2025高考物理總復(fù)習(xí)機(jī)械振動課件練習(xí)題

第八章機(jī)械振動機(jī)械波考情分析考情分析試題情境生活實踐類共振篩、擺鐘、地震波、多普勒彩超等學(xué)習(xí)探究類簡諧運動的特征、單擺的周期與擺長的定量關(guān)系、用單擺測量重力加速度、受迫振動的特點、共振的條件及其應(yīng)用、波的干涉與衍射現(xiàn)象、多普勒效應(yīng)第1課時目標(biāo)要求1.知道簡諧運動的概念，掌握簡諧運動的特征，理解簡諧運動的表達(dá)式和圖像。2.知道什么是單擺，熟記單擺的周期公式。3.理解受迫振動和共振的概念，了解產(chǎn)生共振的條件。機(jī)械振動內(nèi)容索引考點一

簡諧運動的基本特征考點二

簡諧運動的公式和圖像考點三

單擺課時精練考點四受迫振動和共振><考點一簡諧運動的基本特征1.簡諧運動：如果物體在運動方向上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

，這樣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：使物體在

附近做往復(fù)運動的力。(2)方向：總是指向

。平衡位置回復(fù)力平衡位置平衡位置受力特點回復(fù)力F＝

，F(xiàn)(或a)的大小與x的大小成

，方向____運動特點靠近平衡位置時，a、F、x都

，v

；遠(yuǎn)離平衡位置時，a、F、x都

，v

(填“增大”或“減小”)能量特點對同一個振動系統(tǒng)，振幅越大，能量越

。在運動過程中，動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)的機(jī)械能_____4.簡諧運動的特點－kx正比相反減小增大增大減小大守恒1.簡諧運動的平衡位置就是質(zhì)點所受合力為零的位置。(

)2.做簡諧運動的質(zhì)點先后通過同一點，回復(fù)力、速度、加速度、位移都是相同的。(

)3.做簡諧運動的質(zhì)點，速度增大時，其加速度一定減小。(

)4.振動物體經(jīng)過半個周期，路程等于2倍振幅；經(jīng)過

個周期，路程等于振幅。(

)××√×例1如圖所示，彈簧振子在C、B間做簡諧運動，O點為其平衡位置，則A.物塊在由C點運動到O點的過程中，回復(fù)力逐漸增大B.物塊在由O點運動到B點的過程中，速度不斷增大C.物塊在B點速度為零且加速度最小D.物塊通過平衡位置O點時，動能最大，勢能最小√物塊在由C點運動到O點的過程中，位移減小，由回復(fù)力公式F＝－kx可知，回復(fù)力逐漸減小，A錯誤；物塊在由O點運動到B點的過程中，回復(fù)力做負(fù)功，動能轉(zhuǎn)化為勢能，所以速度不斷減小，B錯誤；由牛頓第二定律和回復(fù)力公式可知，物塊的位移越大加速度越大，位移越小加速度越小，在B點加速度最大，C錯誤；由簡諧運動的規(guī)律可知，物塊通過平衡位置O點時，速度最大，所以動能最大，勢能最小，D正確。例2小球做簡諧運動，若從平衡位置O開始計時，經(jīng)過0.5s，小球第一次經(jīng)過P點，又經(jīng)過0.2s，小球第二次經(jīng)過P點，小球第三次經(jīng)過P點可能是A.1.0s B.2.4s C.0.8s D.2.2s√若小球從O點開始向指向P點的方向振動，作出示意圖如圖甲所示則小球的振動周期為T1＝(0.5＋0.1)×4s＝2.4s，則該小球再經(jīng)過時間Δt＝T1－0.2s＝2.2s，第三次經(jīng)過P點；若小球從O點開始向背離P點的方向振動，作出示意圖如圖乙所示，則有0.5s＋0.1s＝

小球的振動周期為T2＝0.8s，則該小球再經(jīng)過時間Δt′＝T2－0.2s＝0.6s，第三次經(jīng)過P點，A、B、C錯誤，D正確。周期性做簡諧運動的物體的位移、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，其變化周期為簡諧運動的周期性與對稱性對稱性(1)如圖所示，做簡諧運動的物體經(jīng)過關(guān)于平衡位置O點對稱的兩點P、P′(OP＝OP′)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

(2)物體由P到O所用的時間等于由O到P′所用的時間，即tPO＝tOP′對稱性(3)物體往復(fù)運動過程中通過同一段路程(如OP段)所用時間相等，即tOP＝tPO(4)相隔(n為正整數(shù))的兩個時刻，物體位置關(guān)于平衡位置對稱，位移、速度、加速度大小相等，方向相反返回簡諧運動的公式和圖像><考點二1.簡諧運動的表達(dá)式x＝

，ωt＋φ為

，φ為

，ω為圓頻率，ω與周期T的關(guān)系為ω＝_____。2.簡諧運動的振動圖像表示做簡諧運動的物體的

隨時間變化的規(guī)律，是一條正弦曲線。Asin(ωt＋φ)相位初相位位移1.簡諧運動的圖像描述的是振動質(zhì)點的軌跡。(

)2.簡諧運動的振動圖像一定是正弦曲線。(

)√×例3如圖甲所示為以O(shè)點為平衡位置，在A、B兩點間做簡諧運動的彈簧振子，圖乙為這個彈簧振子的振動圖像，由圖可知下列說法中正確的是A.在t＝0.2s時，小球的加速度為正向最大B.在t＝0.4s與t＝0.8s兩個時

刻，小球的速度相同C.從t＝0到t＝0.2s時間內(nèi)，

小球做加速度增大的減速運動D.在t＝0.6s時，小球有最小位移√在t＝0.2s時，小球的位移為正向最大，根據(jù)a＝

可知小球的加速度為負(fù)向最大，A錯誤；圖像上某點的切線斜率表示該時刻小球的速度，在t＝0.4s與t＝0.8s兩個時刻，小球的速度大小相等，方向相反，B錯誤；從t＝0到t＝0.2s時間內(nèi)，小球向正向最大位移處運動，其加速度為負(fù)方向且加速度大小逐漸增大，故小球做加速度增大的減速運動，C正確；在t＝0.6s時，小球有負(fù)方向的最大位移，D錯誤。例4

(2023·江蘇鎮(zhèn)江市預(yù)測)如圖所示，輕質(zhì)彈簧上方固定，下方連接質(zhì)量為m的小球，彈簧原長為L0，小球靜止時位于圖中的O點，此時彈簧伸長量為L。將小球從O點向下拉一小段距離A(A<L)，然后由靜止釋放并開始計時。已知小球做簡諧運動的周期為T，空氣阻力不計，彈簧始終在彈性限度內(nèi)。以O(shè)點為坐標(biāo)原點，取豎直向下為正方向，則小球運動的位移x與時間t的表達(dá)式為√從振動圖像可獲取的信息1.振幅A、周期T(或頻率f)和初相位φ0(如圖所示)。2.某時刻振動質(zhì)點離開平衡位置的位移。3.某時刻質(zhì)點速度的大小和方向：曲線上各點切線的斜率的絕對值和正負(fù)分別表示各時刻質(zhì)點的速度大小和方向，速度的方向也可根據(jù)下一相鄰時刻質(zhì)點位移的變化來確定。4.某時刻質(zhì)點的回復(fù)力和加速度的方向：回復(fù)力總是指向平衡位置，回復(fù)力和加速度的方向相同。5.某段時間內(nèi)質(zhì)點的位移、回復(fù)力、加速度、速度、動能和勢能的變化情況。返回單擺><考點三1.如果細(xì)線的長度不可改變，細(xì)線的質(zhì)量與小球相比可以忽略，球的直徑與線的長度相比也可以忽略，這樣的裝置叫作單擺。(如圖)2.單擺做簡諧運動的條件：θ<5°。3.回復(fù)力：F回＝mgsinθ＝

＝－kx，負(fù)號表示回復(fù)力F回與位移x的方向相反，故單擺做簡諧運動。4.周期公式：T＝________。(1)l為等效擺長，表示從懸點到擺球重心的距離。(2)g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?。說明：當(dāng)單擺處于月球上時，重力加速度為g月；當(dāng)單擺處于超重或失重狀態(tài)時，重力加速度為等效重力加速度。5.單擺的等時性：單擺的振動周期取決于

和

，與振幅和擺球質(zhì)量

。擺長l重力加速度g無關(guān)1.單擺在任何情況下的運動都是簡諧運動。(

)2.單擺的振動周期由擺球的質(zhì)量和擺角共同決定。(

)3.當(dāng)單擺的擺球運動到最低點時，回復(fù)力為零，所受合力為零。(

)×××例5

(2023·江蘇省南京外國語學(xué)校模擬)正在修建的樓房頂上固定一根不可伸長的細(xì)線垂到圖示窗沿下，某同學(xué)想應(yīng)用單擺原理測量窗的上沿到房頂?shù)母叨龋葘⒕€的下端系上一個小球，當(dāng)小球靜止時，細(xì)線恰好與窗子上沿接觸且保持豎直，球在最低點B時，球心到窗上沿的距離為l＝1m?，F(xiàn)使小球在垂直于墻的豎直平面內(nèi)做小角度擺動，如圖所示，從小球第1次通過圖中的B點開始計時到第21次通過B點共用時40s。當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭值取π2(m/s2)，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，求：(1)該單擺的周期；答案4s從小球第1次通過題圖中的B點開始計時到第21次通過B點共用時40s，則周期為T＝(2)房頂?shù)酱吧涎氐母叨萮。答案8m球心到窗上沿的距離l＝1m，由于該單擺在左右兩側(cè)擺動的擺長變化，故周期為g值取π2(m/s2)，代入數(shù)據(jù)解得，房頂?shù)酱吧涎氐母叨葹閔＝8m。返回受迫振動和共振><考點四1.受迫振動(1)概念：系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動。(2)振動特征：物體做受迫振動達(dá)到穩(wěn)定后，物體振動的頻率等于______的頻率，與物體的固有頻率

。2.共振(1)概念：當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的

時，物體做受迫振動的振幅達(dá)到

的現(xiàn)象。驅(qū)動力無關(guān)固有頻率最大(2)共振的條件：驅(qū)動力的頻率等于物體的

。(3)共振的特征：共振時

最大。(4)共振曲線(如圖所示)。f＝f0時，A＝

，f與f0相差越大，物體做受迫振動的振幅

。固有頻率振幅Am越小1.物體做受迫振動時，其振動頻率與固有頻率有關(guān)。(

)2.物體在發(fā)生共振時的振動是受迫振動。(

)3.驅(qū)動力的頻率越大，物體做受迫振動的振幅越大。(

)×√×簡諧運動、受迫振動和共振的比較振動項目簡諧運動受迫振動共振受力情況受回復(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振動項目簡諧運動受迫振動共振振動能量振動系統(tǒng)的機(jī)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(jī)械工作時底座發(fā)生的振動共振篩、聲音的共鳴等例6

(2023·江蘇宿遷市聯(lián)考)如圖所示，曲軸上掛一個彈簧振子，轉(zhuǎn)動搖把，曲軸可帶動彈簧振子上下振動。開始時不轉(zhuǎn)動搖把，讓振子自由振動，測得其頻率為2Hz。現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min，則A.當(dāng)振子穩(wěn)定振動時，它的振動周期是0.5sB.當(dāng)振子穩(wěn)定振動時，它的振動頻率是6HzC.當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時，彈簧振子的振幅增大D.當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時，彈簧振子的振幅可能增大√子穩(wěn)定振動時，它的振動周期及頻率均與驅(qū)動力的周期及頻率相等，A、B錯誤；當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時，其頻率將更接近振子的固有頻率2Hz，彈簧振子的振幅將增大，C錯誤，D正確。例7

(2023·江蘇南京市檢測)一個單擺做受迫振動，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動力的頻率f的關(guān)系)如圖所示，則A.此單擺的固有周期約為0.5sB.此單擺的擺長約為1mC.若擺長增大，單擺固有頻率增大D.若擺長增大，共振曲線的峰將向右移動√若擺長增大，由單擺周期公式T＝

可知，單擺的固有周期增大，則固有頻率減小，所以共振曲線的峰將向左移動，故C、D錯誤。返回課時精練1.(2023·江蘇徐州市期中)如圖為彈簧振子的頻閃照片。頻閃儀閃光的瞬間振子被照亮，從而得到閃光時小球的位置，拍攝時底片從下向上勻速運動，因此在底片上留下了小球的一系列像。圖中A為小球運動過程中的一個位置，此時小球A.向左運動

B.回復(fù)力在增大C.加速度方向向右

D.動能在增大√123456789101112拍攝時底片從下向上勻速運動，可知此時小球向右運動，回復(fù)力在增大，加速度方向向左，速度在減小，動能在減小，故選B。1234567891011122.(2023·江蘇淮安市聯(lián)考)如圖所示，光滑水平面上一小滑塊與一端固定的輕彈簧相連，現(xiàn)將滑塊推至M點由靜止釋放，滑塊運動的周期為T，O點為平衡位置，N是MO的中點。下列說法正確的是C.若改變滑塊的質(zhì)量，周期不變D.若將滑塊推至N點由靜止釋放，周期不變√1234567891011121234567891011123.(2023·江蘇南京市秦淮中學(xué)檢測)一個水平彈簧振子的振動圖像如圖所示，已知小球質(zhì)量為10g，彈簧的勁度系數(shù)為20N/m，下列說法正確的是A.小球位移隨時間變化的關(guān)系式為x＝5sin(πt)cmB.在第1s末到第2s末這段時間內(nèi)，小球的動能

在減少，彈簧的彈性勢能在增加C.小球的最大加速度為100m/s2D.該小球在0～50s時間內(nèi)的位移為0，路程為2.5cm√123456789101112由題圖可知彈簧振子的振幅為5cm，振動周期為4s，可得小球位移隨時間變化的關(guān)系式為x＝

選項A錯誤；在第1s末到第2s末這段時間內(nèi)，小球從最大位移處回到平衡位置，故小球的動能在增加，彈簧彈性勢能在減少，選項B錯誤；當(dāng)小球運動到最大位移處時，加速度最大，據(jù)牛頓第二定律可得kA＝ma，解得小球的最大加速度為a＝100m/s2，選項C正確；1234567891011121234567891011124.(2024·江蘇泰州市期末)一振子沿x軸做簡諧運動，平衡位置位于坐標(biāo)原點O，簡諧運動的振幅為A＝0.1m。t＝0時刻振子的位移為x1＝－0.1m，t＝1s時刻振子的位移為x2＝0.1m，則振子做簡諧運動的周期可能為A.4s B.3sC.0.5s D.√1234567891011121234567891011125.(2023·江蘇南京市聯(lián)考)如圖甲所示，把小球安裝在彈簧的一端，彈簧的另一端固定，小球和彈簧穿在光滑的水平桿上。小球振動時，沿垂直于振動方向以速度v勻速拉動紙帶，紙帶上可留下痕跡，a、b是紙帶上的兩點，不計阻力，如圖乙所示。由此可判斷A.t時間內(nèi)小球的運動路程為vtB.小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械

能在a點多C.小球通過a點時的速度大于通過b點時的速度D.如果小球以較小的振幅振動，周期也會變小√123456789101112vt是t時間內(nèi)紙帶運動的路程，并不是小球的運動路程，故A錯誤；小球振動過程只有彈簧的彈力做功，小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，故B錯誤；由題圖乙可知小球通過a點時更靠近平衡位置，其速度大于通過b點時的速度，故C正確；小球的運動為簡諧運動，其振動周期與振幅無關(guān)，故D錯誤。1234567891011126.(2023·江蘇南通市檢測)如圖所示，可視為質(zhì)點的小球在半徑為R的光滑球面上的A、B之間做小角度的往返運動，則A.小球的質(zhì)量越大，其振動的頻率越大B.OA、OB之間夾角越小，小球振動的頻率越小C.球面半徑R越大，小球振動的頻率越小D.將整個裝置移至我國空間站“天和”核心艙中，

小球振動的頻率減小√123456789101112由于小球在半徑為R的光滑球面上的A、B之間做小角度的往返運動，所以小球的運動可以視為簡諧運動，周期為T＝

則小球振動的頻率為f＝

可見小球振動的頻率只與g和R有關(guān)，在同一地點R越大，小球振動的頻率越小，A、B錯誤，C正確；將整個裝置移至我國空間站“天和”核心艙中，小球在完全失重情況下不能下落，該實驗不能進(jìn)行，D錯誤。1234567891011127.(2023·江蘇連云港市模擬)飛力士棒是物理治療師發(fā)明的一種康復(fù)器材，它由一根PVC軟桿、兩端的負(fù)重頭和中間的握柄組成，棒的固有頻率為4.5Hz，如圖所示。下列說法正確的是A.用力越大，棒振動得越快B.增大手驅(qū)動的頻率，棒的振幅一定變大C.增大手驅(qū)動的頻率，棒的振動頻率可能

減小D.雙手驅(qū)動該棒每分鐘振動270次，則棒的振幅最大123456789101112√使用者用力大小影響的是振幅，與振動快慢沒有關(guān)系，故A錯誤；增大手驅(qū)動的頻率，飛力士棒振動的頻率隨之增大，但是振幅不一定越來越大，故B、C錯誤；雙手驅(qū)動該飛力士棒每分鐘振動270次，則驅(qū)動力的頻率為f＝

＝4.5Hz，驅(qū)動力的頻率與飛力士棒的固有頻率相等，此時振幅最大，故D正確。123456789101112由振動圖像可知甲、乙兩個單擺周期之比為T甲∶T乙＝0.8∶1.2＝2∶3，根據(jù)單擺周期公式T＝

則甲、乙兩個單擺的擺長之比為l甲∶l乙＝T甲2∶T乙2＝4∶9，故選C。8.(2022·海南卷·4)在同一地方，甲、乙兩個單擺做振幅不同的簡諧運動，其振動圖像如圖所示，可知甲、乙兩個單擺的擺長之比為A.2∶3 B.3∶2 C.4∶9 D.9∶4√1234567891011129.(2024·江蘇鎮(zhèn)江市檢測)如圖所示，固定在豎直平面內(nèi)的光滑圓弧軌道對應(yīng)的圓心角的度數(shù)很小，O是圓弧的最低點。兩個完全相同的小球M、N(可視為質(zhì)點)從圓弧左側(cè)的不同位置同時釋放。它們從釋放到O點過程中都經(jīng)過圖中的P點。下列說法正確的是A.M比N后到達(dá)O點B.M、N通過P點時所受的回復(fù)力相同C.M有可能在P點追上N并與之相碰D.從釋放到O點過程中，重力對M的沖量比重力對N的沖量大√123456789101112根據(jù)T＝

兩個小球做簡諧運動的周期相同，M、N同時到達(dá)O點，故A錯誤；M、N通過P點時所受的回復(fù)力相同，均為小球重力沿著該點切線方向的分力，故B正確；M、N同時到達(dá)O點，則M不可能在P點追上N并與之相碰，故C錯誤；從釋放到O點過程中，根據(jù)I＝mgt，重力對M的沖量等于重力對N的沖量，故D錯誤。12345678910111210.(2021·江蘇卷·4)如