一轮复习-机械振动-课件ppt.ppt

选修选修3 34 4波与相对论波与相对论第一单元机械振动第一单元机械振动选修选修3 34 4波与相对论波与相对论考点考级考点考级考情考向考情考向简谐运动简谐运动()简谐运动的公式和图像简谐运动的公式和图像()单摆、周期公式单摆、周期公式()受迫振动和共振受迫振动和共振()机械波机械波()横波和纵波横波和纵波()横波的图像横波的图像()波速、波长和频率波速、波长和频率(周期周期)的关系的关系()波的干涉和衍射现象波的干涉和衍射现象()多普勒效应多普勒效应()光的折射定律光的折射定律()题型：一般以选择、填题型：一般以选择、填空、计算等形式出现试题空、计算等形式出现试题形式：在高考中考查的重形式：在高考中考查的重点是波的形式和传播规律点是波的形式和传播规律以及光的折射，全反射现以及光的折射，全反射现象难度中等偏下象难度中等偏下选修选修3 34 4波与相对论波与相对论考点考级考点考级考情考向考情考向折射率折射率()全反射、光导纤维全反射、光导纤维()光的干涉、衍射和偏振现象光的干涉、衍射和偏振现象()变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁波电磁波()电磁波的产生、发射和接收电磁波的产生、发射和接收()电磁波谱电磁波谱()狭义相对论的基本假设狭义相对论的基本假设()质速关系、质能关系质速关系、质能关系()相对论质能关系式相对论质能关系式()实验十三：探究单摆的运动、用单摆测定重力实验十三：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度加速度()实验十四：测定玻璃的折射率实验十四：测定玻璃的折射率()实验十五：用双缝干涉测光的波长实验十五：用双缝干涉测光的波长()策略：注意作图能策略：注意作图能力的培养，如画波力的培养，如画波动图像，作平面几动图像，作平面几何光学图，注意几何光学图，注意几何中边角关系何中边角关系.选修选修3 34 4波与相对论波与相对论知识整合基础知识整合基础知识点一简谐运动知识点一简谐运动填一填填一填1概念概念质点的位移与时间的关系遵从质点的位移与时间的关系遵从_的规律，即它的规律，即它的振动图像的振动图像(xt图像图像)是一条是一条_2简谐运动的表达式简谐运动的表达式(1)动力学表达式：动力学表达式：F_，其中，其中“”表示回复力与表示回复力与_的方向相反的方向相反正弦函数正弦函数正弦曲线正弦曲线kx位移位移选修选修3 34 4波与相对论波与相对论(2)运动学表达式：运动学表达式：xAsin(t)，其中，其中A代表振幅，代表振幅，_表示简谐运动振动的快慢，表示简谐运动振动的快慢，(t)代表简谐运动的代表简谐运动的_，叫做初相位叫做初相位2f相位相位选修选修3 34 4波与相对论波与相对论3回复力回复力(1)定义：使物体返回到定义：使物体返回到_的力的力(2)方向：时刻指向方向：时刻指向_(3)来源：振动物体所受的沿来源：振动物体所受的沿_的合力的合力平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置振动方向振动方向选修选修3 34 4波与相对论波与相对论4简谐运动的图像简谐运动的图像(1)振动图像表示的是简谐运动的质点振动图像表示的是简谐运动的质点_的的位移与时间的关系，是一条正弦位移与时间的关系，是一条正弦(或余弦或余弦)曲线，如图所示曲线，如图所示偏离平衡位置偏离平衡位置振幅振幅 选修选修3 34 4波与相对论波与相对论练一练练一练简谐运动的平衡位置是指简谐运动的平衡位置是指()A速度为零的位置速度为零的位置B回复力为零的位置回复力为零的位置C加速度为零的位置加速度为零的位置D位移最大的位置位移最大的位置选修选修3 34 4波与相对论波与相对论【解析【解析】简谐运动的平衡位置是回复力为零的位置，简谐运动的平衡位置是回复力为零的位置，B正确而物体在平衡位置时加速度不一定为零，例如单摆在平正确而物体在平衡位置时加速度不一定为零，例如单摆在平衡位置时存在向心加速度衡位置时存在向心加速度C错误简谐运动的物体经过平衡错误简谐运动的物体经过平衡位置时速度最大，位移为零位置时速度最大，位移为零A、D错误错误【答案【答案】B选修选修3 34 4波与相对论波与相对论最大摆角小于最大摆角小于10 振幅振幅 1 选修选修3 34 4波与相对论波与相对论 练一练练一练发生下述哪一种情况时，单摆周期会增大发生下述哪一种情况时，单摆周期会增大()A增大摆球质量增大摆球质量B缩短摆长缩短摆长C减小单摆振幅减小单摆振幅D将单摆由山下移到山顶将单摆由山下移到山顶选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论知识点三受迫振动和共振知识点三受迫振动和共振填一填填一填1受迫振动受迫振动(1)概念：系统在概念：系统在_的外力的外力(驱动力驱动力)作用下的振作用下的振动动(2)振动特征：受迫振动的频率等于振动特征：受迫振动的频率等于_的频率，与的频率，与系统的固有频率无关系统的固有频率无关周期性周期性驱动力驱动力选修选修3 34 4波与相对论波与相对论2共振共振(1)概念：驱动力的频率等于系统的概念：驱动力的频率等于系统的_时，受时，受迫振动的振幅最大的现象迫振动的振幅最大的现象(2)共振条件：驱动力的频率等于系统的共振条件：驱动力的频率等于系统的_(3)特征：共振时特征：共振时_最大最大 (4)共振曲线：如图所示共振曲线：如图所示固有频率固有频率固有频率固有频率振幅振幅选修选修3 34 4波与相对论波与相对论练一练练一练 (2015开封模拟开封模拟)如图所示，质量相同的四个摆球悬于同如图所示，质量相同的四个摆球悬于同一根横线上，四个摆的摆长分别为一根横线上，四个摆的摆长分别为l12 m、l21.5 m、l31 m、l40.5 m现以摆现以摆3为驱动摆，让摆为驱动摆，让摆3振动，使其余三个摆振动，使其余三个摆也振动起来，则摆球振动稳定后也振动起来，则摆球振动稳定后()A摆摆1的振幅一定最大的振幅一定最大B摆摆4的周期一定最短的周期一定最短C四个摆的振幅相同四个摆的振幅相同D四个摆的周期相同四个摆的周期相同选修选修3 34 4波与相对论波与相对论【解析【解析】让摆让摆3振动，由其余三个摆做受迫振动，四个振动，由其余三个摆做受迫振动，四个摆的周期相同，选项摆的周期相同，选项D正确正确【答案【答案】D选修选修3 34 4波与相对论波与相对论热点考向剖析热点考向剖析考向一对简谐振动的理解考向一对简谐振动的理解简谐运动的五个特征简谐运动的五个特征1动力学特征动力学特征Fkx，“”表示回复力的方向与位移方向相反，表示回复力的方向与位移方向相反，k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数2运动学特征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，向相反，为变加速运动，远离平衡位置时，x、F、a、Ep均增均增大，大，v、Ek均减小，靠近平衡位置时则相反均减小，靠近平衡位置时则相反选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论【解题引路【解题引路】(1)题目中所对应的情况有几种可能？题目中所对应的情况有几种可能？(2)请作出示意图，并在图中找出对应几个时刻的振位请作出示意图，并在图中找出对应几个时刻的振位置置选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论【名师点睛【名师点睛】分析简谐运动的技巧分析简谐运动的技巧(1)分析简谐运动中各物理量的变化情况时，一定要以位分析简谐运动中各物理量的变化情况时，一定要以位移为桥梁，位移增大时，振动质点的回复力、加速度、势能均移为桥梁，位移增大时，振动质点的回复力、加速度、势能均增大，速度、动能均减小；反之，则产生相反的变化另外，增大，速度、动能均减小；反之，则产生相反的变化另外，各矢量均在其值为零时改变方向各矢量均在其值为零时改变方向(2)分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性选修选修3 34 4波与相对论波与相对论针对训练针对训练1(2014重庆理综重庆理综)一竖直悬挂的弹簧振子，下端装有一一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，以速率速率v水平向左匀速拉动记录纸，记录笔在纸上留下如图所示水平向左匀速拉动记录纸，记录笔在纸上留下如图所示的图像的图像y1、y2、x0、2x0为纸上印迹的位置坐标由此图求振为纸上印迹的位置坐标由此图求振动的周期和振幅动的周期和振幅选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论考向二简谐运动的图像及应用考向二简谐运动的图像及应用某质点的振动图像如图所示，通过图像可以确定以下各某质点的振动图像如图所示，通过图像可以确定以下各量：量：(1)确定振动物体在任意时刻的位移确定振动物体在任意时刻的位移(2)确定振动的振幅确定振动的振幅(3)确定振动的周期和频率确定振动的周期和频率振动图像上一个完整的正弦振动图像上一个完整的正弦(余弦余弦)图形在时间轴上拉开的图形在时间轴上拉开的“长度长度”表示周期表示周期(4)确定质点在各时刻的振动方向确定质点在各时刻的振动方向(5)比较各时刻质点加速度的大小和方向比较各时刻质点加速度的大小和方向选修选修3 34 4波与相对论波与相对论典例典例2(2015菏泽模拟菏泽模拟)一个弹簧振子沿一个弹簧振子沿x轴做简谐运轴做简谐运动，取平衡位置动，取平衡位置O为为x轴坐标原点从某时刻开始计时，经过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轴正方向的最大加速度能正确反映振子位移反映振子位移x与时间与时间t关系的图像是关系的图像是()选修选修3 34 4波与相对论波与相对论【解题引路【解题引路】(1)具有沿具有沿x轴正方向最大加速度的位置？轴正方向最大加速度的位置？(2)具有沿具有沿x轴负方向的最大加速度的位置？轴负方向的最大加速度的位置？(3)从平衡位置到最大位移处所用时间最少为多少？从平衡位置到最大位移处所用时间最少为多少？选修选修3 34 4波与相对论波与相对论【解析【解析】弹簧振子做简谐运动，由回复力公式弹簧振子做简谐运动，由回复力公式Fkx，结合牛顿第二定律，结合牛顿第二定律Fma可知，经四分之一的周期有沿可知，经四分之一的周期有沿x轴正方向的最大加速度，则其位移为负的最大值轴正方向的最大加速度，则其位移为负的最大值t0时刻振时刻振子应该自平衡位置向子应该自平衡位置向x轴负向运动，故选项轴负向运动，故选项A正确正确【答案【答案】A选修选修3 34 4波与相对论波与相对论【名师点睛【名师点睛】解决简谐运动图像问题应注意三点解决简谐运动图像问题应注意三点(1)简谐运动的图像不是振动质点的轨迹，它表示的是振简谐运动的图像不是振动质点的轨迹，它表示的是振动物体的位移随时间变化规律；动物体的位移随时间变化规律；(2)因回复力总是指向平衡位置，故回复力和加速度在图因回复力总是指向平衡位置，故回复力和加速度在图像上总是指向像上总是指向t轴；轴；(3)速度方向可以通过下一个时刻位移的变化来判定，下速度方向可以通过下一个时刻位移的变化来判定，下一个时刻位移如果增加，振动质点的速度方向就远离一个时刻位移如果增加，振动质点的速度方向就远离t轴，下轴，下一个时刻的位移如果减小，振动质点的速度方向就指向一个时刻的位移如果减小，振动质点的速度方向就指向t轴轴选修选修3 34 4波与相对论波与相对论针对训练针对训练2公路上匀速行驶的货车受一振动，车上货物随车厢底公路上匀速行驶的货车受一振动，车上货物随车厢底板上下振动但不脱离底板一段时间内货物在竖直方向的振动板上下振动但不脱离底板一段时间内货物在竖直方向的振动可视为简谐运动，周期为可视为简谐运动，周期为T.取竖直向上为正方向，以某时刻作取竖直向上为正方向，以某时刻作为计时起点，即为计时起点，即t0时，其振动图像如图所示，则时，其振动图像如图所示，则()选修选修3 34 4波与相对论波与相对论【解析【解析】取车上货物为研究对象，现货物在竖直方向做取车上货物为研究对象，现货物在竖直方向做简谐运动，当货物运动到最低点时，受到竖直向下的重力和竖简谐运动，当货物运动到最低点时，受到竖直向下的重力和竖直向上的车厢底板对货物的支持力，根据牛顿第二定律得，直向上的车厢底板对货物的支持力，根据牛顿第二定律得，FNmgma，FNmgma，由简谐运动特点可知，货物运动，由简谐运动特点可知，货物运动到最低点和最高点加速度最大，则货物在最低点车厢底板对货到最低点和最高点加速度最大，则货物在最低点车厢底板对货物的支持力最大，由牛顿第三定律可得，货物对车厢底板的压物的支持力最大，由牛顿第三定律可得，货物对车厢底板的压力最大，选项力最大，选项C正确同理，当货物运动到最高点时，货物对正确同理，当货物运动到最高点时，货物对车厢底板的压力最小选项车厢底板的压力最小选项A、B、D错误错误【答案【答案】C选修选修3 34 4波与相对论波与相对论考向三单摆周期公式及应用考向三单摆周期公式及应用典例典例3(2014安徽理综安徽理综)在科学研究中，科学家常将未知在科学研究中，科学家常将未知现象同已知现象进行比较，找出其共同点，进一步推测未知现现象同已知现象进行比较，找出其共同点，进一步推测未知现象的特性和规律法国物理学家库仑在研究异种电荷的吸引力象的特性和规律法国物理学家库仑在研究异种电荷的吸引力问题时，曾将扭秤的振动周期与电荷间距离的关系类比单摆的问题时，曾将扭秤的振动周期与电荷间距离的关系类比单摆的振动周期与摆球到地心距离的关系已知单摆摆长为振动周期与摆球到地心距离的关系已知单摆摆长为l，引力，引力常量为常量为G，地球质量为，地球质量为M，摆球到地心的距离为，摆球到地心的距离为r，则单摆振动，则单摆振动周期周期T与距离与距离r的关系式为的关系式为()选修选修3 34 4波与相对论波与相对论【解题引路【解题引路】(1)摆球受到地球的引力多大摆球受到地球的引力多大(设摆球的质量为设摆球的质量为m)?(2)摆球所处位置重力加速度多大？摆球所处位置重力加速度多大？(3)试写出单摆的周期公式试写出单摆的周期公式选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论针对训练针对训练3(2015汉口高三调研汉口高三调研)一单摆在地面处的摆动周期与在一单摆在地面处的摆动周期与在某矿井底部摆动周期的比值为某矿井底部摆动周期的比值为k.设地球的半径为设地球的半径为R.假定地球的假定地球的密度均匀已知质量均匀分布的球壳对壳内物体的引力为零，密度均匀已知质量均匀分布的球壳对壳内物体的引力为零，求矿井的深度求矿井的深度d.选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论考向四用单摆测重力加速度考向四用单摆测重力加速度选修选修3 34 4波与相对论波与相对论【温馨提示【温馨提示】1悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证顶点固定悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证顶点固定2强调在同一平面内振动且摆角小于强调在同一平面内振动且摆角小于10.3选择在摆球摆到平衡位置处开始计时，并数准全振动选择在摆球摆到平衡位置处开始计时，并数准全振动的次数的次数4小球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长小球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长l，用游标，用游标卡尺测量小球的直径，然后算出摆球的半径卡尺测量小球的直径，然后算出摆球的半径r，则摆长，则摆长Llr.5选用一米左右的细线选用一米左右的细线选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论(1)用游标卡尺测量小钢球直径，示数如图乙所示，读数用游标卡尺测量小钢球直径，示数如图乙所示，读数为为_mm.(2)以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有_a摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些些b摆球尽量选择质量大些、体积小些的摆球尽量选择质量大些、体积小些的c为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度球，使摆线相距平衡位置有较大的角度选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论选修选修3 34 4波与相对论波与相对论针对训练针对训练4(2015兰州一中模拟兰州一中模拟)某同学用实验的方法探究影响单某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素摆周期的因素(1)他组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭他组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图所缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图所示这样做的目的是示这样做的目的是_(填字母代号填字母代号)A保证摆动过程中摆长不变保证摆动过程中摆长不变B可使周期测量得更加准确可使周期测量得更加准确C需要改变摆长时便于调节需要改变摆长时便于调节D保证摆球在同一竖直平面内摆动保证摆球在同一竖直平面内摆动选修选修3 34 4波与相对论波与相对论(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L0.999 0 m，再用游标，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图所示，则该摆球的直径为卡尺测量摆球直径，结果如图所示，则该摆球的直径为_mm、单摆摆长为、单摆摆长为_m.选修选修3 34 4波与相对论波与相对论(3)下列振动图像真实地描述了对摆长约为下列振动图像真实地描述了对摆长约为1 m的单摆进行的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横坐标原点表示计时开始，周期测量的四种操作过程，图中横坐标原点表示计时开始，A、B、C均为均为30次全振动的图像，已知次全振动的图像，已知sin 50.087，sin 150.26，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是_(填字母代号填字母代号)选修选修3 34 4波与相对论波与相对论【解析【解析】(1)橡皮的作用是使摆线摆动过程中悬点位置橡皮的作用是使摆线摆动过程中悬点位置不变，从而保障摆长一定，同时又便于调节摆长，选项不变，从而保障摆长一定，同时又便于调节摆长，选项AC说说法正确；法正确；(2)根据游标卡尺读数规则可得摆球直径为根据游标卡尺读数规则可得摆球直径为d12 mm0.1 mm012.0 mm，则单摆摆长为，则单摆摆长为L0Ld/20.993 0 m(注意注意统一单位统一单位)；(3)单摆摆角不超过单摆摆角不超过5，且计时位置应从最低点，且计时位置应从最低点(即速度最即速度最大位置大位置)开始，故选项开始，故选项A的操作符合要求的操作符合要求【答案【答案】(1)AC(2)12.00.993 0(3)A选修选修3 34 4波与相对论波与相对论谢谢观看！