《 備考指南 物理 》課件-第12章 第1講

機(jī)械振動(dòng)和光學(xué)第十二章核心素養(yǎng)新課程標(biāo)準(zhǔn)物理觀(guān)念(1)理解機(jī)械振動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、單擺；(2)理解機(jī)械波、波的干涉和衍射、多普勒效應(yīng)；(3)理解折射定律及全反射、光的干涉、衍射和偏振等科學(xué)思維(1)科學(xué)推理：振動(dòng)和波動(dòng)的相互判斷；(2)模型建構(gòu)：振動(dòng)模型和波動(dòng)模型；(3)折射定律、常見(jiàn)光學(xué)介質(zhì)模型科學(xué)探究(1)“探究單擺的運(yùn)動(dòng)、用單擺測(cè)定重力加速度”實(shí)驗(yàn)；(2)“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)；(3)“探究用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)用恰當(dāng)?shù)奈锢砹棵枋龊?jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，并能解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象；(2)了解幾何光學(xué)和波動(dòng)光學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用命題分析1．考查方式：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、機(jī)械波、光的折射和全反射、光的干涉和衍射，以選擇題、計(jì)算題為主，難度中等．2．廣東命題趨勢(shì)：重點(diǎn)考查機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波、光兩個(gè)熱點(diǎn)，基本每年都考，其他如電磁波、三個(gè)實(shí)驗(yàn)也偶有考查第1講機(jī)械振動(dòng)和振動(dòng)圖像欄目導(dǎo)航01知識(shí)梳理查漏03配套訓(xùn)練02題點(diǎn)

各個(gè)擊破知識(shí)梳理查漏11．定義：物體(質(zhì)點(diǎn))在某一____________兩側(cè)所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)叫作機(jī)械振動(dòng)．物體受到回復(fù)力作用．2．產(chǎn)生振動(dòng)的必要條件：物體離開(kāi)平衡位置后要受到回復(fù)力作用；阻力足夠?。畽C(jī)械振動(dòng)平衡位置知識(shí)一1．定義：質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從____________的規(guī)律的振動(dòng)，即其振動(dòng)圖像(x－t圖像)是一條正弦曲線(xiàn)．2．平衡位置：物體在振動(dòng)過(guò)程中_________為零的位置．合外力不一定為零．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)正弦函數(shù)知識(shí)二回復(fù)力3．描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量平衡位置最大距離－kx位移5．回復(fù)力(1)定義：使物體返回到平衡位置的力．(2)方向：總是指向平衡位置．(3)注意：屬于效果力，可以是某一個(gè)力，也可以是幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力．6．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像(1)物理意義：表示振子的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律，為_(kāi)________________曲線(xiàn)．(2)從___________開(kāi)始計(jì)時(shí)，函數(shù)表達(dá)式為x＝Asinωt，圖像如圖甲所示．

(3)從___________處開(kāi)始計(jì)時(shí)，函數(shù)表達(dá)式為x＝Acosωt，圖像如圖乙所示．正弦(或余弦)平衡位置最大位移彈性限度內(nèi)彈力重力【答案】B1．受迫振動(dòng)系統(tǒng)在__________作用下的振動(dòng)．做受迫振動(dòng)的物體，受迫振動(dòng)的周期(或頻率)等于____________的周期(或頻率)，而與物體的固有周期(或頻率)________．受迫振動(dòng)與共振驅(qū)動(dòng)力知識(shí)三驅(qū)動(dòng)力無(wú)關(guān)2．共振做受迫振動(dòng)的物體，它的驅(qū)動(dòng)力的頻率與固有頻率越接近，其振幅就越大，當(dāng)二者_(dá)_______時(shí)，振幅達(dá)到最大，這就是共振現(xiàn)象．共振曲線(xiàn)如圖所示．相等【自測(cè)2】如圖所示，A、B、C、D、E五個(gè)擺懸掛于同一根繃緊的水平繩上，A是擺球質(zhì)量較大的擺，讓它擺動(dòng)后帶動(dòng)其他擺運(yùn)動(dòng)．穩(wěn)定后，下列結(jié)論正確的是 (

)A．其他各擺的振動(dòng)周期與A擺的振動(dòng)周期相同B．其他各擺的振幅都相等C．其他各擺的振幅不同，D擺的振幅最大D．其他各擺的振動(dòng)周期不同，E擺周期最大【答案】A題點(diǎn)各個(gè)擊破21．受力特征F＝－kx，“－”表示回復(fù)力的方向與位移方向相反；k是比例系數(shù)，不一定是彈簧的勁度系數(shù)．2．運(yùn)動(dòng)學(xué)特征簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的加速度的大小與物體偏離平衡位置的位移的大小成正比，而方向相反，為變加速運(yùn)動(dòng)．遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，x、F、a、Ep均增大，v、Ek均減小；靠近平衡位置時(shí)則相反．命題點(diǎn)一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的基本特征[自修掌握類(lèi)]5．能量特征：振動(dòng)的能量包括動(dòng)能Ek和勢(shì)能Ep.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．例1

(2021年河北卷)如圖所示，一彈簧振子沿x軸做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振子零時(shí)刻向右經(jīng)過(guò)A點(diǎn)，2s后第一次到達(dá)B點(diǎn)．已知振子經(jīng)過(guò)A、B兩點(diǎn)時(shí)的速度大小相等，2s內(nèi)經(jīng)過(guò)的路程為0.4m．該彈簧振子的周期為_(kāi)_______s，振幅為_(kāi)_____m.

【答案】4

0.2【解析】根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)對(duì)稱(chēng)性可知，振子零時(shí)刻向右經(jīng)過(guò)A點(diǎn)，2s后第一次到達(dá)B點(diǎn)．已知振子經(jīng)過(guò)A、B兩點(diǎn)時(shí)的速度大小相等，則A、B兩點(diǎn)關(guān)于平衡位置對(duì)稱(chēng)．而振動(dòng)經(jīng)過(guò)了半個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)，則周期為T(mén)＝2t＝4s．從A到B經(jīng)過(guò)了半個(gè)周期的振動(dòng)，路程為s＝0.4m，而一個(gè)完整的周期路程為0.8m，為4個(gè)振幅的路程，有4A＝0.8m，解得振幅為A＝0.2m.【答案】BC2．(多選)(2020年浙江卷)如圖所示，x軸上－2m、12m處有兩個(gè)振動(dòng)周期均為4s、振幅均為1cm的相同的波源S1、S2，t＝0時(shí)刻同時(shí)開(kāi)始豎直向下振動(dòng)，產(chǎn)生波長(zhǎng)均為4m的沿x軸傳播的簡(jiǎn)諧橫波．P、M、Q分別是x軸上2m、5m和8.5m的三個(gè)點(diǎn)．下列說(shuō)法正確的是

(

)A．6.0s時(shí)P、M、Q三點(diǎn)均已振動(dòng)B．8.0s后M點(diǎn)的位移始終是2cmC．10.0s后P點(diǎn)的位移始終是0D．10.5s時(shí)Q點(diǎn)的振動(dòng)方向豎直向下【答案】CD1．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像認(rèn)識(shí)(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像是一條正弦或者余弦曲線(xiàn)，如圖所示．(2)圖像反映的是振子的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律，而不是振子的實(shí)際軌跡．命題點(diǎn)二簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖像[師生共研類(lèi)]2．圖像信息(1)振幅A、周期T以及各時(shí)刻振子的振動(dòng)位移．(2)各時(shí)刻回復(fù)力、加速度的方向：指向時(shí)間軸．(3)各時(shí)刻速度方向：下一刻位移增加，其方向遠(yuǎn)離時(shí)間軸；下一刻位移減小，其方向指向時(shí)間軸．(4)通過(guò)上面獲得的信息還可間接計(jì)算出某段時(shí)間內(nèi)的位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、勢(shì)能的變化情況．【答案】小于最大2．(2021年上海名校調(diào)研)甲、乙兩個(gè)彈簧振子，它們的振動(dòng)圖像如圖所示．則可知兩彈簧振子 (

)A．振動(dòng)強(qiáng)度完全相同B．振動(dòng)快慢完全相同C．振子甲速度為零時(shí)，振子乙速度最大D．所受回復(fù)力最大值之比F甲∶F乙＝1∶2【答案】C【解析】根據(jù)圖像可讀出甲的振幅為10cm，乙的振幅為5cm.則兩彈簧振子的振動(dòng)強(qiáng)度不相同，故A錯(cuò)誤．由振動(dòng)圖像讀出兩彈簧振子周期T甲＝2.0s，T乙＝1.0s．則兩彈簧振子振動(dòng)快慢不同，乙比甲快，故B錯(cuò)誤．由圖像看出，甲在最大位移處時(shí)，乙在平衡位置，即振子甲速度為零時(shí)，振子乙速度最大，故C正確．由振動(dòng)圖像讀出兩振子位移最大值之比x甲∶x乙＝2∶1.根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征F＝－kx，由于彈簧的勁度系數(shù)k可能不等，回復(fù)力最大值之比F甲∶F乙不一定等于2∶1，故D錯(cuò)誤．3．(多選)(2021年?yáng)|北四市二模)用彈簧將一物塊懸掛于天花板上，使物塊在豎直方向做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其振動(dòng)圖像如圖所示．則 (

)A．該簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期為2.0sB．t＝1.0s時(shí)刻系統(tǒng)能量達(dá)到最小值C．t＝1.0s和t＝2.0s兩個(gè)時(shí)刻物塊動(dòng)能相等D．t＝0.5s和t＝1.5s兩個(gè)時(shí)刻彈簧的彈性勢(shì)能相等【答案】AC【解析】由圖讀出周期為T(mén)＝2.0s，故A正確．質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，各時(shí)刻的機(jī)械能都是相等的，故B錯(cuò)誤．由圖可知t＝1.0s和t＝2.0s兩個(gè)時(shí)刻物塊都在平衡位置，則兩個(gè)時(shí)刻的動(dòng)能相等且為最大值，故C正確．由圖看出，t＝0.5s質(zhì)點(diǎn)位于正的最大位移處，t＝1.5s時(shí)質(zhì)點(diǎn)位于負(fù)的最大位移處，兩時(shí)間質(zhì)點(diǎn)的位移大小相等、方向相反．由于物塊在平衡位置時(shí)，彈簧處于拉長(zhǎng)狀態(tài)，所以t＝0.5s和t＝1.5s兩個(gè)時(shí)刻彈簧的彈性勢(shì)能不相等，故D錯(cuò)誤．命題點(diǎn)三單擺周期的求解及其應(yīng)用[師生共研類(lèi)]1．(多選)(2021年重慶名校月考)甲、乙兩位同學(xué)分別使用圖甲中所示的同一套裝置，觀(guān)察單擺做運(yùn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)圖像．已知兩人實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的擺長(zhǎng)相同，落在同一木板上的細(xì)砂分別形成的曲線(xiàn)如圖乙中N1、N2所示．下列關(guān)于兩圖線(xiàn)相關(guān)的分析，正確的是(

)A．N1表示砂擺擺動(dòng)的幅度較大，N2表示砂擺擺動(dòng)的幅度較小B．N1與N2振動(dòng)的周期相同C．N1對(duì)應(yīng)的木板運(yùn)動(dòng)速度比N2對(duì)應(yīng)的木板運(yùn)動(dòng)速度大D．N1對(duì)應(yīng)的砂擺擺到最低點(diǎn)時(shí)，擺線(xiàn)的拉力比N2對(duì)應(yīng)的拉力大【答案】BC【答案】A3．(2021年上海名校期中)關(guān)于單擺，下列說(shuō)法正確的是 (

)A．物體能被看作單擺的條件是擺動(dòng)時(shí)擺角要小于15°B．振動(dòng)的頻率與振幅無(wú)關(guān)C．細(xì)線(xiàn)拉力與重力的合力提供回復(fù)力D．?dāng)[動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)擺球所受合力為零【答案】B【解析】物體能被看作做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件是擺動(dòng)時(shí)擺角小于5°，故A錯(cuò)誤．振動(dòng)的頻率與振幅無(wú)關(guān)，只與擺長(zhǎng)有關(guān)，故B正確．單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力由重力沿?cái)[球運(yùn)動(dòng)軌跡切向的分力提供，故C錯(cuò)誤．?dāng)[球在擺動(dòng)到最低點(diǎn)處，小球處于超重狀態(tài)，擺線(xiàn)彈力最大，合力不為零，擺球受到的合外力提供向心力，但回復(fù)力為零，故D錯(cuò)誤．4．(2020年全國(guó)Ⅱ卷)用一個(gè)擺長(zhǎng)為80.0cm的單擺做實(shí)驗(yàn)，要求擺動(dòng)的最大角度小于5°，則開(kāi)始時(shí)將擺球拉離平衡位置的距離應(yīng)不超過(guò)______cm(保留1位小數(shù))．(提示：?jiǎn)螖[被拉開(kāi)小角度的情況下，所求的距離約等于擺球沿圓弧移動(dòng)的路程．)某同學(xué)想設(shè)計(jì)一個(gè)新單擺，要求新單擺擺動(dòng)10個(gè)周期的時(shí)間與原單擺擺動(dòng)11個(gè)周期的時(shí)間相等．新單擺的擺長(zhǎng)應(yīng)該取______cm.【答案】6.9

96.81．自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振的關(guān)系比較命題點(diǎn)四受迫振動(dòng)與共振[自修掌握類(lèi)]振動(dòng)類(lèi)型自由振動(dòng)受迫振動(dòng)共振受力情況僅受回復(fù)力受驅(qū)動(dòng)力作用受驅(qū)動(dòng)力作用振動(dòng)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(dòng)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＝f0振動(dòng)類(lèi)型自由振動(dòng)受迫振動(dòng)共振振動(dòng)能量振動(dòng)物體的機(jī)械能不變由產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的物體提供物體振動(dòng)的能量最大常見(jiàn)例子彈簧振子或單擺(θ<5°)機(jī)械設(shè)備工作時(shí)底座發(fā)生的振動(dòng)共振篩、聲音的共鳴等例2

A、B兩個(gè)彈簧振子，A的固有頻率為2f，B的固有頻率為6f.若它們都在頻率為5f的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)，則 (

)A．振子A的振幅較大，振動(dòng)頻率為2fB．振子B的振幅較大，振動(dòng)頻率為6fC．振子A的振幅較大，振動(dòng)頻率為5fD．振子B的振幅較大，振動(dòng)頻率為5f【答案】D【解析】物體做受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無(wú)關(guān)．但當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率越接近物體固有頻率時(shí)，物體的振幅越大．故D正確．1．(多選)(2021年浙江選考)為了提高松樹(shù)上松果的采摘率和工作效率，工程技術(shù)人員利用松果的慣性發(fā)明了用打擊桿、振動(dòng)器使松果落下的兩種裝置，如圖甲、乙所示．則 (

)A．針對(duì)不同樹(shù)木，落果效果最好的振動(dòng)頻率可能不同B．隨著振動(dòng)器頻率的增加，樹(shù)干振動(dòng)的幅度一定增大C．打擊桿對(duì)不同粗細(xì)樹(shù)干打擊結(jié)束后，樹(shù)干的振動(dòng)頻率相同D．穩(wěn)定后，不同粗細(xì)樹(shù)干的振動(dòng)頻率始終與振動(dòng)器的振動(dòng)頻率相同【答案】AD【解析】根據(jù)共振的條件，當(dāng)振動(dòng)器的頻率等于樹(shù)木的固有頻率時(shí)產(chǎn)生共振，此時(shí)落果效果最好．而不同的樹(shù)木的固有頻率不同，針對(duì)不同樹(shù)木落果效果最好的振動(dòng)頻率可能不同，A正確.當(dāng)振動(dòng)器的振動(dòng)頻率等于樹(shù)木的固有頻率時(shí)產(chǎn)生共振，此時(shí)樹(shù)干的振幅最大，此后隨著振動(dòng)器頻率的繼續(xù)增加，樹(shù)干振動(dòng)的幅度不一定增大，B錯(cuò)誤．打擊結(jié)束后，樹(shù)干做阻尼振動(dòng)，阻尼振動(dòng)的頻率為樹(shù)干的固有頻率，所以粗細(xì)不同的樹(shù)干頻率不同，C錯(cuò)誤．樹(shù)干在振動(dòng)器的振動(dòng)下做受迫振動(dòng)，則穩(wěn)定后，不同粗細(xì)樹(shù)干的振動(dòng)頻率始終與振動(dòng)器的振動(dòng)頻率相同，D正確．2．一個(gè)單擺在地面上做受迫振動(dòng)，其共振曲線(xiàn)(振幅A與驅(qū)動(dòng)力頻率f的關(guān)系)如圖所示．則下列說(shuō)法不正確的是 (

)A．此單擺的固有周期