高考物理一轮复习第十四章 第1讲Word下载.docx

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能列举多普勒效应的应用实例.

6.光的折射和全反射

通过实验，理解光的折射定律，会测量材料的折射率；

知道光的全反射现象及其产生的条件，初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用.

7.光的干涉、衍射和偏振

观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用；

知道光是横波，会用双缝干涉实验测量光的波长.

8.电磁振荡和电磁波

初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理学对统一性的追求；

通过实验，了解电磁振荡；

知道电磁波的发射、传播和接收；

认识电磁波谱，知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用.

实验十七

用单摆测量重力加速度的大小

实验十八

测量玻璃的折射率

实验十九

用双缝干涉实验测量光的波长

第1讲　机械振动

一、简谐运动

1．简谐运动

（1）定义：

如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动．

（2）平衡位置：

物体在振动过程中回复力为零的位置．

（3）回复力

①定义：

使物体返回到平衡位置的力．

②方向：

总是指向平衡位置．

③来源：

属于效果力，可以是某一个力，也可以是几个力的合力或某个力的分力．

2．简谐运动的两种模型

模型

弹簧振子

单摆

示

意

图

简谐

运动

条件

①弹簧质量要忽略

②无摩擦等阻力

③在弹簧弹性限度内

①摆线为不可伸缩的轻细线

②无空气阻力等

③最大摆角小于等于5°

回

复

力

弹簧的弹力提供

摆球重力沿与摆线垂直方向（即切向）的分力

平衡

位置

弹簧处于原长处

最低点

周期

与振幅无关

T＝2π

能量

转化

弹性势能与动能的相互转化，系统的机械能守恒

重力势能与动能的相互转化，机械能守恒

自测1　（多选）关于简谐运动的理解，下列说法中正确的是（　　）

A．简谐运动是匀变速运动

B．周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量

C．简谐运动的回复力可以是恒力

D．弹簧振子每次经过平衡位置时，动能最大

答案　BD

二、简谐运动的公式和图象

1．表达式

（1）动力学表达式：

F＝－kx，其中“－”表示回复力与位移的方向相反．

（2）运动学表达式：

x＝Asin（ωt＋φ0），其中A代表振幅，ω＝2πf代表简谐运动的快慢，ωt＋φ0代表简谐运动的相位，φ0叫做初相．

2．图象

（1）从平衡位置开始计时，函数表达式为x＝Asinωt，图象如图1甲所示．

（2）从最大位移处开始计时，函数表达式为x＝Acosωt，图象如图乙所示．

图1

自测2　（2019·

北京海淀区3月适应性练习）如图2甲所示，弹簧振子在竖直方向做简谐运动．以其平衡位置为坐标原点、竖直向上为正方向建立坐标轴，振子的位移x随时间t的变化如图乙所示，下列说法正确的是（　　）

图2

A．振子的振幅为4cm

B．振子的振动周期为1s

C．t＝1s时，振子的速度为正的最大值

D．t＝1s时，振子的加速度为正的最大值

答案　C

解析　由振动图象可知，该弹簧振子的振幅为2cm，周期为2s，t＝1s时，振子正经过平衡位置沿y轴正方向运动，加速度为零，故C正确．

三、受迫振动和共振

1．受迫振动

系统在驱动力作用下的振动．做受迫振动的物体，它做受迫振动的周期（或频率）等于驱动力的周期（或频率），而与物体的固有周期（或频率）无关．

2.共振

做受迫振动的物体，它的驱动力的频率与固有频率越接近，其振幅就越大，当二者相等时，振幅达到最大，这就是共振现象．共振曲线如图3所示．

图3

自测3　（多选）（2020·

湖北武汉市质检）如图4所示，A球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动，振动达到稳定时，下列说法中正确的是（　　）

图4

A．只有A、C的振动周期相等

B．C的振幅比B的振幅小

C．C的振幅比B的振幅大

D．A、B、C的振动周期相等

答案　CD

受力

特征

回复力F＝－kx，F（或a）的大小与x的大小成正比，方向相反

靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；

远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小

振幅越大，能量越大．在运动过程中，动能和势能相互转化，系统的机械能守恒

性特征

质点的位移、回复力、加速度和速度均随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；

动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为

对称

关于平衡位置O对称的两点，加速度的大小、速度的大小、动能、势能相等，相对平衡位置的位移大小相等

例1　（多选）关于简谐运动以及做简谐运动的物体完成一次全振动的意义，以下说法正确的是（　　）

A．位移减小时，加速度减小，速度增大

B．位移的方向总跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同

C．动能或势能第一次恢复为原来的大小所经历的过程

D．速度和加速度第一次同时恢复为原来的大小和方向所经历的过程

答案　AD

解析　当位移减小时，回复力减小，则加速度减小，物体向平衡位置运动，速度增大，故A正确；

回复力与位移方向相反，故加速度和位移方向相反，但速度与位移方向可以相同，也可以相反，故B错误；

一次全振动，动能和势能均会有两次恢复为原来的大小，故C错误；

速度和加速度第一次同时恢复为原来的大小和方向所经历的过程为一次全振动，故D正确．

变式1　（多选）（2019·

江苏卷·

13B

（1））一单摆做简谐运动，在偏角增大的过程中，摆球的（　　）

A．位移增大B．速度增大

C．回复力增大D．机械能增大

答案　AC

解析　摆球做简谐运动，在平衡位置处位移为零，在摆角增大的过程中，摆球的位移增大，速度减小，选项A正确，B错误；

在摆角增大的过程中，摆球受到的回复力增大，选项C正确；

单摆做简谐运动，机械能守恒，所以在摆角增大的过程中，摆球机械能保持不变，选项D错误．

1．可获取的信息：

（1）振幅A、周期T（或频率f）和初相位φ0（如图5所示）．

图5

（2）某时刻振动质点离开平衡位置的位移．

（3）某时刻质点速度的大小和方向：

曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度大小和方向，速度的方向也可根据下一相邻时刻质点的位移的变化来确定．

（4）某时刻质点的回复力和加速度的方向：

回复力总是指向平衡位置，回复力和加速度的方向相同．

（5）某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势能的变化情况．

2．简谐运动的对称性（如图6）

（1）相隔Δt＝（n＋）T（n＝0,1,2…）的两个时刻，弹簧振子的位置关于平衡位置对称，位移等大反向（或都为零），速度也等大反向（或都为零）．

图6

（2）相隔Δt＝nT（n＝1,2,3…）的两个时刻，弹簧振子在同一位置，位移和速度都相同．

例2　（2017·

北京卷·

15）某弹簧振子沿x轴的简谐运动图象如图7所示，下列描述正确的是（　　）

图7

A．t＝1s时，振子的速度为零，加速度为负的最大值

B．t＝2s时，振子的速度为负，加速度为正的最大值

C．t＝3s时，振子的速度为负的最大值，加速度为零

D．t＝4s时，振子的速度为正，加速度为负的最大值

答案　A

解析　t＝1s时，振子位于正向最大位移处，速度为零，加速度为负向最大，故A正确；

t＝2s时，振子位于平衡位置并向x轴负方向运动，速度为负向最大，加速度为零，故B错误；

t＝3s时，振子位于负向最大位移处，速度为零，加速度为正向最大，故C错误；

t＝4s时，振子位于平衡位置并向x轴正方向运动，速度为正向最大，加速度为零，故D错误．

变式2　如图8所示的弹簧振子，放在光滑水平桌面上，O是平衡位置，振幅A＝2cm，周期T＝0.4s.

图8

（1）若以向右为位移的正方向，当振子运动到O点右侧最大位移处开始计时，试画出其一个周期的振动图象；

（2）若从振子经过平衡位置开始计时，求经过2.6s小球通过的路程．

答案　

（1）见解析图　

（2）0.52m

解析　

（1）当振子在O点右侧最大位移处时，位移最大为2cm，周期为0.4s，一个周期的振动图象如图所示．

（2）振子在一个周期内的路程为4A，故2.6s经过的路程为×

4×

0.02m＝0.52m.

1．简谐运动、受迫振动和共振的比较

振动

项目

简谐运动

受迫振动

共振

受力情况

受回复力

受驱动力作用

振动周期或频率

由系统本身性质决定，即固有周期T0或固有频率f0

由驱动力的周期或频率决定，即T＝T驱或f＝f驱

T驱＝T0或f驱＝f0

振动能量

振动系统的机械能不变

由产生驱动力的物体提供

振动物体获得的能量最大

常见例子

弹簧振子或单摆（θ≤5°

）

机械工作时底座发生的振动

共振筛、声音的共鸣等

2.对共振的理解

（1）共振曲线：

如图9所示，横坐标为驱动力频率f，纵坐标为振幅A，它直观地反映了驱动力频率对某固有频率为f0的振动系统受迫振动振幅的影响，由图可知，f与f0越接近，振幅A越大；

当f＝f0时，振幅A最大．

图9

（2）受迫振动中系统能量的转化：

做受迫振动的系统的机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换．

例3　下表记录了某受迫振动的振幅随驱动力频率变化的关系，若该振动系统的固有频率为f固，则（　　）

驱动力频率/Hz

30

40

50

60

70

80

受迫振动振幅/cm

10.2

16.8

27.2

28.1

16.5

8.3

A.f固＝60HzB．60Hz＜f固＜70Hz

C．50Hz＜f固≤60HzD．以上三个都不对

解析　从如图所示的共振曲线可判断出f驱与f固相差越大，受迫振动的振幅越小；

f驱与f固越接近，受迫振动的振幅越大．并可以从中看出f驱越接近f固，振幅的变化越慢．比较各组数据知f驱在50～60Hz范围内时，振幅变化最小，因此50Hz＜f固≤60Hz，即C正确．

变式3　如图10所示，在一条张紧的绳子上挂几个摆，其中A、B的摆长相等．当A摆振动的时候，通过张紧的绳子给B、C、D摆施加驱动力，使其余各摆做受迫振动．观察B、C、D摆的振动发现（　　）

图10

A．C摆的频率最小

B．D摆的周期最大

C．B摆的摆角最大

D．B、C、D的摆角相同

解析　由A摆摆动从而带动其他3个单摆做受迫振动，受迫振动的频率等于驱动力的频率，故其他各摆振动周期与A摆相同，频率也相同，故A、B错误；

受迫振动中，当固有频率等于驱动力频率时，出现共振现象，振幅达到最大，由于B摆的固有频率与A摆的频率相同，故B摆发生共振，振幅最大，故C正确，D错误．

1．单摆的受力特征

（1）回复力：

摆球重力沿与摆线垂直方向的分力，F回＝－mgsinθ＝－x＝－kx，负号表示回复力F回与位移x的方向相反．

（2）向心力：

摆线的拉力和摆球重力沿摆线方向分力的合力充当向心力，F