2020年高考物理一轮复习课件：专题十四 第1讲 机械振动.ppt

专题十四　机械振动与机械波 考点内容 要求 热点考向 1. 简谐运动 Ⅰ 1. 对于振动与波，高考试题均 立足于对基础知识和基本研 究方法的考查 . 2. 考查点有简谐运动、振动的 周期和频率、共振、波长、单 摆的周期公式、机械波的波 长、频率、波速关系、波的叠 加、干涉和衍射等，应结合振 动图象和波的图象理解掌握 . 最近几年计算题考查倾向振 动的周期性和波的问题的多 解问题 . 2. 简谐运动的公式和图象 Ⅱ 3. 单摆、单摆的周期公式 Ⅰ 4. 受迫振动和共振 Ⅰ 5. 机械波、横波和纵波 Ⅰ 6. 横波的图象 Ⅱ 7. 波速、波长和频率 ( 周期 ) 的 关系 Ⅰ 8. 波的干涉和衍射现象 Ⅰ 9. 多普勒效应 Ⅰ 10. 实验十四：探究单摆运动、 用单摆测定重力加速度 — 第 1 讲　 机械振动 考点 1 简谐运动 1. 简谐运动：质点的位移与时间的关系遵从 ________ 函数 的规律，其振动图象 ( x - t 图象 ) 是一条 ________ 曲线 . 2. 特征：回复力 F ＝ ________ ， x 是振动质点相对 _______ 位置的位移，可用该关系式判断一个振动是否为简谐运动 . 正弦 正弦 － kx 平衡 3. 描述简谐运动的物理量 (1) 位移 x ：由 ________ 位置指向质点所在位置的有向线段， 是 ________ 量 . 平衡 矢 最大距离 标 (2) 振幅 A ：振动物体离开平衡位置的 __________ ，是 ____ 量，表示振动的强弱 . 全振动 次数 (3) 周期 T ：物体完成一次 ________ 所需的时间 . 频率 f ：单位时间内完成全振动的 ________. 它们是表示振动快慢的物理量，二者的关系为 T ＝ ____. 4. 简谐运动的位移表达式： x ＝ ________________. A sin ( ωt ＋ φ ) 考点 2 简谐运动的图象 位移 时间 1. 物理意义：表示振动质点的 ______ 随 ______ 变化的规律 . 2. 图象特征： _____ ___ __ __ _ 曲线 . 正弦 ( 或余弦 ) 平衡 从质点位于 ________ 位置处开始计时，函数表达式为 x ＝ A sin ωt ，图象如图 14-1-1 甲所示；从质点位于 ___________ 处 开始计时，函数表达式为 x ＝ A cos ωt ，图象如图乙所示 . 甲 乙 图 14-1-1 最大位移 考点 3 受迫振动 1. 受迫振动：系统在周期性 ___________ 作用下的振动 . 做受 迫振动的系统，它的周期 ( 或频率 ) 等于 ____________ 的周期 ( 或 频率 ) ，而与系统的固有周期 ( 或频率 )________. 2. 共振：驱动力的频率 ________ 系统的固有频率时，受迫 振动的振幅最大 . 驱动力 驱动力 无关 等于 【 基础自测 】 1.( 多选 ) 一质点做简谐运动的图象如图 14-1-2 所示，下列说 法正确的是 ( ) A. 质点的振动频率为 4 Hz B. 在 10 s 内质点经过的路程为 20 cm C. 第 4 s 末质点的 速度为零 图 14-1-2 D. 在 t ＝ 1 s 和 t ＝ 3 s 两时刻，质点位移大小相等、方 向相反 E. 在 t ＝ 2 s 和 t ＝ 6 s 两时刻，质点速度相同 答案： BDE ) 2.( 多选 ) 简谐运动的特点是 ( A. 回复力跟位移成正比且反向 B. 速度跟位移成反比且反向 C. 加速度跟位移成正比且反向 D. 振幅跟位移成正比 E. 振幅跟位移无关 增大时，速度减小，但位移的方向与速度方向可能相同，也可 能相反， B 不正确 . 振幅与位移无关， D 不正确， E 正确 . 故选 A 、 C 、 E. 答案： ACE 3.( 多选 ) 一弹簧振子做简谐运动，周期为 T ( ) ( n ＝ 1,2,3 ， … ). 根据以上分析， C 错误， A 、 D 项正确 . 若 t 和 ( t ＋ Δ t ) 两时刻，振子的位移、加速度、速度等均相同，则 Δ t ＝ nT ( n ＝ 1,2,3 ， … ) ，但仅仅根据两时刻振子的位移相同 ，不能得 出 Δ t ＝ nT ， B 错误 . 若 Δ t ＝ nT ，在 t 和 ( t ＋ Δ t ) 两时刻，振子的位 移、加速度、速度等均大小相等、方向相同， E 正确 . 故选 A 、 D 、 E. 答案： ADE 4.( 多选 ) 一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线 ( 振幅 A ( ) A. 此单摆的固有周期约为 2 s B. 此单摆的摆长约为 1 m 图 14-1-3 C. 若摆长增大，单摆的固有频率增大 D. 若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动 E. 此单摆的振幅是 8 cm 答案： CDE 热点 1 简谐运动的特征 [ 热点归纳 ] 1. 简谐运动中路程 ( s ) 与振幅 ( A ) 的关系： (1) 质点在一个周期内通过的路程是振幅的 4 倍 . (2) 质点在半个周期内通过的路程是振幅的 2 倍 . (3) 质点在四分之一周期内通过的路程有三种情况： ① 计时起点对应质点在三个特殊位置 ( 两个最大位移处和 一个平衡位置 ) 时， s ＝ A ； ② 计时起点对应质点在最大位移和平衡位置之间且向平衡 位置运动时， s ＞ A ； ③ 计时起点对应质点在最大位移和平衡位置之间且向最大 位移处运动时， s ＜ A . 受力特征 回复力 F ＝－ kx ， 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 、 E p 都减小， v 、 E k 都增大；远离平衡位置时， a 、 F 、 x 、 E p 都增大， v 、 E k 都减小 能量特征 在运动过程中，系统的动能和势能相互转化，机械能守恒 2. 简谐运动的重要特征： 周期性特征 质点的位移、回复力、加速度和速度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，速度的大小、动能、势能相等，相对平衡位置的位移大小相等；由对称点到平衡位置 O 用时相等 ( 续表 ) 考向 1 简谐运动的位移 【 典题 1 】 ( 多选 ) 某质点做简谐运动，其位移 随时间变化的 A. 振动的周期为 8 s B. 第 1 s 末与第 3 s 末的位移相同 C. 第 1 s 末与第 3 s 末的速度相同 D. 第 3 s 末至第 5 s 末的位移方向都相同 E. 第 3 s 末至第 5 s 末的速度方向都相同 答案： ABE 考向 2 简谐运动的周期和振幅 【 典题 2 】 如图 14-1-4 所示，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 A 0 ，周期为 T 0 . 当物块向右通过平衡位置时， a 、 b 之间的黏胶脱开；以后小 物块 a 振动的振幅和周期分别为 A 和 T ，则 A ________ A 0 ， T ________ T 0 .( 填“ >”“