=?=??,由對(duì)稱(chēng)

29、性知此擺的周期T=2(t1+t2)=π?,D正確。,,考點(diǎn)四　受迫振動(dòng)和共振1.自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振的關(guān)系比較,2.對(duì)共振的理解(1)共振曲線:如圖所示,橫坐標(biāo)為驅(qū)動(dòng)力頻率f,縱坐標(biāo)為振幅A。它直觀地反映了驅(qū)動(dòng)力頻率對(duì)某固有頻率為f0的振動(dòng)系統(tǒng)做受迫振動(dòng)時(shí)振幅的影響,由圖可知,f與f0越接近,振幅A越大;當(dāng)f=f0時(shí),振幅A最大。?(2)受迫振動(dòng)中系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化:受迫振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒,系統(tǒng)與外界時(shí)刻進(jìn)行能量交換

30、。,典例4    (多選)如圖所示,曲軸上掛一個(gè)彈簧振子,轉(zhuǎn)動(dòng)搖把,曲軸可帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)。開(kāi)始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把,讓振子自由振動(dòng),測(cè)得其頻率為2 Hz?，F(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把,轉(zhuǎn)速為240 r/min。則?(　    )?A.當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí),它的振動(dòng)周期是0.5 sB.當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí),它的振動(dòng)頻率是4 Hz,C.當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí),彈簧振子的振幅增大D.當(dāng)

31、轉(zhuǎn)速減小時(shí),彈簧振子的振幅增大?答案    BD　搖把勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率f=n=? Hz=4 Hz,周期T=?=0.25 s,當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí),它的振動(dòng)周期及頻率均與驅(qū)動(dòng)力的周期及頻率相等,A錯(cuò)誤,B正確。當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時(shí),其頻率將更接近振子的固有頻率2 Hz,彈簧振子的振幅將增大,C錯(cuò)誤,D正確。,,(1)無(wú)論發(fā)生共振與否,受迫振動(dòng)的物質(zhì)的頻率都等于驅(qū)動(dòng)力的頻率,但只有發(fā)生共振現(xiàn)象時(shí)振幅才能達(dá)

32、到最大。(2)受迫振動(dòng)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化不再只有系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化,還有驅(qū)動(dòng)力對(duì)系統(tǒng)做正功補(bǔ)償系統(tǒng)因克服阻力而損失的機(jī)械能。,4-1    (多選)一個(gè)單擺在地面上做受迫振動(dòng),其共振曲線(振幅A與驅(qū)動(dòng)力頻率f的關(guān)系)如圖所示,則下列說(shuō)法正確的是    ?(　    )?A.此單擺的固有周期約為2 sB.

33、此單擺的擺長(zhǎng)約為1 mC.若擺長(zhǎng)增大,單擺的固有頻率增大,D.若擺長(zhǎng)增大,共振曲線的峰將向右移動(dòng)E.此單擺的振幅是8 cm?答案    AB　由共振曲線知此單擺的固有頻率為0.5 Hz,固有周期為2 s;再由T=2π?得此單擺的擺長(zhǎng)約為1 m;若擺長(zhǎng)增大,則單擺的固有周期增大,固有頻率減小,共振曲線的峰將向左移動(dòng),A、B正確,C、D錯(cuò)誤。此單擺做受迫振動(dòng),只有共振時(shí)的振幅最大為8 cm