資源簡介

(共49張PPT)
第1講　機械振動、振動圖像
核心素養 重要考點
物理觀念 （1）理解機械振動、簡諧運動和單擺運動；（2）理解機械波、波的干涉、衍射和多普勒效應；（3）理解折射定律及全反射、光的干涉、衍射和偏振等光現象 1.機械振動和機械波
2.光的折射和全反射
3.光的干涉、衍射和電磁波
4.用單擺測定重力加速度
5.測定玻璃的折射率
6.用雙縫干涉測定光的波長
科學思維 （1）科學推理：振動和波動的相互判斷；（2）模型建構：振動模型和波動模型；（3）折射定律、常見光學介質模型
科學探究 （1）探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度；（2）測定玻璃的折射率；（3）探究用雙縫干涉測光的波長
科學態度
與責任 （1）用恰當的物理量描述簡諧運動，并能解釋生產生活中的有關現象；（2）了解幾何光學和波動光學知識在生產生活中的應用
一、簡諧運動
1.概念.
質點的位移與時間的關系遵從　　　　　的規律，即它的振動圖像（x-t圖像）是一條　　　　　　的振動.
2.簡諧運動的表達式.
（1）動力學表達式：F=　　，其中“-”表示回復力與　　　的方向相反.
（2）運動學表達式：x=Asin（ωt+φ），其中A代表振幅，ω=　　　　表示簡諧運動的快慢，（ωt+φ）代表簡諧運動的　　　　，φ叫作初相.
正弦函數
正弦曲線
-kx
位移　
2πf　
相位
3.回復力.
（1）定義：使物體返回到　　　　　　的力.
（2）方向：時刻指向　　　　　　.
（3）來源：振動物體所受的沿　　　　　的合力.
4.描述簡諧運動的物理量.
平衡位置
平衡位置
振動方向
物理量 定義 意義
振幅 振動質點離開平衡位置的　　　 描述振動的　　　　和能量
最大距離
強弱
物理量 定義 意義
周期 振動物體完成一次
所需時間 描述振動的快慢
頻率 振動物體　　　　內完成全振動的次數
圓頻率（角頻率） 表示簡諧運動的快慢
相位 ωt+φ 描述周期性運動在各個時刻所處的
____________
全振動
單位時間
快慢
不同狀態
伸縮
質量
線的長度　
θ<5°
三、受迫振動及共振
1.受迫振動.
系統在　　　　作用下的振動.做受迫振動的物體，它的周期（或頻率）等于　　　　周期（或頻率），而與物體的固有周期（或頻率）　　　關.
2.共振.
做受迫振動的物體，它的固有頻率與驅動力的頻
率越接近，其振幅就越大，當二者　　　　時，
振幅達到最大，這就是共振現象.共振曲線如圖所示.
驅動力
驅動力
無
相等
（1）簡諧運動是變加速運動.
（2）簡諧運動的圖像描述的是振動質點位移隨時間的變化規律而不是質點的運動軌跡.
（3）彈簧振子每次經過平衡位置時，位移為零、動能最大.
（4）物體做受迫振動的頻率一定等于驅動力的頻率，但不一定等于系統的固有頻率，固有頻率由系統本身決定.
1.［簡諧振動的特點］（多選）下列關于簡諧運動的說法正確的是 （　　）
A.速度和加速度第一次同時恢復為原來大小和方向所經歷的過程為一次全振動
B.位移的方向總跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同
C.一個全振動指的是動能或勢能第一次恢復為原來大小所經歷的過程
D.位移減小時，加速度減小，速度增大
AD
BCD
3.［單擺］（多選）下列說法正確的是 （　?。?A.在同一地點，單擺做簡諧振動的周期的平方與其擺長成正比
B.彈簧振子做簡諧振動時，振動系統的勢能與動能之和保持不變
C.在同一地點，當擺長不變時，擺球質量越大，單擺做簡諧振動的周期越小
D.系統做穩定的受迫振動時，系統振動的頻率等于周期性驅動力的頻率
ABD
4.［共振］（多選）某振動系統的固有頻率為f0，在周期性驅動力的作用下做受迫振動，驅動力的頻率為f.若驅動力的振幅保持不變，則下列說法正確的是 （　?。?br/>A.當fB.當f>f0時，該振動系統的振幅隨f減小而增大
C.該振動系統的振動穩定后，振動的頻率等于f0
D.該振動系統的振動穩定后，振動的頻率等于f
BD
【解析】受迫振動的振幅A隨驅動力的頻率變化的規律如圖所示，A錯誤，B正確；穩定時系統的頻率等于驅動力的頻率，C錯誤，D正確.
考點1　簡諧運動的特征?。刍A考點］
簡諧運動的特征
位移特征 x=Asin（ωt+φ）
受力特征 回復力F=-kx；F（或a）的大小與x的大小成正比，方向相反.
能量特征 系統的動能和勢能相互轉化，機械能守恒
對稱性特征 質點經過關于平衡位置O對稱的兩點時，速度的大小、動能、勢能相等，相對于平衡位置的位移大小相等；由對稱點到平衡位置用時相等
周期性特征
1.（2024年深圳實驗學校模擬）如圖所示，彈簧振子在B、C間做簡諧振動，O為平衡位置，BO=OC=5 cm，若振子從B第一次運動到O的時間是0.5 s，則下列說法正確的是 （　　）
A.振幅是10 cm
B.振動周期是1 s
C.經過一次全振動，振子通過的路程是10 cm
D.從B開始經過3 s，振子通過的路程是30 cm
D
2.（2024年珠海一中期中）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=5sin（10πt） cm.下列說法正確的是 （　?。?br/>A.MN間距離為5 cm
B.振子的運動周期是0.2 s
C.t=0時，振子位于N點
D.t=0.05 s時，振子具有最大速度
B　
3.如圖所示，樹梢的擺動可視為周期12 s、振幅1.2 m的簡諧運動.某時刻開始計時，36 s后樹梢向右偏離平衡位置0.6 m.下列說法正確的是 （　?。?br/>A.開始計時的時刻樹梢恰位于平衡位置
B.樹梢做簡諧運動的圓頻率約為0.08 Hz
C.樹梢在開始計時后的36 s內通過的路程為4.8 m
D.再經過4 s，樹梢可能處于向左偏離平衡位置1.2 m處
D
考點2　簡諧運動的圖像?。刍A考點］
1.對簡諧運動圖像的認識
（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變化的規律，隨時間
的增加而延伸，圖像不代表質點運動的軌跡.
2.圖像信息
（1）得出質點做簡諧運動的振幅、周期和頻率.
（2）確定某時刻質點離開平衡位置的位移.
（3）確定某時刻質點回復力、加速度的方向：因回復力總是指向平衡位置，故回復力和加速度在圖像上總是指向t軸.
（4）確定某時刻質點速度的方向：斜率為正，速度方向向上；斜率為負，速度方向向下.
（5）比較不同時刻回復力、加速度的大小.
（6）比較不同時刻質點的動能、勢能的大小.
1.（2024年河北卷）如圖，一電動機帶動輕桿在豎直框架平面內勻速轉動，輕桿一端固定在電動機的轉軸上，另一端懸掛一紫外光筆，轉動時紫外光始終豎直投射至水平鋪開的感光紙上，沿垂直于框架的方向勻速拖動感光紙，感光紙上就畫出了描述光點振動的x-t圖像.已知輕桿在豎直面內長0.1 m，電動機轉速為12 r/min.該振動的圓頻率和光點在12.5 s內通過的路程分別為 （　?。?br/>A.0.2 rad/s，1.0 m B.0.2 rad/s，1.25 m
C.1.26 rad/s，1.0 m D.1.26 rad/s，1.25 m
C
2.（2024年福建卷）某簡諧振動的y-t圖像如圖所示，則以下說法正確的是 （　　）
A.振幅2 cm
B.頻率2.5 Hz
C.0.1 s時速度為0
D.0.2 s時加速度方向豎直向下
B
3.（2024年浙江卷）如圖甲所示，質量相等的小球和點光源，分別用相同的彈簧豎直懸掛于同一水平桿上，間距為l，豎直懸掛的觀測屏與小球水平間距為2l，小球和光源做小振幅運動時，在觀測屏上可觀測小球影子的運動.以豎直向上為正方向，小球和光源的振動圖像如圖乙所示，則 （　?。?br/>A.t1時刻小球向上運動
B.t2時刻光源的加速度向上
C.t2時刻小球與影子相位差為π
D.t3時刻影子的位移為5A
D
考點3　受迫振動和共振　［基礎考點］
1.自由振動、受迫振動和共振的關系比較
比較 自由振動 受迫振動 共振
受力情況 僅受回復力　　 受驅動力作用 受驅動力作用
振動周期
或頻率 固有周期T0或固有頻率f0 T=T驅或
f=f驅 T驅=T0
或
f驅=f0
振動能量 振動物體的機械能不變　 由產生驅動力的物體提供 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，橫坐標為驅動力頻率f，
縱坐標為振幅A.它直觀地反映了驅動力頻率對某固
有頻率為f0的振動系統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f=f0時，振幅A最大.
（2）受迫振動中系統能量的轉化：做受迫振動的系統的機械能不守恒，系統與外界時刻進行能量交換.
1.（2024年中山模擬）（多選）廣州虎門大橋曾發生過一次異常振動，是由于氣流旋渦給大橋施加一個周期性的力，從而引起大橋的周期性振動.當作用在大橋上的力的周期變大時，下列說法正確的是 （　?。?br/>A.大橋振動的周期可能變小
B.大橋振動的周期一定變大
C.大橋振動的振幅可能減小
D.大橋振動的振幅一定增大
BC
【解析】由于氣流旋渦給大橋施加一個周期性的力，從而引起大橋的周期性振動，可知大橋做受迫振動，周期等于驅動力的周期，所以當作用在大橋上的力的周期變大時，大橋振動的周期一定變大，A錯誤，B正確；大橋做受迫振動，當驅動力周期等于大橋振動的固有周期時，大橋振動的振幅最大，由于不清楚大橋的固有周期，所以當作用在大橋上的力的周期變大時，大橋振動的振幅可能減小，也可能增大，C正確，D錯誤.
2.（2024年梅州模擬）轎車的懸掛系統是由車身與輪胎間的彈簧及避震器組成的支持系統.某型號轎車的車身懸掛系統振動的固有周期是0.4 s，這輛汽車勻速通過某路口的條狀減速帶，如圖所示，已知相鄰兩條減速帶間的距離為1.2 m，該車經過該減速帶過程中，下列說法正確的是 （　?。?br/>A.當轎車以10.8 km/h的速度通過減速帶時，車身上下顛簸得最劇烈
B.轎車通過減速帶的速度越小，車身上下振動的幅度
也越小 C.轎車通過減速帶的速度越大，車身上下顛簸得越劇烈
D.該轎車以任意速度通過減速帶時，車身上下振動的頻率都等于2.5 Hz，與車速無關
A
1.（2024年甘肅卷）如圖為某單擺的振動圖像，重力加速度g取10 m/s2，下列說法正確的是 （　　）
A.擺長為1.6 m，起始時刻速度最大
B.擺長為2.5 m，起始時刻速度為零
C.擺長為1.6 m，A、C點的速度相同
D.擺長為2.5 m，A、B點的速度相同
C
A　
知識鞏固練
1.（2024年北京卷）圖甲為用手機和輕彈簧制作的一個振動裝置.手機加速度傳感器記錄了手機在豎直方向的振動情況，以向上為正方向，得到手機振動過程中加速度a隨時間t變化的曲線為正弦曲線，如圖乙所示.下列說法正確的是 （　　）
A.t=0時，彈簧彈力為0
B.t=0.2 s 時，手機位于平衡位置上方
C.從t=0至t=0.2 s，手機的動能增大
D.a隨t變化的關系為a=4sin（2.5πt）m/s2
（本欄目對應學生用書P434）
D
2.在上海走時準確的擺鐘，隨考察隊帶到北極黃河站（北緯78°55″），則這個擺鐘 （　　）
A.變慢了，重新校準應減小擺長
B.變慢了，重新校準應增大擺長
C.變快了，重新校準應減小擺長
D.變快了，重新校準應增大擺長
D
3.如圖甲所示，在一條張緊的繩子上掛幾個擺.當a擺振動的時候，其余各擺在a擺的驅動下也逐步振動起來，不計空氣阻力，達到穩定時，b擺的振動圖像如圖乙所示.下列說法正確的是 （　　）
A.穩定時b擺的振幅最大
B.穩定時b擺的周期最大
C.由圖乙可以估算出b擺的擺長
D.由圖乙可以估算出c擺的擺長
D
【解析】穩定時b擺的振幅最小，振動周期等于驅動力振動周期，A、B錯誤；由于b擺做受迫振動，不能根據振動圖像估算出b擺的擺長，C錯誤；由圖乙可知a擺振動周期，而c擺與a擺的擺長相等，固有振動周期相等，所以根據單擺周期公式由圖乙可以估算出c擺的擺長，D正確.
D
5.如圖甲所示，一可視為質點的小球在光滑圓弧曲面AOB之間做簡諧運動，取向右偏離平衡位置的位移方向為正，小球在曲面AB間運動的x-t圖像如圖乙所示.g取π2 m/s2，則小球振動的頻率f=　　　　　Hz；圓弧曲面的半徑R=　　　　　m.
0.625
0.64
6.如圖所示，一根較長的細線一端固定在裝置的橫梁中心，另一端系上沙漏，裝置底部有一可以向前移動的長木板.當沙漏左右擺動時，漏斗中的沙子均勻流出，同時勻速拉動長木板，漏出的沙子在板上形成一條正弦曲線.在曲線上兩個位置P和Q，細沙在　?。ㄌ睢癙”或“Q”）處堆積的沙子較多.由于木板長度有限，如圖只得到了擺動兩個周期的圖樣，若要得到三個周期的圖樣，拉動長木板的速度要　　?。ㄌ睢翱臁被颉奥保┬?
Q
慢

展開更多......

收起↑