2022届高考物理一轮复习-第14章-振动-波动-电磁波-相对论-第1节-机械振动教案-新人教版.doc
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1、2022届高考物理一轮复习 第14章 振动 波动 电磁波 相对论 第1节 机械振动教案 新人教版2022届高考物理一轮复习 第14章 振动 波动 电磁波 相对论 第1节 机械振动教案 新人教版年级:姓名:- 18 -第1节 机械振动高考导航考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析202020192018命题分析机械振动与机械波简谐运动卷T34(1):多普勒效应及其应用T34(2):波的干涉条件和波速公式卷T34(1):单摆实验T34(2):光的折射定律以及全反射知识卷T34(1):机械波的传播T34(2):光的折射定律以及全反射知识卷T34(1):简谐运动的图象T34(2):光的折射全反
2、射卷T34(1):振动图象,单摆周期T34(2):光的双缝干涉实验卷T34(1):水波的干涉T34(2):光的折射、全反射卷T34(1):光的折射定律、折射率T34(2):简谐运动的图象、波的图象、v的应用卷T34(1):声波的传播、vf的应用T34(2):折射定律及全反射卷T34(1):波的图象v及v的应用T34(2):折射定律的应用1.高考对本章内容考查的题型第(1)问一般为选择题或填空题,难度偏小,第(2)问为计算题,难度中等。2.命题热点为简谐运动的图象、波的图象以及波的传播规律,折射定律、全反射等。3.今后仍将以图象为重点考查振动和波动问题;以光的折射和全反射为重点考查光学知识。试题
3、的情境可能向着贴近生活的方向发展。简谐运动的公式和图象单摆、单摆的周期公式受迫振动和共振机械波、横波和纵波横波的图象波速、波长和频率(周期)的关系波的干涉和衍射现象多普勒效应电磁振荡与电磁波电磁波的产生电磁波的发射、传播和接收电磁波谱光光的折射定律折射率全反射、光导纤维光的干涉、衍射和偏振现象相对论狭义相对论的基本假设质能关系实验:探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度实验:测定玻璃的折射率实验:用双缝干涉测光的波长核心素养物理观念:简谐运动、弹簧振子、单摆、受迫振动、共振、横波、多普勒效应、干涉、衍射、电磁振荡、折射率、全反射、折射、偏振、相对论的基本假设(如2020卷T34(1),2019卷
4、T34(1)。科学思维:简谐运动的公式和图象、共振曲线、光的折射定律、相对论关系(如2020卷T34(2),2019卷T34(1)。科学探究:探究单摆的运动、用单摆测重力加速度、测定玻璃的折射率、用双缝干涉测波长(如2020卷T34(1)。科学态度与责任:电磁波的应用及危害,多普勒效应。第1节机械振动一、简谐运动的特征1简谐运动(1)定义:如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比,并且总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动。(2)平衡位置:物体在振动过程中回复力为零的位置。(3)回复力定义:使物体返回到平衡位置的力。方向:总是指向平衡位置。来源:属于效果力,可以是某一个力,也可以是几
5、个力的合力或某个力的分力。2简谐运动的两种模型模型弹簧振子单摆示意图弹簧振子(水平)简谐运动条件弹簧质量要忽略无摩擦等阻力在弹簧弹性限度内摆线为不可伸缩的轻细线无空气阻力等最大摆角小于等于5回复力弹簧的弹力提供摆球重力沿与摆线垂直方向(即切向)的分力平衡位置弹簧处于原长处最低点周期与振幅无关T2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:Fkx,其中“”表示回复力与位移的方向相反。(2)运动学表达式:xAsin(t),其中A代表振幅,2f,表示简谐运动的快慢,t代表运动的相位,代表初相位。2简谐运
6、动的图象(1)从平衡位置开始计时,函数表达式为xAsin t,图象如图甲所示。甲乙(2)从最大位置开始计时,函数表达式为xAcos t,图象如图乙所示。三、受迫振动和共振1受迫振动(1)概念:振动系统在周期性驱动力作用下的振动。(2)特点:受迫振动的频率等于驱动力的频率,跟系统的固有频率无关。2共振(1)现象:当驱动力的频率等于系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大。(2)条件:驱动力的频率等于固有频率。(3)特征:共振时振幅最大。(4)共振曲线(如图所示)。一、思考辨析(正确的画“”,错误的画“”)1简谐运动的平衡位置就是质点所受合力为零的位置。()2做简谐运动的质点先后通过同一点,回复力、速
7、度、加速度、位移都是相同的。()3公式xAsin t说明是从平衡位置开始计时。()4简谐运动的图象描述的是振动质点的轨迹。()5物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率无关。()6物体受迫振动的频率与驱动力的频率无关。()二、走进教材1(鲁科版选修34P5讨论与交流改编)如图所示,弹簧振子在B、C间振动,O为平衡位置,BOOC5 cm。若振子从B到C的运动时间是1 s,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1 s,振幅是10 cmC经过两次全振动,振子通过的路程是20 cmD从B开始经过3 s,振子通过的路程是30 cm答案D2(人教版选修34P21T2改编)(多选
8、)如图所示,A球振动后,通过水平细绳迫使B、C振动,振动达到稳定时,下列说法中正确的是()A只有A、C的振动周期相等BC的振幅比B的振幅小CC的振幅比B的振幅大DA、B、C的振动周期相等答案CD3(沪科版选修34P27T5)一弹簧振子做简谐运动,周期为T。下列判断中正确的是()A若t时刻和(tt)时刻振子位移的大小相等、方向相同,则t 一定等于T的整数倍B若t时刻和(tt)时刻振子速度的大小相等、方向相反,则t一定等于的整数倍C若tT,则在t时刻和(tt)时刻振子的加速度一定相等D若t,则在t时刻和(tt)时刻弹簧长度一定相等答案C 简谐运动的规律1.(多选)如图所示,两根完全相同的轻质弹簧和
9、一根绷紧的轻质细线将甲、乙两物块束缚在光滑水平面上。已知物块甲的质量是物块乙质量的4倍,弹簧振子做简谐运动的周期T2,式中m为振子的质量,k为弹簧的劲度系数。当细线突然断开后,两物块都开始做简谐运动,在运动过程中,下列说法正确的是()A物块甲的振幅是物块乙振幅的4倍B物块甲的振幅等于物块乙的振幅C物块甲的最大速度是物块乙最大速度的D物块甲的振动周期是物块乙振动周期的2倍E物块甲的振动频率是物块乙振动频率的2倍BCD线未断开前,两根弹簧伸长的长度相同,故线断开后两物块离开平衡位置的最大距离相同,即振幅相同,故A错误,B正确;当线断开的瞬间,弹簧的弹性势能相同,到达平衡位置时,甲、乙的最大动能相同
10、,由于甲的质量大于乙的质量,由Ekmv2知道,甲的最大速度是乙的最大速度的,故C正确;根据T2可知,甲的振动周期是乙的振动周期的2倍,根据f可知,甲的振动频率是乙的振动频率的,故D正确,E错误。2(多选)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0.3 s,第一次到达点M,再经过0.2 s第二次到达点M,则弹簧振子的周期不可能为()A0.53 sB1.4 sC1.6 sD2 sE3 sBDE如图甲所示,设O为平衡位置,OB(OC)代表振幅,振子从OC所需时间为。因为简谐运动具有对称性,所以振子从MC所用时间和从CM所用时间相等,故0.3 s s0.4 s,解得T1.6 s;
11、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0.2 s。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 s,故周期为T0.5 s s0.53 s,所以周期不可能为选项B、D、E。甲乙1简谐运动的“五个特征”(1)动力学特征:Fkx,“”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:简谐运动的加速度的大小与物体偏离平衡位置的位移的大小成正比,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
12、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)对称性特征相隔或T(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。如图所示,振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P(OPOP)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。振子由P到O所用时间等于由O到P所用时间,即tPOtOP。振子往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等,即tOPtPO。(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。2分析简谐运动的技巧(1)分析简谐运动中
13、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。 简谐运动的公式和图象1简谐运动的数学表达式xAsin(t)2对简谐运动图象的认识(1)简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线,如图所示。甲乙(2)图象反映的是位移随时间的变化规律,随时间的增加而延伸,图象不代表质点运动的轨迹。3根据简谐运动图象可获取的信息(1)确定振动的振幅A和周期T。(如图所示)(2)可以确定振动物体在任一时刻的位移。(3)确定各时刻质点的振动方向。判断方法
14、:振动方向可以根据下一时刻位移的变化来判定。下一时刻位移若增加,质点的振动方向是远离平衡位置;下一时刻位移如果减小,质点的振动方向指向平衡位置。(4)比较各时刻质点的加速度(回复力)的大小和方向。 (5)比较不同时刻质点的势能和动能的大小。质点的位移越大,它所具有的势能越大,动能越小。4.简谐运动的对称性(如图)(1)相隔tT(n0,1,2)的两个时刻,弹簧振子的位置关于平衡位置对称,位移等大反向(或都为零),速度也等大反向(或都为零)。(2)相隔tnT(n1,2,3)的两个时刻,弹簧振子在同一位置,位移和速度都相同。(多选)一水平弹簧振子沿x轴方向做简谐运动,平衡位置在坐标原点,向x轴正方向
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