2022年高考物理一輪-機械振動學(xué)生版

文檔來源網(wǎng)絡(luò)整理侵權(quán)必刪PAGE1第七章機械振動與機械波學(xué)科素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維科學(xué)探究科學(xué)態(tài)度與責(zé)任簡諧運動、受迫振動、共振、橫波和縱波、波的干涉、波的衍射和多普勒效應(yīng)科學(xué)推理：振動和波動的相互判斷模型建構(gòu)：振動模型和波動模型通過利用單擺測定重力加速度，培養(yǎng)實驗方案的設(shè)計能力用恰當(dāng)?shù)奈锢砹棵枋龊喼C運動，并能解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象?？记榉治鰧υ摬糠謨?nèi)容的考查一般以選擇題為主，內(nèi)容上主要以機械波和機械振動為主，從振動圖像和波形圖出發(fā)，分析質(zhì)點運動的動力學(xué)問題，涉及傳播方向與振動方向的關(guān)系，波的周期性和多解性問題等；對本部分的實驗，直接考查的頻率不高，但復(fù)習(xí)時不能忽略，要注意對實驗原理、器材、步驟、數(shù)據(jù)處理方法、誤差分析等的理解。常見題型有：(1)簡諧運動的基本概念及規(guī)律；備考指導(dǎo)本專題考查難度適中，在復(fù)習(xí)備考中應(yīng)保證牢記、熟練、力爭滿分熟練掌握波動圖像和振動圖像注意運動時間和空間的周期性7.1機械振動必備知識清單一、簡諧運動1．簡諧運動(1)定義：如果質(zhì)點所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成正比，并且總是指向，質(zhì)點的運動就是簡諧運動．(2)平衡位置：物體在振動過程中為零的位置．(3)回復(fù)力①定義：使物體返回到的力．②方向：總是指向③來源：屬于力，可以是某一個力，也可以是幾個力的或某個力的2.簡諧運動的兩種模型模型彈簧振子單擺示意圖簡諧運動條件①彈簧質(zhì)量要忽略②無摩擦等阻力③在彈簧彈性限度內(nèi)①擺線為不可伸縮的輕細線②無空氣阻力等③最大擺角小于等于5°回復(fù)力彈簧的提供擺球沿與擺線垂直方向(即切向)的分力平衡位置彈簧處于處最低點周期與振幅無關(guān)T＝2πeq\r(\f(L,g))能量轉(zhuǎn)化與動能的相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)的機械能守恒與動能的相互轉(zhuǎn)化，機械能守恒二、簡諧運動的公式和圖象1．表達式(1)動力學(xué)表達式：F＝，其中“－”表示回復(fù)力與位移的方向相反．(2)運動學(xué)表達式：x＝，其中A代表振幅，ω＝2πf代表簡諧運動的快慢，ωt＋φ0代表簡諧運動的相位，φ0叫做．2．圖象(1)從開始計時，函數(shù)表達式為x＝Asinωt，圖象如圖甲所示．(2)從處開始計時，函數(shù)表達式為x＝Acosωt，圖象如圖乙所示．三、受迫振動和共振1．受迫振動系統(tǒng)在作用下的振動．做受迫振動的物體，它做受迫振動的周期(或頻率)等于驅(qū)動力的周期(或頻率)，而與物體的固有周期(或頻率)2.共振做受迫振動的物體，它的驅(qū)動力的頻率與固有頻率越接近，其振幅就越大，當(dāng)二者時，振幅達到最大，這就是共振現(xiàn)象．共振曲線如圖所示．命題點精析（一）簡諧運動的運動學(xué)分析1．描述簡諧運動的物理量(1)位移x：由平衡位置指向振動物體所在位置的有向線段，是矢量。(2)振幅A：振動物體離開平衡位置的最大距離，是標量，它表示振動的強弱。(3)周期T和頻率f：做簡諧運動的物體完成一次全振動所需要的時間叫作振動的周期。單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)叫作振動的頻率。它們是表示振動快慢的物理量，二者間的關(guān)系：T＝eq\f(1,f)。2．簡諧運動的表達式(1)動力學(xué)表達式：F＝－kx，其中“－”表示回復(fù)力與位移的方向相反。(2)運動學(xué)表達式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝2πf表示振動的快慢，ωt＋φ代表簡諧運動的相位，φ叫作初相。典型例題例1(多選)一單擺做簡諧運動，在偏角增大的過程中，擺球的()A．位移增大 B．速度增大C．回復(fù)力增大 D．機械能增大練1(多選)如圖所示，水平彈簧振子沿x軸在M、N間做簡諧運動，坐標原點O為振子的平衡位置，其振動方程為x＝5sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(10πt＋\f(π,2)))cm。下列說法正確的是()A．M、N間距離為5cmB．振子的運動周期是0.2sC．t＝0時，振子位于N點D．t＝0.05s時，振子具有最大加速度練2如圖所示，彈簧振子在BC間振動，O為平衡位置，BO＝OC＝5cm。若振子從B到C的運動時間是1s，則下列說法正確的是()A．振子從B經(jīng)O到C完成一次全振動B．振動周期是1s，振幅是10cmC．經(jīng)過兩次全振動，振子通過的路程是20cmD．從B開始經(jīng)過3s，振子通過的路程是30cm命題點精析（二）簡諧運動的動力學(xué)和能量問題受力特征回復(fù)力F＝－kx，F(xiàn)(或a)的大小與x的大小成正比，方向相反運動特征靠近平衡位置時，a、F、x都減小，v增大；遠離平衡位置時，a、F、x都增大，v減小能量特征振幅越大，能量越大．在運動過程中，動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)的機械能守恒周期性特征質(zhì)點的位移、回復(fù)力、加速度和速度均隨時間做周期性變化，變化周期就是簡諧運動的周期T；動能和勢能也隨時間做周期性變化，其變化周期為eq\f(T,2)對稱性特征關(guān)于平衡位置O對稱的兩點，加速度的大小、速度的大小、動能、勢能相等，相對平衡位置的位移大小相等例2(多選)如圖所示，一輕質(zhì)彈簧上端固定在天花板上，下端連接一物塊，物塊沿豎直方向以O(shè)點為平衡位置，在C、D兩點之間做周期為T的簡諧運動．已知在t1時刻物塊的速度大小為v、方向向下，動能為Ek.下列說法正確的是()A．如果在t2時刻物塊的速度大小也為v，方向向下，則t2－t1的最小值小于eq\f(T,2)B．如果在t2時刻物塊的動能也為Ek，則t2－t1的最小值為TC．當(dāng)物塊通過O點時，其加速度最小D．物塊運動至C點時，其加速度最小練3如圖所示，彈簧下面掛一質(zhì)量為m的小球，小球在豎直方向上做振幅為A的簡諧運動，當(dāng)小球振動到最高點時，彈簧正好處于原長，彈簧在彈性限度內(nèi)，則小球在振動過程中()A．彈簧的彈性勢能和小球動能總和不變B．小球在最低點時的加速度大小應(yīng)為2gC．小球在最低點時所受彈簧的彈力大小應(yīng)為mgD．彈簧的最大彈性勢能等于2mgA練4(多選)水平彈簧振子在做簡諧運動過程中的位移隨時間變化的關(guān)系如圖所示，則下列說法正確的是()A．振子在0.1s時的速度發(fā)生反向B．振子在0.15s時的彈性勢能最大，動能最小C．振子在0.05s到0.15s過程中，回復(fù)力先變大再變小D．振子在0.15s到0.2s過程中，速度增大，加速度減小命題點精析（三）簡諧運動的圖像問題1．對圖像的認識(1)簡諧運動的圖像是一條正弦或余弦曲線，如圖所示。(2)圖像反映的是位移隨時間的變化規(guī)律，隨時間的增加而延伸，圖像不代表質(zhì)點運動的軌跡。(3)任一時刻圖像上過該點切線的斜率數(shù)值表示該時刻振子的速度大小，正負表示速度的方向，斜率為正時，速率沿x正方向，斜率為負時，速度沿x負方向。2．圖像信息(1)由圖像可以得出質(zhì)點做簡諧運動的振幅、周期。(2)可以確定某時刻質(zhì)點離開平衡位置的位移。(3)可以根據(jù)圖像確定某時刻質(zhì)點回復(fù)力、加速度和速度的方向。①回復(fù)力和加速度的方向：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。②速度的方向：速度的方向可以通過下一時刻位移的變化來判斷，下一時刻位移若增加，振動質(zhì)點的速度方向就是遠離t軸，下一時刻位移若減小，振動質(zhì)點的速度方向就是指向t軸。例3如圖所示的彈簧振子，放在光滑水平桌面上，O是平衡位置，振幅A＝2cm，周期T＝0.4s.(1)若以向右為位移的正方向，當(dāng)振子運動到O點右側(cè)最大位移處開始計時，試畫出其一個周期的振動圖象；(2)若從振子經(jīng)過平衡位置開始計時，求經(jīng)過2.6s小球通過的路程．練5(多選)如圖甲所示的挖掘機的頂部垂下一個大鐵球并讓它小角度的擺動，即可以用來拆卸混凝土建筑。此裝置可視為單擺模型，它對應(yīng)的振動圖像如圖乙所示，則下列說法正確的是()A．單擺振動的周期是6sB．t＝2s時，擺球的速度最大C．球擺開的角度增大，周期增大D．該單擺的擺長約為16m練6如圖所示，光滑直桿上與彈簧連接的小球以O(shè)點為平衡位置，在A、B兩點之間做簡諧運動。以O(shè)點為原點，選擇由O指向B為正方向，建立Ox坐標軸。小球經(jīng)過B點時開始計時，經(jīng)過0.5s首次到達A點。則小球在第一個周期內(nèi)的振動圖像為()核心素養(yǎng)大提升受迫振動和共振1．簡諧運動、受迫振動和共振的比較簡諧運動受迫振動共振受力情況僅受回復(fù)力受驅(qū)動力作用受驅(qū)動力作用振動周期或頻率由系統(tǒng)本身性質(zhì)決定，即固有周期T0或固有頻率f0由驅(qū)動力的周期或頻率決定，即T＝T驅(qū)或f＝f驅(qū)T驅(qū)＝T0或f驅(qū)＝f0振動能量振動系統(tǒng)的機械能不變由產(chǎn)生驅(qū)動力的物體提供振動物體獲得的能量最大常見例子彈簧振子或單擺(θ≤5°)機械工作時底座發(fā)生的振動共振篩、聲音的共鳴等2.對共振的理解(1)共振曲線：如圖所示，橫坐標為驅(qū)動力頻率f，縱坐標為振幅A，它直觀地反映了驅(qū)動力頻率對某固有頻率為f0的振動系統(tǒng)受迫振動振幅的影響，由圖可知，f與f0越接近，振幅A越大；當(dāng)f＝f0時，振幅A最大。(2)受迫振動中系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化：做受迫振動的系統(tǒng)的機械能不守恒，系統(tǒng)與外界時刻進行能量交換。例4如圖甲所示，在一條張緊的繩子上掛幾個擺，a、c擺的擺長相同且小于b擺的擺長。當(dāng)a擺振動時，通過張緊的繩子給其他各擺施加驅(qū)動力，使其余各擺也振動起來。圖乙是c擺穩(wěn)定以后的振動圖像，重力加速度為g，不計空氣阻力，則()A．a(chǎn)、b、c單擺的固有周期關(guān)系為Ta＝Tc<TbB．b、c擺振動達到穩(wěn)定時，c擺振幅較大C．達到穩(wěn)定時b擺的振幅最大D．由圖乙可知，此時b擺的周期Tb小于t0練7下表記錄了某受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率變化的關(guān)系，若該振動系統(tǒng)的固有頻率為f固，則()驅(qū)動力頻率/Hz304050607080受迫振動振幅/cm10.216.827.228.116.58.3A.f固＝60Hz B．60Hz＜f固＜70HzC．50Hz＜f固≤60Hz D．以上三個都不對練8如圖所示，在一條張緊的繩子上掛幾個擺，其中A、B的擺長相等．當(dāng)A擺振動的時候，通過張緊的繩子給B、C、D擺施加驅(qū)動力，使其余各擺做受迫振動．觀察B、C、D擺的振動發(fā)現(xiàn)()A．C擺的頻率最小B．D擺的周期最大C．B擺的擺角最大D．B、C、D的擺角相同例5如圖，輕彈簧上端固定，下端連接一小物塊，物塊沿豎直方向做簡諧運動。以豎直向上為正方向，物塊簡諧運動的表達式為y＝0.1sin(2.5πt)m。t＝0時刻，一小球從距物塊h高處自由落下；t＝0.6s時，小球恰好與物塊處于同一高度。重力加速度的大小g取10m/s2。以下判斷正確的是()A．h＝1.7mB．簡諧運動的周期是0.8sC．0.6s內(nèi)物塊運動的路程為0.2mD．t＝0.4s時，物塊與小球運動方向相反練9一彈簧振子在水平面內(nèi)做簡諧運動的x－t圖像如圖所示，則下列說法正確的是()A．t1時刻和t2時刻具有相同的動能和動量B．從t2到1.0s時間