第1講機(jī)械振動(dòng)、振動(dòng)圖像核心素養(yǎng)重要考點(diǎn)物理觀念(1)理解機(jī)械振動(dòng)、簡諧運(yùn)動(dòng)和單擺運(yùn)動(dòng)；(2)理解機(jī)械波、波的干涉、衍射和多普勒效應(yīng)；(3)理解折射定律及全反射、光的干涉、衍射和偏振等光現(xiàn)象1.機(jī)械振動(dòng)和機(jī)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(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(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)用恰當(dāng)?shù)奈锢砹棵枋龊喼C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)用一、簡諧運(yùn)動(dòng)1.概念.質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從__________的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖像(x－t圖像)是一條____________的振動(dòng).

正弦函數(shù)

正弦曲線

2.簡諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式.(1)動(dòng)力學(xué)表達(dá)式：F＝________，其中“－”表示回復(fù)力與________的方向相反.

(2)運(yùn)動(dòng)學(xué)表達(dá)式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝________表示簡諧運(yùn)動(dòng)的快慢，(ωt＋φ)代表簡諧運(yùn)動(dòng)的________，φ叫作初相.

－kx位移

2πf相位

3.回復(fù)力.(1)定義：使物體返回到____________的力.

(2)方向：時(shí)刻指向____________.

(3)來源：振動(dòng)物體所受的沿__________的合力.

平衡位置

平衡位置

振動(dòng)方向

4.描述簡諧運(yùn)動(dòng)的物理量.物理量定義意義振幅振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的_________描述振動(dòng)的________和能量

周期振動(dòng)物體完成一次______所需時(shí)間描述振動(dòng)的快慢頻率振動(dòng)物體________內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)

圓頻率(角頻率)表示簡諧運(yùn)動(dòng)的快慢相位ωt＋φ描述周期性運(yùn)動(dòng)在各個(gè)時(shí)刻所處的________最大距離

強(qiáng)弱

全振動(dòng)

單位時(shí)間

快慢

不同狀態(tài)

二、單擺1.定義.(1)在細(xì)線的一端拴一個(gè)小球，另一端固定在懸點(diǎn)上，如果細(xì)線的________和________都不計(jì)，球的直徑比________短得多，這樣的裝置叫作單擺.

(2)視為簡諧運(yùn)動(dòng)的條件：________.

伸縮

質(zhì)量

線的長度

θ＜5°

三、受迫振動(dòng)及共振1.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，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(guān).

驅(qū)動(dòng)力

驅(qū)動(dòng)力

無

2.共振.做受迫振動(dòng)的物體，它的固有頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率越接近，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.共振曲線如圖所示.

相等

(1)簡諧運(yùn)動(dòng)是變加速運(yùn)動(dòng).(2)簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像描述的是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)位移隨時(shí)間的變化規(guī)律而不是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡.(3)彈簧振子每次經(jīng)過平衡位置時(shí)，位移為零、動(dòng)能最大.(4)物體做受迫振動(dòng)的頻率一定等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，但不一定等于系統(tǒng)的固有頻率，固有頻率由系統(tǒng)本身決定.1.[簡諧振動(dòng)的特點(diǎn)](多選)下列關(guān)于簡諧運(yùn)動(dòng)的說法正確的是(

)A.速度和加速度第一次同時(shí)恢復(fù)為原來大小和方向所經(jīng)歷的過程為一次全振動(dòng)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(gè)全振動(dòng)指的是動(dòng)能或勢能第一次恢復(fù)為原來大小所經(jīng)歷的過程D.位移減小時(shí)，加速度減小，速度增大【答案】AD

3.[單擺](多選)下列說法正確的是(

)A.在同一地點(diǎn)，單擺做簡諧振動(dòng)的周期的平方與其擺長成正比B.彈簧振子做簡諧振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)的勢能與動(dòng)能之和保持不變C.在同一地點(diǎn)，當(dāng)擺長不變時(shí)，擺球質(zhì)量越大，單擺做簡諧振動(dòng)的周期越小D.系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)振動(dòng)的頻率等于周期性驅(qū)動(dòng)力的頻率【答案】ABD4.[共振](多選)某振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率為f0，在周期性驅(qū)動(dòng)力的作用下做受迫振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力的頻率為f.若驅(qū)動(dòng)力的振幅保持不變，則下列說法正確的是(

)A.當(dāng)f＜f0時(shí)，該振動(dòng)系統(tǒng)的振幅隨f增大而減小B.當(dāng)f＞f0時(shí)，該振動(dòng)系統(tǒng)的振幅隨f減小而增大C.該振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)穩(wěn)定后，振動(dòng)的頻率等于f0D.該振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)穩(wěn)定后，振動(dòng)的頻率等于f【答案】BD

【解析】受迫振動(dòng)的振幅A隨驅(qū)動(dòng)力的頻率變化的規(guī)律如圖所示，顯然A錯(cuò)誤，B正確；穩(wěn)定時(shí)系統(tǒng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，即C錯(cuò)誤，D正確.考點(diǎn)1簡諧運(yùn)動(dòng)的特征[基礎(chǔ)考點(diǎn)]1.動(dòng)力學(xué)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)特征簡諧運(yùn)動(dòng)的加速度與物體偏離平衡位置的位移成正比而方向相反，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.3.運(yùn)動(dòng)的周期性特征相隔T或nT的兩個(gè)時(shí)刻振子處于同一位置且振動(dòng)狀態(tài)相同.

(3)振子由P→O和O→P'所用的時(shí)間相等，即tPO＝tOP'.(4)振子往返中通過同一段路程(如OP段)所用時(shí)間相等，即tOP＝tPO.5.能量特征振動(dòng)的能量包括動(dòng)能Ek和勢能Ep，簡諧運(yùn)動(dòng)過程中，系統(tǒng)動(dòng)能與勢能相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒.1.(2021年河北卷)如圖所示，一彈簧振子沿x軸做簡諧運(yùn)動(dòng)，振子零時(shí)刻向右經(jīng)過A點(diǎn)，2s后第一次到達(dá)B點(diǎn)，已知振子經(jīng)過A、B兩點(diǎn)時(shí)的速度大小相等，2s內(nèi)經(jīng)過的路程為0.4m.該彈簧振子的周期為______s，振幅為________m.

【答案】4

0.2

【解析】根據(jù)簡諧運(yùn)動(dòng)對(duì)稱性可知，振子零時(shí)刻向右經(jīng)過A點(diǎn)，2

s

第一次到達(dá)B點(diǎn)，已知振子經(jīng)過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，而振動(dòng)經(jīng)過了半個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)，則周期為T＝2t＝4

s.從A到B經(jīng)過了半個(gè)周期的振動(dòng)，路程為s＝0.4

m，而一個(gè)完整的周期路程為0.8

m，為4個(gè)振幅的路程，有4A＝0.8

m，解得振幅為A＝0.2

m.

考點(diǎn)2簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像[基礎(chǔ)考點(diǎn)]1.對(duì)簡諧運(yùn)動(dòng)圖像的認(rèn)識(shí)(1)簡諧運(yùn)動(dòng)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(shí)間變化的規(guī)律，隨時(shí)間的增加而延伸，圖像不代表質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡.2.圖像信息(1)得出質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動(dòng)的振幅、周期和頻率.(2)確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移.(3)確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)回復(fù)力、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.(4)確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)速度的方向：斜率為正，速度方向向上；斜率為負(fù)，速度方向向下.(5)比較不同時(shí)刻回復(fù)力、加速度的大小.(6)比較不同時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能、勢能的大小.

【答案】小于最大

2.(多選)如圖甲所示，彈簧振子以點(diǎn)O為平衡位置，在A、B兩點(diǎn)之間做簡諧運(yùn)動(dòng).取向右為正方向，振子的位移x隨時(shí)間t的變化如圖乙所示，下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.t＝0.8s時(shí)，振子的速度方向向左B.t＝0.2s時(shí)，振子在O點(diǎn)右側(cè)6cm處C.t＝0.4s和t＝1.2s時(shí)，振子的加速度完全相同D.t＝0.4s到t＝0.8s的時(shí)間內(nèi)，振子的速度逐漸減小【答案】BCD考點(diǎn)3受迫振動(dòng)和共振[基礎(chǔ)考點(diǎn)]1.自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振的關(guān)系比較比較自由振動(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)周期或頻率固有周期T0或固有頻率f0T＝T驅(qū)或f＝f驅(qū)T驅(qū)＝T0或f驅(qū)＝f0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)力的物體提供振動(dòng)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(shí)底座發(fā)生的振動(dòng)共振篩、聲音的共鳴等2.對(duì)共振的理解

(1)共振曲線：如圖所示，橫坐標(biāo)為驅(qū)動(dòng)力頻率f，縱坐標(biāo)為振幅A.它直觀地反映了驅(qū)動(dòng)力頻率對(duì)某固有頻率為f0的振動(dòng)系統(tǒng)受迫振動(dòng)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(shí)，振幅A最大.(2)受迫振動(dòng)中系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化：做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒，系統(tǒng)與外界時(shí)刻進(jìn)行能量交換.1.(2021年浙江選考)(多選)為了提高松樹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，樹干振動(dòng)的幅度一定增大C.打擊桿對(duì)不同粗細(xì)樹干打擊結(jié)束后，樹干的振動(dòng)頻率相同D.穩(wěn)