2020高考物理一轮总复习 第十四章 振动和波 光 相对论 基础课1 机械振动课件 新人教版

第十四章振动和波光相对论(选修3－4)考纲要求三年真题常考角度201820172016机械振动与机械波简谐运动Ⅰ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、横波和纵波Ⅰ横波的图象Ⅱ波速、波长和频率(周期)的关系Ⅰ波的干涉和衍射现象Ⅰ多普勒效应Ⅰ卷Ⅰ·T34(2)卷Ⅱ·T34(1)卷Ⅲ·T34(1)卷Ⅰ·T34(1)卷Ⅲ·T34(1)卷Ⅰ·T34(1)卷Ⅱ·T34(2)卷Ⅲ·T34(1)(1)简谐运动的基本概念及规律(2)机械波的形成与传播(3)波动图象和振动图象、单摆的周期公式电磁振荡与电磁波电磁波的产生Ⅰ电磁波的发射、传播和接收Ⅰ电磁波谱Ⅰ——卷Ⅱ·T34(1)(4)波速、波长和频率(周期)的关系(5)光的折射及折射率(6)光的全反射及全反射临界角光光的折射定律Ⅱ折射率Ⅰ全反射、光导纤维Ⅰ光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ卷Ⅰ·T34(1)卷Ⅱ·T34(2)卷Ⅲ·T34(2)卷Ⅰ·T34(2)卷Ⅱ·T34卷Ⅲ·T34(2)卷Ⅰ·T34(2)卷Ⅲ·T34(2)相对论狭义相对论的基本假设Ⅰ质能关系Ⅰ———(7)光的干涉和衍射(8)电磁场理论与电磁波的性质(9)电磁振荡与电磁波谱实验十四：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度———实验十五：测定玻璃的折射率实验十六：用双缝干涉测光的波长机械振动栏目导航123板块一双基巩固板块二考点突破板块四跟踪检测双基巩固固双基、明易错、强化记忆板块一填一填|——知识体系一、简谐运动单摆、单摆的周期公式1．简谐运动(1)定义：物体在跟位移大小成正比并且总是指向____________的回复力作用下的振动．(2)平衡位置：物体在振动过程中____________为零的位置．平衡位置回复力(3)回复力①定义：使物体返回到____________的力．②方向：总是指向____________.③来源：属于____________力，可以是某一个力，也可以是几个力的____________或某个力的____________.平衡位置平衡位置效果合力分力(4)简谐运动的特征①动力学特征：F回＝____________.②运动学特征：x、v、a均按正弦或余弦规律发生周期性变化(注意v、a的变化趋势相反)．③能量特征：系统的机械能守恒，振幅A不变．－kx2．简谐运动的两种模型模型弹簧振子单摆示意图简谐运动条件(1)弹簧质量可忽略(2)无摩擦等阻力(3)在弹簧弹性限度内(1)摆线为不可伸缩的轻细线(2)无空气等阻力(3)最大摆角小于5°回复力弹簧的____________提供摆球____________沿与摆线垂直(即切向)方向的分力平衡位置弹簧处于____________处最低点周期与振幅无关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原长二、简谐运动的公式和图象1．简谐运动的表达式(1)动力学表达式：F＝____________，其中“－”表示回复力方向与位移的方向相反．(2)运动学表达式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A代表振幅．ω＝2πf表示简谐运动的快慢．－kx2．简谐运动的图象(1)从____________开始计时，函数表达式为x＝Asinωt，图象如图甲所示．(2)从_______________开始计时，函数表达式为x＝Acosωt，图象如图乙所示．平衡位置最大位移处三、受迫振动和共振1．受迫振动系统在___________作用下的振动．做受迫振动的物体，它做受迫振动的周期(或频率)等于____________的周期(或频率)，而与物体的固有周期(或频率)____________关．驱动力驱动力无2．共振做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者____________时，振幅达到最大，这就是共振现象．共振曲线如图所示．相等判一判|——易混易错(1)简谐运动是匀变速运动．()(2)周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量．()(3)振幅等于振子运动轨迹的长度.()(4)简谐运动的回复力可以是恒力．()(5)简谐运动的平衡位置就是合外力为零的位置．()×√×××(6)弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零、动能最大．()(7)做简谐运动的质点速度增大时，加速度可能增大．()(8)单摆在任何情况下的运动都是简谐运动．()(9)物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关．()(10)简谐运动的图象描述的是振动质点的轨迹．()√××√×记一记|——规律结论1．做简谐运动的物体当远离平衡位置运动时，其位移、加速度增大，而速度减小．2．在关于平衡位置对称的两点，振动物体的位移、速度、加速度、回复力均大小相等．3．单摆振动时在平衡位置回复力为零，但摆球所受合力不为零．4．物体做受迫振动的频率一定等于驱动力的频率，但不一定等于系统的固有频率．5．驱动力的频率等于物体的固有频率时，发生共振现象．考点突破记要点、练高分、考点通关板块二考点一简谐运动的基本特征——自主练透|记要点|1．描述简谐运动的物理量物理量定义意义位移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振动物体离开平衡位置的最大距离描述振动的强弱和能量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相位ωt＋φ描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态2.简谐运动的五大特征(1)动力学特征：F＝－kx，“－”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．(2)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．(3)运动的周期性特征：相隔T或nT的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同．(4)对称性特征①相隔T2或2n＋1T2(n为正整数)的两个时刻，振子位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度大小相等，方向相反．②如图所示，振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P′(OP＝OP′)时，速度的大小、动能、势能相等，相对于平衡位置的位移大小相等．③振子由P到O所用时间等于由O到P′所用时间，即tPO＝tOP′.④振子往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等，即tOP＝tPO.(5)能量特征：振动的能量包括动能Ek和势能Ep，简谐运动过程中，系统动能与势能相互转化，系统的机械能守恒．|练高分|1．(多选)弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点之间做简谐运动，B、C相距20cm.某时刻振子处于B点，经过0.5s，振子首次到达C点，下列说法中正确的是()A．该弹簧振子的振幅为10cmB．该弹簧振子的周期为1sC．该弹簧振子的频率为1HzD．该弹簧振子从O点出发到再次回到O点的过程就是一次全振动E．振子在B点和在C点具有相同的加速度解析：选ABC设振幅为A，由题意知BC＝2A＝20cm，所以A＝10cm，A正确；振子从B到C所用时间t＝0.5s＝T2，所以T＝1s，频率f＝1T＝1Hz，B、C正确；振子从O点出发到再次回到O点的过程是半次全振动，D错误；加速度是矢量，振子在B、C两点的加速度大小相等，方向相反，E错误．2．(多选)如图所示，一轻质弹簧上端固定在天花板上，下端连接一物块，物块沿竖直方向以O点为中心点，在C、D两点之间做周期为T的简谐运动．已知在t1时刻物块的速度大小为v、方向向下，动能为Ek.下列说法正确的是()A．如果在t2时刻物块的速度大小也为v，方向向下，则t2－t1的最小值小于T2B．如果在t2时刻物块的动能也为Ek，则t2－t1的最小值为TC．物块通过O点时动能最大D．当物块通过O点时，其加速度最小E．物块运动至C点时，其加速度最小解析：选ACD如果在t2时刻物块的速度大小也为v、方向也向下，则t2－t1的最小值小于T2，选项A正确；如果在t2时刻物块的动能也为Ek，则t2－t1的最小值小于T2，选项B错误；当物块通过O点时，其加速度最小，速度最大，动能最大，选项C、D正确；物块运动至C点时，其加速度最大，速度为零，选项E错误．3．(多选)(2019届辽宁鞍山模拟)弹簧振子做简谐运动，O为平衡位置，当它经过点O时开始计时，经过0.3s，第一次到达点M，再经过0.2s第二次到达点M，则弹簧振子的周期不可能为()A．0.53sB．1.4sC．1.6sD．2sE．3s解析：选BDE如图甲所示，设O为平衡位置，OB(OC)代表振幅，振子从O→C所需时间为T4.因为简谐运动具有对称性，所以振子从M→C所用时间和从C→M所用时间相等，故T4＝0.3s＋0.22s＝0.4s，解得T＝1.6s；如图乙所示，若振子一开始从平衡位置向点B运动，设点M′与点M关于点O对称，则振子从点M′经过点B到点M′所用的时间与振子从点M经过点C到点M所需时间相等，即0.2s．振子从点O到点M′、从点M′到点O及从点O到点M所需时间相等，为0.3s－0.2s3＝130s，故周期为T＝0.5s＋130s≈0.53s，所以周期不可能为选项B、D、E.|反思总结|分析简谐运动中各物理量的变化情况的技巧(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，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．位移相同时，回复力、加速度、动能、势能可以确定，但速度可能有两个方向，由于周期性，运动时间也不确定．(3)做简谐运动的物体经过平衡位置时，回复力一定为零，但所受合外力不一定为零．考点二简谐运动的规律和图象——自主练透|记要点|1．简谐运动的数学表达式x＝Asin(ωt＋φ)2．根据简谐运动图象可获取的信息(1)振幅A、周期T(或频率f)和初相位φ(如图所示)．(2)某时刻振动质点离开平衡位置的位移．(3)某时刻质点速度的大小和方向：曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度的大小和速度的方向，速度的方向也可根据下一时刻物体的位移的变化来确定．(4)某时刻质点的回复力、加速度的方向：回复力总是指向平衡位置，回复力和加速度的方向相同，在图象上总是指向t轴．(5)某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势能的变化情况．|练高分|1．(多选)一个质点经过平衡位置O，在A、B间做简谐运动，如图(a)所示，它的振动图象如图(b)所示，设向右为正方向，下列说法正确的是()A．OB＝5cmB．第0.2s末质点的速度方向是A→OC．第0.4s末质点的加速度方向是A→OD．第0.7s末时质点位置在O点与A点之间E．在4s内完成5次全振动解析：选ACE由图(b)可知振幅为5cm，则OB＝OA＝5cm，A项正确；由图可知0～0.2s内质点从B向O运动，第0.2s末质点的速度方向是O→A，B项错误；由图可知第0.4s末质点运动到A点处，则此时质点的加速度方向是A→O，C项正确；由图可知第0.7s末时质点位置在O点与B点之间，D项错误；由图(b)可知周期T＝0.8s，则在4s内完成全振动的次数为4s0.8s＝5，E项正确．2．(多选)有一个在y方向上做简谐运动的物体，其振动图象如图所示．下列关于图甲、乙、丙、丁的判断不正确的是(选项中v、F、a分别表示物体的速度、受到的回复力和加速度)()A．甲可作为该物体的v­t图象B．乙可作为该物体的F­t图象C．丙可作为该物体的F­t图象D．丙可作为该物体的a­t图象E．丁可作为该物体的a­t图象解析：选ABE因为F＝－kx，a＝－kxm，故图丙可作为F­t、a­t图象；而v随x增大而减小，故v­t图象应为图乙．选项C、D正确，A、B、E错误．3．(多选)(2019届湖北孝感高三模拟)弹簧振子在光滑水平面上做简谐运动，把小钢球从平衡位置向左拉开一段距离，放手让其运动，从小钢球通过平衡位置开始计时，其振动图象如图所示，下列说法正确的是()A．钢球振动周期为1