(2021版25套)人教版高中物理选修3-4预习导航全集(衡水中学内参)

（共25套）人教版高中物理选修3-4预习导航全集预习导航1．知道机械振动是物体机械运动的另一种形式, 知道机械振动的概念。

2．领悟弹簧振子是一种理想化的模型。

3．知道弹簧振子的位移—时间图象的形状, 并理解图象的物理意义。

4．经历对简谐运动特征的探究过程, 领悟用图象描绘运动的方法。

汽车车轴与车体连接处有弹簧板, 摩托车轮上装有弹簧, 你知道这些弹簧板或弹簧在这里起什么作用吗？提示：这些弹簧板或弹簧起到了减振的作用。

车辆行驶途中如果遇到不平整的路面, 速度较大的汽车或摩托车就会产生剧烈的振动, 甚至会弹跳起来, 对车辆、人或物造成伤害。

装有这些弹簧的车辆在不平整的路面上行驶时, 虽然车轮已经产生了剧烈的振动, 但弹簧上的车体由于惯性仍保持良好的平稳状态, 所以这些弹簧起到了减振的作用。

1．弹簧振子(1)平衡位置：振子原来______时的位置。

(2)机械振动：振子在__________附近所做的______运动, 简称____。

(3)弹簧振子：它是小球和弹簧组成的______的名称, 是一个理想模型。

2．弹簧振子的位移—时间图象建立坐标系：以小球的__________为坐标原点, 沿着__________方向建立坐标轴。

小球在平衡位置______时它对平衡位置的位移为正, 在______时为负。

思考：有同学说, 既然弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线, 那么振子的运动轨迹也应是正弦曲线。

结合水平方向的弹簧振子想一下, 这种说法对吗？为什么？3．简谐运动及其图象(1)定义：如果质点的位移与时间的关系遵从______函数的规律, 即它的振动图象(x-t图象)是一条正弦曲线, 这样的振动叫做简谐运动。

思考：在简谐运动中, 弹簧振子的位移与机械运动中质点的位移有何不同？(2)特点：简谐运动是最简单、最基本的______。

弹簧振子的振动就是__________。

(3)图象的应用：医院里的____________、地震仪中绘制地震曲线的装置。

答案：1．(1)静止(2)平衡位置往复振动(3)系统2．平衡位置它的振动右边左边思考提示：不对, 因为振动图象不是运动轨迹。

例如, 水平方向的弹簧振子振动时, 振子的运动轨迹是一条直线。

3．(1)正弦思考提示：机械运动中的位移是从初位置到末位置的有向线段, 在简谐运动中, 振子的位移总是相对于平衡位置而言的, 都是从平衡位置开始指向振子所在的位置。

(2)振动简谐运动(3)心电图仪预习导航1．知道什么是振动的振幅、周期和频率。

2．理解周期和频率的关系及固有周期、固有频率的意义。

3．知道简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线, 明确图象的物理意义及图象信息。

4．能用公式描述简谐运动的特征。

一面锣, 它只有一种声音, 用锤敲锣, 发出响亮的锣声, 锣声很快弱下去, 但音调不会发生变化。

摆动着的秋千, 虽然摆动幅度发生变化, 但频率不发生变化。

弹簧振子在实际的振动中会逐渐停下来, 但频率是不变的。

这是什么原因呢？说明了什么问题呢？提示：所有能振动的物体, 都有自己固有的周期或固有的频率。

这些都是由自身因素所确定的物理量, 周期和频率也是描述振动的重要物理量。

1．描述简谐运动的物理量(1)振幅A：振动物体离开平衡位置的__________, 表示振动的______, 是______。

(2)全振动：简谐运动是一种周期运动。

振子以相同速度相继通过__________所完成的过程称为一个全振动。

(3)周期T和频率f：做简谐运动的物体完成一次________所需要的______, 叫做振动的周期, 单位是______。

单位时间内完成________的______, 叫做振动的频率, 单位是______, 简称____, 符号是______。

周期和频率的关系为__________。

(4)相位：描述周期性运动在各个时刻所处的__________。

思考：你能区分“振动的快慢”和“振动物体运动的快慢”这两种表述吗？2．简谐运动的一般表达式__________________A表示简谐运动的______；ω是一个与频率成正比的量, 叫做简谐运动的________, 它也表示简谐运动振动的______, ω＝________＝2πf；(ωt＋φ)代表简谐运动的______, φ表示______时的相位, 叫做________。

相位差：如果两个简谐运动的频率相等, 其初相分别是φ1和φ2, 当φ2＞φ1时, 它们的相位差是Δφ＝(ωt＋φ2)－(ωt＋φ1)＝φ2－φ1答案：1．(1)最大位移强弱标量(2)同一位置(3)全振动时间s全振动次数赫兹赫Hzf＝1 T(4)不同状态思考提示：振动的快慢用周期T、频率f描述, 周期越小, 频率越大, 表示振动得越快。

由于物体做简谐运动是一种变速运动, 振动物体运动的快慢只能用瞬时速度描述, 它是随时间变化的。

由此可认识振幅、周期、频率都是从整体上描述振动特点的物理量。

2．x＝A sin(ωt＋φ)振幅“圆频率”快慢2πT相位t＝0初相位预习导航1．理解回复力的概念。

2．会用动力学的知识, 分析简谐运动中位移、速度、回复力和加速度的变化规律。

3．会用能量守恒的观点, 分析水平弹簧振子中动能、势能、总能量的变化规律。

日常生活中经常会遇到机械振动的情况：机器的振动、桥梁的振动、树枝的摇动、乐器的发声等, 它们的振动比较复杂, 但这些复杂的振动都是由简单的振动组成的, 那么最基本、最简单的机械振动是什么呢？这种最简单、最基本的机械振动的振子受到的力有什么特点呢？提示：如图所示, 最基本、最简单的机械振动是简谐运动, 简谐运动的物体受到的力是周期性变化的。

1．简谐运动的回复力(1)简谐运动的动力学定义：如果______所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成______, 并且总是指向________, 质点的运动就是简谐运动。

(2)回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向______, 总是指向__________, 它的作用是使振子能够______平衡位置。

(3)表达式：__________, 即回复力与物体的位移大小成正比, 负号表明____________, k是常数。

对于弹簧振子, k为弹簧的__________。

2．简谐运动的能量(1)振子的速度与动能：______不断变化, ______也在不断变化。

(2)弹簧形变量与势能：弹簧形变量在______, 因而势能也在______。

(3)简谐运动过程是一个动能和势能不断变化的过程, 在任意时刻振动物体的总机械能不变。

在平衡位置处, 动能_______, 势能________；在最大位移处, 势能________, 动能______。

振动的机械能与______有关, 振幅______, 机械能就________。

(4)实际的运动都有一定的能量损耗, 所以简谐运动是一种理想化的模型。

思考：弹簧振子在振动过程中动能与势能相互转化, 振子的位移x、回复力F、加速度a、速度v四个物理量中有哪几个与动能的变化步调一致？答案：1．(1)质点正比平衡位置(2)相反平衡位置回到(3)F＝－kx回复力与位移方向始终相反劲度系数2．(1)速度动能(2)变化变化(3)最大最小最大最小振幅越大越大思考提示：只有速度v。

预习导航1．知道什么是单摆。

2．理解摆角很小时单摆的振动是简谐运动。

3．知道单摆的周期跟什么因素有关, 了解单摆的周期公式, 并能用来进行有关的计算。

冬天走时准确的老式挂钟, 到了夏天就不准确了, 为什么呢？应该怎样调整？提示：由于热胀冷缩, 到了夏天, 挂钟的钟摆变长了, 摆动的周期发生了变化, 所以走时不准确了, 应该调整钟摆的长度, 调整摆锤下面的螺母, 让摆锤的重心升高即可。

1．单摆由细线和小球组成, 细线的______与小球相比可以忽略, 球的______与线的______相比也可以忽略。

忽略摆动过程中所受阻力的作用, 单摆是实际摆的理想化模型。

为了满足上述条件, 我们尽量选择质量大、半径小的球和尽量细的无弹性的线。

思考：结合单摆模型的特点想一想, 下列装置能否视为单摆, 为什么？2．单摆的回复力(1)回复力的提供：摆球的重力沿______方向的分力。

(2)回复力的特点：在偏角很小时, 单摆所受的回复力和它偏离平衡位置的位移大小成______, 方向总是指向__________, 即________________。

(3)运动规律：单摆在偏角很小时做__________, 其振动图象遵循__________规律。

思考：如图所示, 细线下悬挂一个除去了栓塞的注射器, 注射器向下喷出一细束墨水。

沿着与摆动方向垂直的方向匀速拖动一张白纸, 喷到白纸上的墨迹便画出振动图象。

你知道为什么要匀速拖动长木板吗？3．单摆的周期(1)实验研究：单摆的振幅、质量、摆长对周期各有什么影响？控制条件：实验主要是为研究属于简谐运动的单摆振动的周期, 所以摆角不要超过5°。

步骤1：把摆长相同的两个摆球从不同高度释放, 观察现象：摆球同步振动, 说明单摆振动的周期与______无关。

步骤2：将摆长相同、质量不同的摆球拉到同一高度释放, 观察现象：两摆球同步振动, 即说明单摆的周期与____________无关, 不受其影响。

步骤3：取摆长不同, 两个相同的摆球从某一高度同时释放, 观察现象：两摆球振动不同步, 而且摆长越长, 振动就越慢。

这说明单摆振动跟______有关。

实验表明：单摆的振动周期与摆球的质量无关；在振幅较小时, 与振幅无关；但是与摆长有关, 摆长越长, 周期越长。

步骤4：定量研究周期跟摆长的关系：测量不同摆长下的单摆的振动周期, 实验需要精确地测量两个物理量, 它们是____________。

①摆长的测量：用带毫米刻度的米尺测量摆线的长度, 用游标卡尺测量摆球的直径。

摆长等于__________与__________之和。

②周期的测量：用停表测出单摆30～50次全振动的时间t, 周期为：__________。

(2)周期公式：荷兰物理学家惠更斯研究了单摆的振动, 在大量可靠的实验基础上, 经过一系列的理论推导和证明得到：单摆的周期和摆长l的平方根成____比, 和重力加速度g 的平方根成____比, 而与振幅、摆球的质量无关。

惠更斯确定了单摆振动的周期公式：______________。

4．用单摆测定重力加速度由周期公式T＝2πlg可得：g＝________________, 只要测出单摆的______和______,就可以求出当地的重力加速度。

答案：1．质量直径长度思考提示：都不能, (1)中橡皮筋的伸缩不能忽略；(2)(3)中乒乓球和大木球摆动时, 空气阻力不能忽略；(3)中大木球的直径与线的长度相比也不能忽略不计。