高三物理一轮总复习 专题14.1 简谐运动及描述名师伴学-人教版高三全册物理试题

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人教版高中物理高三一轮复习资料,补习资料:50总复习:简谐运动

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物理总复习:简谐运动【考纲要求】1、知道简谐运动的周期性和对称性2、知道描述简谐运动的物理量3、会分析振动过程中的位移、回复力、加速度、动能、势能等物理量的变化特点4、知道简谐运动的振动方程。

【知识网络】【考点梳理】考点一、简谐运动1、定义:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总指向平衡位置的回复力的作用=-下的振动叫简谐运动。

表达式为:F kx2、几个重要的物理量间的关系:要熟练掌握做简谐运动的物体在某一时刻(或某一位置)的位移x、回复力F、加速度a、速度v这四个矢量的相互关系。

∝,方向与位移方向相反。

(1)由定义知:F x∝,方向与位移方向相反。

(2)由牛顿第二定律知:a F∝,方向与位移方向相反。

(3)由以上两条可知:a x(4)v和x、F、a之间的关系最复杂:当v、a同向(即v、F同向,也就是v、x反向)时v一定增大;当v、a反向(即v、F反向,也就是v、x同向)时,v一定减小。

要点诠释:物体从A由静止释放,从A→O→B→O→A,经历一次全振动,图中O为平衡位置,A、B为最大位移处,设向右O→A为正方向。

(1)位移:只要在平衡位置正方向就为正,只要在平衡位置负方向就为负,与运动方向无关;(2)加速度、回复力:始终指向平衡位置;(3)速度:必须按规定的正方向确定;(4)特殊点O 、A 、B 物理量的特点:平衡位置O 点:位移为零、回复力为零、加速度为零、速度最大、动能最大、势能为零。

正的最大位移A 点:位移正向最大、回复力最大(指向O ,图中向左)、加速度最大(指向O ,图中向左)、速度为零、动能为零、势能最大。

负的最大位移B 点:位移负向最大、回复力最大(指向O ,图中向右)、加速度最大(指向O ,图中向右)、速度为零、动能为零、势能最大。

(5)运动特点:从平衡位置O 向A (或B )运动,速度越来越小,加速度(回复力)越来越大,做加速度增大的减速运动,是变减速运动;从A (或B )向平衡位置O 运动,速度越来越大,加速度(回复力)越来越小,做加速度减小的加速运动,是变加速运动。

高三物理一轮复习 简谐运动及其图象导学案

高三物理一轮复习 简谐运动及其图象导学案

高三物理一轮复习 简谐运动及其图象导学案十三、机械振动和机械波(1)机械振动【目标】1.理解简谐运动的基本概念,掌握简谐运动的规律,理解简谐运动的图象;2.掌握单摆的周期公式,了解受迫振动和共振现象。

【导入】一.机械振动1、机械振动:物体(或物体的一部分)在平衡位置附近所做的往复运动,叫做机械振动,简称振动.产生振动的必要条件是物体受到回复力的作用,且阻力足够小.2、回复力:使振动物体返回平衡位置的力叫做回复力.回复力时刻指向平衡位置.回复力是以效果命名的力,它是振动物体在振动方向上的合外力,可能是几个力的合力,也可能是某一个力,还可能是某个力的分力.注意,回复力不一定等于合外力.二.简谐运动物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动,叫做简谐运动.它是一种最简单、最基本的振动.三、简谐运动的图象简谐运动的图象是____________________曲线,横坐标表示_____________,纵坐标表示_______________。

它的物理意义是______________________________四、单摆1、构成:由一条不可伸长、忽略质量的细线下端拴一个可视为质点的小球,细线的上端固定,构成的装置叫单摆。

单摆振动可看作简谐运动的条件:α<10°2、单摆的周期公式T=2g l /3、向心力的重力的切向分力。

4、单摆的等时性:在小幅摆动时,单摆的周期跟振幅和振子的质量都没关系。

5、单摆的应用:○1测重力加速度g=4π2 l /T 2; ②运用等时性制作计时器。

五、受迫振动和共振1、受迫振动:物体在_____外力(驱动力)作用下的振动,叫做受迫振动.物体做受迫振动时,振动稳定后的频率等于__的频率,跟物体的__无关.2、共振①共振是一种特殊的受迫振动,当驱动力的频率跟物体的______相等时,受迫振动的振幅最大,这种现象叫共振。

②受迫振动的振幅A 和驱动力的频率f 的关系—共振曲线,如图所示。

高三第一轮复习《简谐运动》教案

高三第一轮复习《简谐运动》教案

第七章:机械振动和机械波第1单元:简谐运动及其图象 受迫振动(第1课时)【教材分析】本章是高中相对独立的知识,是高考的必考知识点 【学习目标】理解简谐运动及其特点 【要点突破】一、机械振动与简谐运动1、机械振动:物体在 平衡位置 附近所做的往复运动。

(1)条件:①有平衡位置 ②受回复力(回复力:指 ) (2)特点:往复运动2、简谐运动:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成 正比 ,并且总指向平衡位置的 回复力 的作用下的振动。

是一种最简单的机械振动。

【例1】、如图1和2所示装置中,小球的运动是振动、是简谐运动吗?图中接触面均光滑。

【解析】:图1中, 从能量角度考虑,小球将在斜面AB 与BC 上往复运动,是机械振动.小球在AB 斜面上的运动.受重力和斜面弹力作用:在垂直斜面方向上,重力的分力G cos α与斜面弹力N 平衡;在平行斜面方向上,只有重力的分力Gsin α沿斜面AB 向下,为恒力,不随小球相对于B 点的位移变化而变化.同理,小球在斜面BC 上运动时,其受力Gsin β沿斜面BC 向下,也为恒力,不随小球相对于B 点的位移变化而变化.综合小球在ABC 斜面上的受力情况.不满足F 回= -kx 的关系,故不是简谐运动.图2中, 从能量角度考虑,小球将在斜面AB 与BC 上往复运动,是机械振动.小球在光滑圆弧形凹槽中运动,受重力和凹槽弹力作用:在凹槽半径R 方向,弹力N 与重力的分力G cos θ提供向心力;在轨道切线方向上, 重力的分力Gsin θ提供回复力.即:F 回= Gsin θ,当θ≤5O 时, sin θ≈θ.弦=||AB 弧│ │, 小球相对于平衡位置的位移x= ≈||AB │ │=s=R θ,则F 回= Gsin θ≈G θ≈x Rmg .对指定的小求和凹槽轨道,m 、R 均为定值,故Rmg 为一不变的常量,再考虑到回复力F 回与振动物体相对于平衡位置的位移x 方向相反,则F 回= -kx 。

【高中物理】高考必考简谐运动知识点总结,考前必过一遍

【高中物理】高考必考简谐运动知识点总结,考前必过一遍

【高中物理】高考必考简谐运动知识点总结,考前必过一遍!一、简谐运动1、机械振动(1)平衡位置:物体振动时的中心位置,振动物体未开始振动时相对于参考系静止的位置,或沿振动方向所受合力等于零时所处的位置叫平衡位置。

(2)机械振动:物体在平衡位置附近所做的往复运动,叫做机械振动,通常简称为振动。

(3)振动特点:振动是一种往复运动,具有周期性和重复性。

2、简谐运动(1)弹簧振子一个轻质弹簧联接一个质点,弹簧的另一端固定,就构成了一个弹簧振子。

简谐运动加速度的大小和方向都在变化,是一种变加速运动。

简谐运动的运动学特征也可用来判断物体是否为简谐运动。

二、简谐运动的描述1、振幅(1)定义:振动物体离开平衡位置的最大距离,用A表示。

(2)单位:在国际单位制中,振幅的单位是米(m)。

(3)物理意义:表示振动强弱的物理量,振幅越大,表示振动越强。

2、周期(1)全振动:振动物体往返一次(以后完全重复原来的运动)的运动叫做一次全振动.例如水平方向运动的弹簧振子的运动:O→A→O→A’→O或A→O→A’→O→A为一次全振动。

(如上图所示,其中O为平衡位置,A、A’为最大位移处)(2)定义:做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间,叫做振动的周期,用T表示。

(3)单位:在国际单位制中,周期的单位是秒(s)。

(4)物理意义:表示振动的快慢,周期越长表示物体振动越慢,周期越短表示物体振动得越快。

3、频率(1)定义:单位时间内完成的全振动的次数,叫做振动的频率,用f表示。

(2)单位:在国际单位制中,频率的单位是赫兹(Hz)。

(3)物理意义:频率是表示物体振动快慢的物理量,频率越大表示振动得越快,频率越小表示振动得越慢。

(4)周期与频率的关系:三、相位1、相位相位是表示物体振动步调的物理量,用相位来描述简谐运动在一个全振动中所处的阶段。

2、用三角函数式表示简谐运动(1)简谐运动的振动方程x=Asin(ωt+)A代表振动的振幅,ω叫做圆频率,ω=2πf,(ωt+)表示简谐运动的相位,叫做初相位,简称初相。

高三物理一轮复习学案 简谐运动

高三物理一轮复习学案   简谐运动

高三物理一轮复习学案简谐运动【目标导航】一、简谐运动1.简谐运动(1)定义:如果质点的位移与的关系遵从正弦函数的规律,即它的振动图像(x­t图像)是一条正弦曲线,这样的振动就叫做简谐运动。

(2)条件:如果质点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。

(3)平衡位置:物体在振动过程中回复力为的位置。

但所受合外力不一定为零,如单摆。

(4)回复力:使物体返回到平衡位置的力。

①方向:总是指向。

②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。

(5)描述简谐运动的物理量物理量定义意义位移由指向质点所在位置的线段描述质点振动中某时刻的位置相对于的位移振幅振动物体离开平衡位置的描述振动的强弱和能量周期振动物体完成一次所需时间描述振动的快慢,两者互为倒数:T=1 f频率振动物体时间内完成全振动的次数相位ωt+φ描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态2.简谐运动的两种模型模型弹簧振子(水平)单摆简谐运动条件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 L g能量转化与动能的相互转化,机械能守恒与动能的相互转化,机械能守恒二、简谐运动的公式和图像1.表达式(1)动力学表达式:F=,其中“-”表示回复力与位移的方向相反。

(2)运动学表达式:x=,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=,图象如图甲所示。

(2)从最大位移处开始计时,函数表达式为x = ,图象如图乙所示。

(3)如图丙所示,从任意位置处开始计时,函数表达式为x =A sin(ωt +φ)。

(4)图像反映的是位移随时间的变化规律,随时间的增加而延伸,图像不代表质点运动的轨迹。

人教版高中物理课件-简谐运动

人教版高中物理课件-简谐运动

x/cm 20
0 1 2 3 4 5 6 7 t/s
-20
四、簡諧運動與勻速圓周運動的關係
類似應用
繪製地震曲線的裝置
思考
1、簡諧運動的圖象就是物體的
運動軌跡嗎?
2、由簡諧運動的圖象判斷簡諧
運動屬於下列哪一種運動?
A、勻變速運動 B、勻速直線
運動
C、變加速運動
D、勻加速直線運動
課堂訓練
1.下列運動中屬於機械振動的有( ) A、樹枝在風的作用下的運動 B、豎直向上拋出的物體的運動 C、說話時聲帶的振動 D、爆炸聲引起的窗扇的運動
B、以平衡位置為座標原點O,沿振動方向建立坐標軸 規定在O點右邊時位移為正,在左邊時位移為負。
三、彈簧振子的位移-時間圖象
課件展示 1、描點法
第一個1/2週期:
時間t(s) 0
t0
2t0
3t0
4t0
位移x(cm) -20.0 -17.8
-10.1
0.1 10.3
第二個1/2週期:
時間t(s) 6t0
二、彈簧振子
1、概念:小球和彈簧所組成的系統的名稱,有時也把這 樣的小球稱做彈簧振子或簡稱振子
2、 理想化處理:
①忽略摩擦力 ②忽略彈簧品質
理想化模型
思考: 振子的運動是怎樣一種運動呢?
• 研究彈簧振子的運動
1、位移隨時間的變化規律 A、振動物體的位移x 都是相對於平衡位置 的位移
如圖所示,是振子在A、 B位置的位移xA和xB
-20
小結
1、機械振動:物體在平衡位置(中心位置)兩側附 近所做往復運動。通常簡稱為振動。 平衡位置:振子原來靜止時的位置
2、彈簧振子理性化模型:不計阻力、彈簧的品質與 小球相比可以忽略。

高三物理一轮复习讲义(77)简谐运动

高三物理一轮复习讲义(77)简谐运动

高三物理一轮复习讲义(77)(简谐运动及其描述)一、知识梳理 (一)机械振动1.定义:物体(或物体的一部分)在某一中心位置附近所做的往复运动.______________是机械运动的主要特征.2.回复力:使振动物体返回平衡位置的力.(1)回复力是以__________命名的力,时刻指向__________.(2)回复力是振动物体在振动方向上的合外力.(3)回复力可能是几个力的合力,可能是某一个力,还可能是某一个力的分力.因而回复力不一定等于物体的合外力.3.平衡位置:物体在振动过程中__________为零的位置. (二)简谐运动(1)定义:物体在跟__________大小成正比,并且方向__________的回复力作用下的振动.2.简谐运动的特征(1)受力特征:回复力满足F=__________. (2)运动特征:加速度xm k a-=.3.描述简谐运动的物理量(1)位移:由__________指向振动质点所在位置的有向线段,它是__________量. (2)振幅:振动物体离开平衡位置的__________,它是__________量.(3)周期T 和频率f :物体完成__________所需的时间叫周期,单位时间内完成__________的次数叫频率,二者的关系为Tf 1=(三)两种基本模型(四)简谐运动的图像1.图像意义:表示振子的__________随时间变化的规律.其特征为正弦(或余弦)曲线.2.根据图像可以获得如下信息:①直接读出________和________;②确定某一时刻振动质点相对平衡位置的位移x;③判定任一时刻振动质点的速度方向及加速度方向;④判定某一段时间内振动质点的位移、速度、加速度、动能、势能的大小变化情况.二、典例分析:1.弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点之间做简谐运动,B、C相距20cm。

某时刻振子处于B点,经过0.5s,振子首次到达C点。

求:(1)振子振动的振幅和频率;(2)振子在5s内通过的路程及位移大小;(3)振子在B点的加速度大小跟它距O点4cm处P点的加速度大小的比值。

高考物理大一轮复习 第十四章 波与相对论教师用书(选修3-4)-人教版高三选修3-4物理教案

高考物理大一轮复习 第十四章 波与相对论教师用书(选修3-4)-人教版高三选修3-4物理教案

第十四章|波与相对论〔选修3-4)识。

第74课时 机械振动(双基落实课)[命题者说] 本课时内容包括简谐运动、单摆、受迫振动和共振等知识,主要了解机械振动这种运动形式,高考一般不会对这部分知识单独考查,但是简谐运动的特征、周期和图像、单摆振动的周期,受迫振动和共振等考点,也是高考经常涉及的内容。

一、简谐运动1.定义:如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数规律,即它的振动图像(x ­t 图像)是一条正弦曲线,这样的振动叫做简谐运动。

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,可以由某一个力提供,也可以由几个力的合力或某个力的分力提供。

4.描述简谐运动的物理量 物理量 定 义意 义位移由平衡位置指向质点所在位置的有向线段描述质点振动中某时刻的位置相对于平衡位置的位移 振幅 振动物体离开平衡位置的最大距离 描述振动的强弱和能量周期 振动物体完成一次全振动所需时间 描述振动的快慢,两者互为倒数:T =1f频率 振动物体单位时间内完成全振动的次数相位 ωt +φ描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态[小题练通]1.(2017·西城区模拟)弹簧振子在做简谐运动的过程中,振子通过平衡位置时( ) A .速度最大 B .回复力最大 C .加速度最大D .弹性势能最大解析:选A 弹簧振子在做简谐运动的过程中,振子通过平衡位置时,弹性势能最小,动能最大,故速度最大,选项A 正确,D 错误;弹簧振子通过平衡位置时,位移为零,根据F=-kx ,a =-kx m,可知回复力为零,加速度为零,应选项B 、C 错误。

2.关于简谐运动的周期,以下说法正确的选项是( ) A .间隔一个周期的整数倍的两个时刻,物体的振动情况相同B .间隔半个周期的奇数倍的两个时刻,物体的速度和加速度可能同时相同C .半个周期内物体的动能变化一定为零D .一个周期内物体的势能变化一定为零E .经过一个周期质点通过的路程变为零解析:选ACD 根据周期的定义可知,物体完成一次全振动,所有的物理量都恢复到初始状态,故A 选项正确。

2024高考物理一轮复习-- 机械振动专题(一)--简谐运动的规律和图像

2024高考物理一轮复习-- 机械振动专题(一)--简谐运动的规律和图像

简谐运动的规律和图像一、简谐运动的基本规律1.简谐运动的特征2.注意:(1)弹簧振子(或单摆)在一个周期内的路程一定是4A,半个周期内路程一定是2A,四分之一周期内的路程不一定是A。

(2)弹簧振子周期和频率由振动系统本身的因素决定(振子的质量m和弹簧的劲度系数k ),与振幅无关。

二、简谐运动的图像1.简谐运动的数学表达式:x=A sin(ωt+φ)2.根据简谐运动图象可获取的信息(1)振幅A、周期T(或频率f)和初相位φ(如图所示).(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的大小和速度的方向,速度的方向也可根据下一时刻物体的位移的变化来确定.(4)某时刻质点的回复力、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,在图象上总是指向t轴.(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.3.简谐运动图象问题的两种分析方法法一图象-运动结合法解此类题时,首先要理解x -t 图象的意义,其次要把x -t 图象与质点的实际振动过程联系起来.图象上的一个点表示振动中的一个状态(位置、振动方向等),图象上的一段曲线对应振动的一个过程,关键是判断好平衡位置、最大位移及振动方向.法二 直观结论法简谐运动的图象表示振动质点的位移随时间变化的规律,即位移-时间的函数关系图象,不是物体的运动轨迹.三、针对练习1、一个小物块拴在一个轻弹簧上,并将弹簧和小物块竖直悬挂处于静止状态,以此时小物块所处位置为坐标原点O ,以竖直向下为正方向建立Ox 轴,如图所示。

先将小物块竖直向上托起使弹簧处于原长,然后将小物块由静止释放并开始计时,经过s 10π,小物块向下运动20cm 第一次到达最低点,已知小物块在竖直方向做简谐运动,重力加速度210m /s g =,忽略小物块受到的阻力,下列说法正确的是( )A .小物块的振动方程为0.1sin 102x t π⎛⎫=+ ⎪⎝⎭(m ) B .小物块的最大加速度为2gC 2m /sD .小物块在0~1330s π的时间内所经过的路程为85cm2、(多选)某弹簧振子在水平方向上做简谐运动,其位移x 随时间变化的关系式为x =A sin ωt ,如图所示,则( )A .弹簧在第1 s 末与第5 s 末的长度相同B .简谐运动的频率为18Hz C .第3 s 末,弹簧振子的位移大小为22A D .第3 s 末至第5 s 末,弹簧振子的速度方向不变3、(多选)如图甲所示,悬挂在竖直方向上的弹簧振子,在C 、D 两点之间做简谐运动,O 点为平衡位置。

高中物理简谐运动知识点

高中物理简谐运动知识点

高中物理简谐运动知识点简谐运动是物理中的一个重要概念,它是指一个物体在一个稳定的势能场中,受到一个与位移成正比且方向相反的恢复力作用而产生的运动。

简谐运动具有一些特点和规律,下面将对简谐运动的知识点进行详细介绍。

一、简谐运动的定义简谐运动是指物体在一个稳定的势能场中,受到一个与位移成正比且方向相反的恢复力作用而产生的运动。

简谐运动的典型例子是弹簧振子和单摆。

二、简谐运动的特点1. 平衡位置:简谐运动的平衡位置是指物体受到的恢复力为零的位置,也就是物体不受外力作用时的位置。

2. 恢复力:简谐运动的恢复力与物体的位移成正比且方向相反,即恢复力的大小与位移的大小成正比,方向与位移方向相反。

3. 周期:简谐运动的周期是指物体完成一次完整的往复运动所需要的时间。

周期与物体的质量、势能场的劲度系数和物体的初位移有关,可以用公式T=2π√(m/k)表示,其中T为周期,m为物体的质量,k为劲度系数。

4. 频率:简谐运动的频率是指物体在单位时间内完成的往复运动的次数。

频率与周期的倒数成正比,可以用公式f=1/T表示,其中f为频率。

5. 振幅:简谐运动的振幅是指物体在往复运动过程中位移的最大值。

振幅与物体的能量有关,振幅越大,能量越大。

三、简谐运动的公式1. 位移公式:物体的简谐运动位移可以用公式x=Acos(ωt+φ)表示,其中x为位移,A为振幅,ω为角频率,t为时间,φ为初相位。

2. 速度公式:物体的简谐运动速度可以用公式v=-Aωsin(ωt+φ)表示,其中v为速度,A为振幅,ω为角频率,t为时间,φ为初相位。

3. 加速度公式:物体的简谐运动加速度可以用公式a=-Aω²cos(ωt+φ)表示,其中a为加速度,A为振幅,ω为角频率,t 为时间,φ为初相位。

四、简谐运动的能量在简谐运动中,物体的总能量保持不变。

简谐运动的能量包括动能和势能两部分,动能和势能之和等于总能量。

1. 动能公式:物体的简谐运动动能可以用公式K=1/2mv²表示,其中K为动能,m为物体的质量,v为速度。

高考物理第一轮复习第十四章 第1讲

高考物理第一轮复习第十四章 第1讲

振动 项目 受力情况
简谐运动 受回复力
基础考点 自主悟透
受迫振动 受驱动力作用
共振 受驱动力作用
振动周期或 由系统本身性质决定,即 由驱动力的周期或频率决
频率
固有周期T0或固有频率f0 定,即T=T驱或f=f驱
T驱=T0或f驱=f0
振动物体获得的能 振动变式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 √C.回复力增大
B.速度增大 D.机械能增大
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.
√C.C的振幅比B的振幅大
√D.A、B、C的振动周期相等
图4
研透命题点
02
命题点一 简谐运动的规律
基础考点 自主悟透
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, 运动特征
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, 能量特征 系统的机械能守恒 质点的位移、回复力、加速度和速度均随时间做周期性变化, 周期性特征 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 关于平衡位置O对称的两点,加速度的大小、速度的大小、动 对称性特征 能、势能相等,相对平衡位置的位移大小相等
A.f固=60 Hz
√C.50 Hz<f固≤60 Hz
B.60 Hz<f固<70 Hz D.以上三个都不对

高三物理第一轮复习 简谐运动 新人教版

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第 1 课时 简谐运动基础知识归纳1. 机械振动机械振动是物体在某一位置附近的往复运动,这一位置叫做 平衡位置 .这种往复运动是因为物体受到了相应的力,该力总是试图把离开平衡位置的物体拉向平衡位置,该力叫 回复力 ,是物体做机械振动的条件.2.简谐运动(1)简谐运动是最简单的机械振动形式,物体所受回复力F 与物体 离开平衡位置的位移 成正比,与位移方向相反.判断振动是否是简谐运动的依据是:分析回复力是否满足 F =-kx ,满足这一特征则为简谐运动.(2)回复力是按力的 效果 命名的,单独的一个力、几个力的合力、某个力的分力都可以担当回复力.所以,首先应对振动的物体进行全面的受力分析,寻找出是什么力担当回复力,而不能凭空添加一个回复力.(3)当物体做简谐运动时,运动的周期是完成一次全振动所用的时间.全振动是指:从物体在某一位置的运动开始,直到物体下一次以相同的 速度(或动量) 到达该位置的过程.(4)若简谐运动的位移图象如图,那么该振动图象的解析式是: π2sin sin t TA t A x ∙==ω,简谐运动的表达式为: )π2sin()sin( 00ϕϕω+=+=∙t TA t A x . (5)理想化的弹簧振子模型:一根光滑的水平细杆上套一轻弹簧,弹簧一端固定,另一端连一小球,小球也套在细杆上.将小球拉离平衡位置后放手,小球就做简谐运动.它受到的回复力是 弹簧的弹力 .(6)受迫振动是物体在周期性外力作用下的振动,此周期性外力叫 驱动力 .共振是当驱动力频率与物体固有振动频率十分接近时发生的受迫振动,系统的振幅会很大.(7)简谐运动的能量是振动的 动能 和 势能 的总和,振动过程中机械能守恒,所以 振幅 不变.实际振动过程中机械能逐渐减小,简谐运动是一种理想化的振动. 重点难点突破一、简谐运动的位移从平衡位置指向振子所在位置的有向线段.二、相位描述做周期性运动的物体在各个不同时刻所处的不同状态,是描述不同振动的振动步调的物理量.同相:表明两个振动物体的步调相同.反相:表明两个振动物体的步调相反.相位(ωt +φ)是一个随时间变化的量,它的值相当于一个角度值.相位每增加2π,意味着物体完成了一次全振动.相位差Δφ=(ω1t +φ2)-(ω2t +φ1),若ω1=ω2,则有稳定的相位差Δφ=φ2-φ1,若ω1≠ω2,则不具有稳定的相位差.三、对回复力的理解 回复力是根据力的作用效果来命名的,它可以是一个力,也可以是多个力的合力,还可以由某个力的分力提供.F =-kx 是简谐运动的动力学特征式,是判断一个振动是否为简谐运动的依据.四、振幅与路程的关系一个周期内的路程等于振幅的4倍,半个周期内的路程等于振幅的2倍,41周期内的路程与振幅之间没有确定的关系.若从特殊位置(如平衡位置、最大位移处)开始计时,41周期内的路程等于振幅;若从一般位置开始计时,41周期内的路程与振幅之间没有确定的关系. 五、简谐运动的对称性和周期性 1.空间上的对称性:振子经过关于平衡位置对称的两个位置,速度大小、位移大小、加速度大小、回复力大小、动量大小、动能、势能都相等;关于平衡位置对称的两段位移,振子经过所用的时间相等.2.时间上的周期性:若t 2-t 1=nT (n =1,2,3…),则t 1、t 2两时刻振子在同一位置.若t 2-t 1=nT +2T (n =0,1,2…),则t 1、t 2两时刻,描述振子运动的物理量(x 、a 、v )均大小相等,方向相反.若t 2-t 1=nT +4T (n =0,1,2…)或t 2-t 1=nT +43T (n =0,1,2…),则若t 1时刻振子到达最大位移处,那么t 2时刻振子到达平衡位置,反之亦然.六、简谐运动的图象反映同一质点偏离平衡位置的位移随时间变化的规律.1.从简谐运动图象可直接读出在不同时刻的位移值,从而知道位移x 随时间t 的变化情况.2.可以确定振幅,如图所示.3.可以确定振动的周期和频率,如图所示.4.可以用作曲线上某点切线的办法确定各时刻质点的速度的大小和方向.5.由于简谐运动的加速度与位移大小成正比,方向相反,故可以根据图象上各时刻的位移变化情况确定质点加速度的变化情况.典例精析1.利用动力学特征式F =-kx 证明振动是简谐运动【例1】试证明竖直方向的弹簧振子的振动是简谐运动.【证明】如图所示,设振子的平衡位置为O,竖直向下为正方向,此时弹簧的形变为x0,根据胡克定律及平衡条件有mg-kx0=0 ①当振子向下偏离平衡位置为x时,回复力(即合外力)为F回=mg-k(x+x0) ②将①式代入②式得F回=kx,可见,重物竖直振动时的受力情况符合简谐运动的条件.【拓展1】如图所示,在光滑水平面上,用两根劲度系数分别为k1、k2的轻质弹簧系住一个质量为m的小球.开始时,两弹簧均处于原长,后使小球向左偏离x后放手,可以看到小球将在水平面上做往复振动.试问小球是否做简谐运动?【解析】以小球为研究对象,竖直方向受力平衡,水平方向受到两根弹簧的弹力作用.设小球位于平衡位置O左方某处时,偏离平衡位置的位移为x,则左方弹簧受压,对小球的弹力方向向右,大小为F1=k x1右方弹簧被拉伸,小球所受的弹力方向向右,大小为F2=kx小球所受的回复力等于两个弹力的合力,其方向向右,大小为F=F1+F2=(k+2k)x1令k=k+2k,上式可写成F=kx1由于小球所受的回复力方向与物体位移x的方向相反,故考虑方向后上式可表示为F=-kx.所以,小球将在两根弹簧的作用下,沿水平方向做简谐运动.2.简谐运动图象的识别和简谐运动规律的应用【例2】如图所示是某弹簧振子的振动图象,试由图象判断下列说法中正确的是( )A.振幅为3 m,周期为8 sB.4 s末振子速度为负,加速度为零C.14 s末振子加速度为正,速度最大D.4 s末和8 s末时振子的速度相同【解析】由图象可知振幅A=3 cm,周期T=8 s,故选项A错误.4 s末图线恰与横轴相交,位移为零,则加速度为零.过这一点作图线的切线,切线与横轴的夹角大于90°(或根据下一时刻位移为负),所以振子的速度为负,故选项B正确.根据振动图象的周期性,可推知14 s末质点处于负的最大位移处(也可以把图线按原来的形状向后延伸至14 s末),因此质点的加速度为正的最大,但速度为零,故选项C错误.4 s末和8 s末质点处在相邻的两个平衡位置,则速度方向显然相反(或根据切线斜率判断),所以选项D错误.【答案】B【思维提升】根据简谐运动图象分析简谐运动情况,关键是要知道图象直接地表示了哪些物理量,间接地表示了哪些物理量,分析间接表示的物理量的物理依据是什么.【拓展2】有一弹簧振子在水平方向上的BC之间做简谐运动,已知BC 间的距离为20 cm ,振子在2 s 内完成了10次全振动.若从某时刻振子经过平衡位置时开始计时(t =0),经过41周期振子有正向的最大加速度. (1)求振子的振幅和周期;(2)在图中作出该振子的位移—时间图象;(3)写出振子的振动表达式.【解析】由题意可知BC 间距离等于振幅的2倍,完成一次全振动的时间即为周期,这是解题的突破口.(1)振子的振幅A =10 cm振子的周期T =n t =0.2 s (2)如图所示.(3)ω=Tπ2,x =-A sin ωt =-0.1sin 10πt m 3.利用简谐运动的对称性与牛顿定律结合解题【例3】如图,轻弹簧的一端固定在地面上,另一端与木板B 相连,木板A 放在木板B 上,两木板质量均为m ,现加竖直向下的力F作用于A ,A 与B 均静止.问:(1)将力F 瞬间撤除后,两木板共同运动到最高点时,B 对A 的弹力多大?(2)要使两板不会分开,F 应该满足什么条件?【解析】(1)把没有外力F 作用时物体所处的位置为平衡位置,则物体被外力压下去后,根据对称性,当两木板到达最高点时,其回复力和最低点的回复力大小相等,也为F .此时共同的加速度由牛顿第二定律求得a =F /2mA 物体受到重力与支持力N ,再应用牛顿第二定律有mg -N =ma所以N =mg -ma =mg -F /2(2)要使两板不分离,则N ≥0,由上式得F ≤2mg【思维提升】此题利用了简谐运动的对称性来解题,关于平衡位置对称的两点,回复力大小和加速度大小相等.【拓展3】如图所示,一升降机在箱底有若干个弹簧,设在某次事故中,升降机吊索在空中断裂,忽略摩擦力,则升降机在从弹簧下端触地后直到最低点的一段运动过程中( CD )A.升降机的速度不断减小B.升降机的加速度不断变大C.先是弹力做的负功小于重力做的正功,然后是弹力做的负功大于重力做的正功D.到最低点时,升降机加速度的值一定大于重力加速度的值【解析】本题实质上是一个竖直弹簧振子的物理模型问题.当升降机吊索断裂后升降机先做自由落体运动.当底部弹簧刚触地后,由于重力mg 大于弹力F N ,所以升降机仍向下做加速运动,随着弹簧压缩形变越大,向上的弹力也随之增大,所以向下的合力及加速度不断变小,直至mg =F N 时,a =0,速度达到最大值v m ,这段运动是速度增大、加速度变小的运动.根据动能定理W =ΔE k ,即W G -N F W =ΔE k >0,所以W G >N F W ,重力做的正功大于弹力做的负功,当升降机从a =0的平衡位置继续向下运动时,由于弹力大于重力,所以加速度方向向上,且不断变大,而速度v 不断变小直至为0,这段过程中,W G -WF N =ΔE k <0,所以W G <N F W ,重力做的正功小于弹力做的负功.由此可知,选项A 、B 错,而C 正确.把升降机视为一个竖直弹簧振子,如图所示.弹簧刚触地时升降机的位置在A 点,升降机向下运动到的最低点位置为B 点,速度最大的平衡位置为O 点.在A 点时有向下的速度,A 点为最大位移处到平衡位置中的一点,即A 点并非最大位移点.而B 点速度为零,就是振子平衡位置下方的最大位移点,故BO >AO .既然A 点的加速度a A =g 方向向下,根据弹簧振子的对称性,那么最大位移B 点的最大加速度a B =a m >a A =g ,方向向上,选项D 正确.易错门诊4.简谐运动的周期性导致的多解问题【例4】弹簧振子以O 点为平衡位置做简谐运动,从经过O 点开始计时,振子第一次到达某点P 时用了0.3 s ,又经过0.2 s 第二次经过P 点,则振子第三次经过P 点还要经过的时间是 .【错解】因为当振子从平衡位置到第一次经过P 点时用了0.3 s ,到达最大位移后再回到该点用了0.1 s ,利用对称性知道,振子从该点到平衡位置所用的时间为0.1 s ,从而周期为4×(0.3+0.1)=1.6 s.当振子第三次回到该点时,还要经历时间为1.4 s.【错因】上述错误在于只考虑一种可能情况.【正解】实际上有两种可能.依据对称性不难得出第三次(第二种可能)经过P 点的时间为31 s. 【思维提升】本题容易出的错误是漏掉了另一个可能的解,注意对称性与周期性在解题实践中的应用.。

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进入虚拟课堂高三物理总复习教材(第14讲)一、 本讲内容:简谐运动复习要点1.了解机械振动的定义及特点,了解回复力的概念。

2.掌握简谐运动的运动学特征及动力学特征,掌握利用简谐运动的力学特征判断运动是否是简谐运动的方法。

3.理解振幅、周期、频率等概念的含意。

4.掌握简谐运动的振动图象,学会借助于振动图象解决相关的简谐运动问题的方法 5.掌握特殊的简谐运动(单摆)的运动规律及周期公式。

二、难点剖析1.简谐运动的特征与判断(1)从运动学角度看,简谐运动的特征要有:往复性;周期性,对称性。

所谓的往复性,指的是做简谐运动的质点总是在平衡位置附近(与平衡位置相距不超过振幅A 的范围内)往复运动着,而迫使其往复的则是做简谐运动的质点所受到的回复力。

所谓的周期性,指的是做简谐运动的质点所做具有往复特征的运动总是周而复始地进行着,而每一个循环所经历的时间都是相同的具有严格的周期性特征。

所谓的对称性,指的是做简谐运动的物体在一个周期内将经历四个阶段:从平衡位置向着正方向最大位移运动,这一阶段运动速度逐渐减小而运动加速度的逐渐增大;从正方向最大位移处向着平衡位置运动,这一阶段运动速度逐渐增大而运动加速度则逐渐减小;从平衡位置向着负方向最大位移处运动,这一阶段运动速度逐渐减小而运动加速度则逐渐增大;从负方向最大位移处向着平衡位置运动,这一阶段运动速度逐渐增大而运动加速度则逐渐减小。

上述四个阶段无论是从时间上看或是从空间上看,都是关于平衡位置为对称的。

(2)从动力学角度看,简谐运动的特征表现在所受到的回复力的形式上:简谐运动的质点所受到的回复力F 其方向总与质点偏离平衡位置的位移x 的方向相反,从而总指向平衡位置;其大小则总与质点偏离平衡位置的位移x 的大小成正比,即F=-kx(3)通常可以利用简谐运动的动力学特征去判断某质点的运动是否是简谐运动,其具体的判断方法是如F ★2(1 如图速度ω Fcos θ=Ax 具F 向的方向与投影偏离“平衡位置”O 点的位移x 的方向相反,于是有 F 向=-mA ωcos θ=-m ω2x=-kx 即:匀速圆周运动的投影剧院是简谐运动 (2)简谐运动的周期公式由于匀速圆周运动的周期与角速度的关系为ω=T2而其投影做简谐运动的周期也为T ,且注意到 K=m ω2T=2πKm 3(1)单摆及其理想化条件.如图14—2线的质量可以忽略;与线的长度l 半径可以忽略。

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任务一:简谐运动的回复力
[例1] 分析下面三种情景中物体m做振动所需 要的回复力?
答案:图甲,弹力充当回复力;图乙,弹力和重力的合力 充当回复力;图丙,m的回复力是静摩擦力
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知识梳理
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一、简谐运动的回复力 1.回复力 (1)定义:振动质点受到的总能使其回到平衡位置的力. (2)方向:指向平衡位置. (3)表达式:F=-kx.(“负号”表示回复力的方向与位移 方向始终相反) (4)效果力:回复力是以力的效果命名的,它是由几个力 的合力或者某个力的分力来提供,不一定是物体的合外力。 2.简谐运动的动力学特征 如果物体在运动方向上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。
判一判
1.简谐运动的回复力可以是恒力。(×) 2.简谐运动平衡位置就是质点所受合力为零 的位置。(×) 3.做简谐运动的质点,振幅越大其振动的能 量就越大。(√) 4.回复力的方向总是跟位移的方向相反。(√) 5.弹簧振子在运动过程中机械能守恒。(√) 6.通过速度的增减变化情况,能判断回复力 大小的变化情况。(√)
第二章 第3节 简谐运动的回复力和能量
问题导入
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(名师导学)高考物理总复习 第十四章 章末总结 提高教学案 新人教版-新人教版高三全册物理教学案

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章末总结 提高知 识 网 络 【p 251】机械振动⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎧ 简谐运动⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧动力学特征:F 回=-kx描述振动的物理量⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧振幅A ——振动的强弱 ⎭⎪⎬⎪⎫周期T 频率f ——振动的快慢理想模型⎩⎪⎨⎪⎧弹簧振子:周期公式T =2πm k 单摆:周期公式T =2πl g (摆角很小时)振动图象:振动质点各个时刻的位移阻尼振动:振幅逐渐减小的运动受迫振动⎩⎪⎨⎪⎧实际振动频率由驱动力频率决定,与固有频率无关共振:驱动力频率等于固有频率时振幅最大共鸣:声波中的共振现象 机械波⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎧形成:波源的振动在介质中的传播分类⎩⎪⎨⎪⎧横波:振动方向与传播方向垂直的波纵波:振动方向与传播方向平行的波 描述简谐波的物理量⎩⎪⎨⎪⎧波长λ频率f ——介质中各质点振动的频率波速v 图象:介质中各个质点在某一时刻的位移特性⎩⎪⎨⎪⎧反射衍射:发生明显衍射的条件——障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长差不多干涉:条件——频率相同相差恒定的两列波叠加多普勒效应:当接收者与波源之间有相对运动时所观察到的波的频率发生变化应用:声波⎩⎪⎨⎪⎧可闻声波:20 Hz ≤f ≤20 000 Hz 超声波:f >20 000 Hz 次声波:f <20 Hz 光错误!光错误!电磁波与相对论⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧ 电磁波⎩⎪⎨⎪⎧电磁场和电磁波振荡电路和电磁振荡无线电波的发射与接收 狭义相对论⎩⎪⎨⎪⎧相对性原理⎩⎪⎨⎪⎧在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的光速不变原理物体的质量随速度的增大而增大,物体运动时的质量总是大于静止时的质量质能方程:E =mc 2 解题思路与方法 【p 251】1.关于振动和波这一部分,要注重下列几点:(1)简谐运动过程中的回复力、位移、速度、加速度、动能、势能的变化规律,要抓住简谐运动的周期性和对称性解题.(2)要深刻理解波的形成过程,牢记“波动中各质点都在各自的平衡位置附近做周期性振动,不会随波迁移”,“波动所传播的只是运动形式(振动)和能量”.(3)能正确识别振动图象和波动图象,并能从中挖掘信息作为解题的已知条件,如振幅、周期、波长等,并依时间和空间的周期性列方程解答多种问题.(4)波的干涉和衍射现象①波的衍射现象是普遍存在的,只有明显和不明显的差别.当障碍物或孔的尺寸与波长相差不多或还要小时,衍射现象非常明显,若障碍物或孔的尺寸比波长大得多时,衍射现象不明显.②干涉现象中,振动加强的点只是振幅大了,并非任一时刻的位移都大,振动减弱的点只是振幅小了,也并非任一时刻的位移都是零.当然对两列振幅相等的波来说,振动最弱点的振幅为零,也就是不再振动,位移始终为零,但这是特例.③振动步调一致的两相干波源产生的波的干涉中振动最强(或最弱)点的个数可按如下的简易方法确定:在波的传播范围内,找出Δs 的最大值Δs max 和最小值Δs min .若与两个值对应的点为振动最强点,则必满足Δs min ≤n λ≤Δs max .由此可解出振动最强点的个数Δs min λ≤n ≤Δs max λ若与这两个值对应点为振动最弱的点,则必满足Δs min ≤(2n +1)·λ2≤Δs max . 由此可解出振动最弱点的个数Δs min λ-12≤n≤Δs max λ-12如果Δs 不是连续变化,中间有极值或间断点,需要分段求.2.关于光学部分,要注意下列几点:(1)分析光的反射、折射时,一般要作出光路示意图,以便运用反射、折射规律及光路图中提供的几何关系来求解.(2)全反射问题关键是抓住发生全反射的条件,并运用几何知识进行分析讨论.(3)用折射定律分析光的色散现象分析、计算时要掌握好n 的应用及有关数学知识,着重理解两点:其一,光的频率(颜色)由光源决定,与介质无关;其二,同一介质中,频率越大的光折射率越大.再应用n =c v=λ0λ等知识,就能准确而迅速地判断有关色光在介质中的传播速度、波长、折射光线偏折程度等问题.(4)光的波动性部分的知识脉络是循着历史发展的线索,通过对光的干涉和衍射现象的观察分析、了解光的波动性,通过对麦克斯韦电磁理论的认识,认识光是一种电磁波.(5)关于相对论,只要求了解经典时空观和相对论时空观的区别,掌握狭义相对论的两个基本假设,了解“同时”的相对性、长度的相对性、时间间隔的相对性、质量的相对性,掌握质能方程.体 验 高 考 【p 252】1.(2017·天津)手持较长软绳端点O 以周期T 在竖直方向上做简谐运动,带动绳上的其他质点振动形成简谐波沿绳水平传播,示意如图.绳上有另一质点P ,且O 、P 的平衡位置间距为L.t =0时,O 位于最高点,P 的位移恰好为零,速度方向竖直向上,下列判断正确的是( )A .该简谐波是纵波B .该简谐波的最大波长为2LC .t =T 8时,P 在平衡位置上方 D .t =3T 8时,P 的速度方向竖直向上 【解析】绳波中质点的振动方向与波的传播方向垂直,属于横波,纵波的传播方向和质点的振动方向在同一直线上,故A 错误,根据波形图和波的传播方向可知,位移恰好为零且速度方向竖直向上的质点与O 点的距离应为L =⎝ ⎛⎭⎪⎫n +14λ,其中n =0、1、2、……,波长λ=Ln +14,可知当n =0时有波长的最大值,为λm =4L ,故B 错误;0~T 4内P 由平衡位置振动到波峰,T 4~T 2内P 由波峰回到平衡位置,可知t =T 8时P 在平衡位置上方向上振动,t =3T 8时P 在平衡位置上方向下振动,故C 正确,D 错误.【答案】C2.(2017·北京)某弹簧振子沿x 轴的简谐运动图象如图所示,下列描述正确的是( )A .t =1 s 时,振子的速度为零,加速度为负的最大值B .t =2 s 时,振子的速度为负,加速度为正的最大值C .t =3 s 时,振子的速度为负的最大值,加速度为零D .t =4 s 时,振子的速度为正,加速度为负的最大值【解析】在t =1 s 和t =3 s 时,振子偏离平衡位置最远,速度为零,回复力最大,加速度最大,方向指向平衡位置,A 正确,C 错误;在t =2 s 和t =4 s 时,振子位于平衡位置,速度最大,回复力和加速度均为零,B 、D 错误.【答案】A3.(2017·北京)物理学原理在现代科技中有许多重要应用.例如,利用波的干涉,可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航.如图所示,两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧,它们类似于杨氏干涉实验中的双缝.两天线同时都发出波长为λ1和λ2的无线电波.飞机降落过程中,当接收到λ1和λ2的信号都保持最强时,表明飞机已对准跑道.下列说法正确的是( )A.天线发出的两种无线电波必须一样强B.导航利用了λ1与λ2两种无线电波之间的干涉C.两种无线电波在空间的强弱分布稳定D.两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合【解析】波源S1和波源S2同时发出波长为λ1和λ2的两种波,在波源连线的中垂线上,对于λ1和λ2都是振动最强区域,与相干的两种波的强弱无关,A错误;λ1和λ2两种波不可能发生干涉,B错误;根据波的独立传播原理和相干原理,S1发出的λ1和S2发出的λ1相干涉后在空间的强弱分布稳定;S1发出的λ2和S2发出的波长λ2相干涉后在空间的强弱分布也稳定,即两种无线电波在空间的强弱分布都稳定,C正确;两种无线电波除两波源连线的中垂线上加强区域重合外,其他区域强弱分布一般不重合,D错误.【答案】C4.(2018·全国卷Ⅲ)如图,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O点),然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC边上.D 位于AB边上,过D点作AC边的垂线交AC于F.该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察.恰好可以看到小标记的像;过O点作AB边的垂线交直线DF于E;DE=2 cm,EF=1 cm.求三棱镜的折射率.(不考虑光线在三棱镜中的反射)【解析】过D点作AB边的法线NN′,连接OD,则∠ODN=α为O点发出的光线在D点的入射角;设该光线在D点的折射角为β,如图所示.根据折射定律有nsin α=sin β①式中n为三棱镜的折射率由几何关系可知∠β=60°②∠EOF=30°③在△OEF中有EF=OEsin∠EOF ④由③④式和题给条件得OE=2 cm ⑤根据题给条件可知,△OED为等腰三角形,有α=30°⑥由①②⑥式得n= 3 ⑦5.(2017·北京)如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为a、b两束单色光.如果光束b是蓝光,则光束a可能是( )A.红光 B.黄光 C.绿光 D.紫光【解析】根据题意作出完整光路图,如图所示,a光进入玻璃砖时光线偏折角较大,根据光的折射定律可知玻璃砖对a光的折射率较大,因此a光的频率应高于b光,故选D.【答案】D6.(2017·海南)(1)(多选)如图,空气中有两块材质不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置;一细光束从空气中以某一角度θ(0<θ<90°)入射到第一块玻璃板的上表面.下列说法正确的是( )A.在第一块玻璃板下表面一定有出射光B.在第二块玻璃板下表面一定没有出射光C.第二块玻璃板下表面的出射光方向一定与入射光方向平行D.第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧E.第一块玻璃板下表面的出射光线一定在入射光延长线的右侧(2)从两个波源发出的两列振幅相同、频率均为5 Hz的简谐横波,分别沿x轴正、负方向传播,在某一时刻到达A、B点,如图中实线、虚线所示.两列波的波速均为10 m/s.求:(ⅰ)质点P 、O 开始振动的时刻之差;(ⅱ)再经过半个周期后,两列波在x =1 m 和x =5 m 之间引起的合振动振幅极大和极小的质点的x 坐标.【解析】(1)光线从第一块玻璃板中的上表面射入,在第一块玻璃板中上表面的折射角和下表面的入射角相等,根据光的可逆原理可知,光在第一块玻璃板下表面一定有出射光,同理,在第二个玻璃板下表面也一定有出射光,故A 正确,B 错误.因为光在玻璃板中的上表面的折射角和下表面的入射角相等,根据光的可逆原理知,从下表面出射光的折射角和开始在上表面的入射角相等,即两光线平行,所以第二块玻璃板下表面的出射光方向一定与入射光方向平行,故C 正确.根据光线在玻璃板中发生偏折,由于折射角小于入射角,可知第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧,故D 正确,E 错误.(2)(ⅰ)该波的周期为 T =1f =15s =0.2 s 由图知,质点P 、O 开始振动的时刻之差为Δt =T 4=0.05 s (ⅱ)该波的波长为 λ=vT =10×0.2 m =2 m根据波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时振动加强,当波峰与波谷相遇时振动减弱,可知,两列波在x =1 m 和x =5 m 之间引起的合振动振幅极大的质点的x 坐标为:2 m 、3 m 、4 m 、5 m .合振动振幅极小的质点的x 坐标为1.5 m 、2.5 m 、3.5 m 、4.5 m.【答案】(1)ACD(2)(ⅰ)质点P 、O 开始振动的时刻之差为0.05 s.(ⅱ)两列波在x =1 m 和x =5 m 之间引起的合振动振幅极大的质点的x 坐标为:2 m 、3 m 、3 m 、4 m 、5 m .合振动振幅极小的质点的x 坐标为1.5 m 、2.5 m 、3.5 m 、4.5 m.7.(2017·全国卷Ⅰ)(1)如图(a),在xy 平面内有两个沿z 方向做简谐振动的点波源S 1(0,4)和S 2(0,-2).两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示,两列波的波速均为1.00 m/s.两列波从波源传播到点A(8,-2)的路程差为________m ,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”).(2)如图,一玻璃工件的上半部是半径为R 的半球体,O 点为球心;下半部是半径为R 、高为2R 的圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜.有一平行于中心轴OC 的光线从半球面射入,该光线与OC 之间的距离为0.6R.已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射).求该玻璃的折射率.【解析】(1)S 1A =10 m ,S 2A =8 m 所以光程差Δs =2 m ,从图(b)和图(c)知,两振源振动反相,T 1=T 2=2 s ,所以波长λ=vT =2 m ,两列波从波源传播到点B 的路程差为0,所以互相减弱,两列波从波源传播到点C 的路程差为1 m ,等于λ2,所以互相加强.(注意初相相反)(2)如图,根据光路的对称性和光路可逆性,与入射光线相对于OC 轴对称的出射光线一定与入射光线平行.这样,从半球面射入的折射光线,将从圆柱体底面中心C 点反射.设光线在半球面的入射角为i ,折射角为r.由折射定律有sin i =nsin r ①由正弦定理有sin r 2R =sin (i -r )R② 由几何关系,入射点的法线与OC 的夹角为i.由题设条件和几何关系有sin i =L R③ 式中L 是入射光线与OC 的距离.由②③式和题给数据得sin r =6205④ 由①③④式和题给数据得n = 2.05≈1.43⑤【答案】(1)2 减弱 加强 (2)1.438.(2017·全国卷Ⅱ)(1)(多选)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样.若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是( )A .改用红色激光B .改用蓝色激光C .减小双缝间距D .将屏幕向远离双缝的位置移动E .将光源向远离双缝的位置移动(2)一直桶状容器的高为2l ,底面是边长为l 的正方形;容器内装满某种透明液体,过容器中心轴DD′、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示.容器右侧内壁涂有反光材料,其他内壁涂有吸光材料.在剖面的左下角处有一点光源,已知由液体上表面的D 点射出的两束光线相互垂直,求该液体的折射率.【解析】(1)根据条纹间距表达式Δx =l dλ可知:因红光的波长大于绿光的波长,则改用红色激光可增大条纹间距,选项A 正确;因蓝光的波长小于绿光的波长,则改用蓝色激光可减小条纹间距,选项B 错误;减小双缝间距d 可增加条纹间距,选项C 正确;将屏幕向远离双缝的位置移动,即增加l 可使条纹间距变大,选项D 正确;光源与双缝间的距离不影响条纹间距,选项E 错误.(2)设从光源发出直接射到D 点的光线的入射角为i 1,折射角为r 1.在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点C ,连接C 、D ,交反光壁于E 点,由光源射向E 点的光线,反射后沿ED 射向D 点.光线在D 点的入射角为i 2,折射角为r 2,如图所示.设液体的折射率为n ,由折射定律有nsin i 1=sin r 1①nsin i 2=sin r 2②由题意知r 1+r 2=90°③联立①②③式得n 2=1sin 2i 1+sin 2i 2④ 由几何关系可知sin i 1=l 24l 2+l 24=117⑤ sin i 2=32l 4l 2+9l 24=35⑥ 联立④⑤⑥式得n =1.55⑦【答案】(1)ACD (2)1.559.(2017·全国卷Ⅲ)(1)(多选)如图,一列简谐横波沿x 轴正方向传播,实线为t =0时的波形图,虚线为t =0.5 s 时的波形图.已知该简谐波的周期大于0.5 s .关于该简谐波,下列说法正确的是________.A .波长为2 mB .波速为6 m/sC .频率为1.5 HzD .t =1 s 时,x =1 m 处的质点处于波峰E .t =2 s 时,x =2 m 处的质点经过平衡位置(2)如图,一半径为R 的玻璃半球,O 点是半球的球心,虚线OO′表示光轴(过球心O 与半球底面垂直的直线).已知玻璃的折射率为 1.5.现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线).求:(ⅰ)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值;(ⅱ)距光轴R 3的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O 点的距离. 【解析】(1)由图可以读出,波长为4 m ,故A 错;由于周期大于0.5 s ,所以周期T =0.534s =23 s ;波速v =λT =6 m/s ,B 对;频率f =1T=1.5 Hz ,C 对;t =1 s 时,经过了1.5个周期,x =1 m 处质点处于波谷,D 错;t =2 s 时,经过了3个周期,x =2 m 处质点处于平衡位置,E 对.(2)(ⅰ)如图,设最大距离为d ,入射角为i ,折射角为θ,折射率为n ,由光的折射定律:sin i sin θ=1n① 当光恰能折射出时,θ=90°,即:sin i sin 90°=11.5 ② 得:sin i =23③ 由几何关系可知:sin i =d R ④则:d =R·sin i ⑤即:d =23R ⑥ (ⅱ)如图所示,由几何关系得:sin i ′=R 3R =13⑦ 代入①可得:sin θ′=12⑧ 即:θ′=30° ⑨由三角形外角与内角关系,可得:α=180°-θ′ ⑩β=θ′-i′ ⑪根据正弦定理:L sin α=R sin β⑫ 联立⑦⑨⑩⑪⑫得:L =3()22+35R =62+335R ⑬ 【答案】(1)BCE (2)(i)23R (ii)62+335R 10.(2017·江苏)(1)(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有( )A .飞船上的人观测到飞船上的钟较快B .飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C .地球上的人观测到地球上的钟较快D .地球上的人观测到地球上的钟较慢(2)野生大象群也有自己的“语言”.研究人员录下象群“语言”交流时发出的声音,发现以2倍速度快速播放时,能听到比正常播放时更多的声音.播放速度变为原来的2倍时,播出声波的________(选填“周期”或“频率”)也变为原来的2倍,声波的传播速度________(选填“变大”“变小”或“不变”).(3)人的眼球可简化为如图所示的模型,折射率相同、半径不同的两个球体共轴,平行光束宽度为D ,对称地沿轴线方向射入半径为R 的小球,会聚在轴线上的P 点.取球体的折射率为2,且D =2R ,求光线的会聚角α.(示意图未按比例画出)【解析】(1)飞船相对地球高速运动,所以地球上的人观测飞船上的时钟较慢,而地球相对飞船高速运动,所以飞船上的人认为地球上的时钟较慢,所以A 、C 正确;B 、D 错误.(2)频率由波源决定,播放速度变为原来的2倍时,播出声波的频率变为原来两倍,传播速度由介质决定,所以传播速度不变.(3)由几何关系sin i =D 2R,解得i =45° 则由折射定律sin i sin r=n ,解得r =30° 且i =r +α2,解得α=30°. 【答案】 (1)AC (2)频率 不变 (3)30°11.(多选)(2018·全国卷Ⅲ)一列简谐横波沿x 轴正方向传播,在t =0和t =0.20 s 时的波形分别如图中实线和虚线所示.己知该波的周期T>0.20 s .下列说法正确的是( )A .波速为0.40 m/sB .波长为0.08 mC .x =0.08 m 的质点在t =0.70 s 时位于波谷D .x =0.08 m 的质点在t =0.12 s 时位于波谷E .若此波传入另一介质中其波速变为0.80 m/s ,则它在该介质中的波长为0.32 m【解析】根据波形图可知,波长λ=16 cm =0.16 m ,选项B 错误;根据t =0时刻和t=0.20 s 时刻的波形图和该波的周期T>0.20 s 可知,该波的周期T =0.40 s ,波速v =λT=0.40 m/s ,选项A 正确;简谐波沿x 轴正方向传播,x =0.08 m 的质点在t =0时刻沿y 轴正方向运动,在t =0.70 s 时位于波谷,在t =0.12 s 时位于y>0的某位置(不是位于波谷),选项C 正确,D 错误;若此波传入另一介质中,周期T 不变,其波速变为v =0.80 m/s ,由λ=vT 可得它在该介质中的波长为λ=0.80×0.4 m =0.32 m ,选项E 正确.【答案】ACE12.(2018·全国卷Ⅱ)声波在空气中的传播速度为340 m/s ,在钢铁中的传播速度为4 900 m/s.一平直桥由钢铁制成,某同学用锤子敲击一铁桥的一端而发出声音,分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00 s .桥的长度为______m ,若该波在空气中的波长为λ,则它在钢铁中波长为λ的______倍.【解析】(1)设桥的长度为s则声音在钢铁中传播的时间t =s v =s 4 900声音在空气中的传播时间为t′=s v′=s 340根据题意Δt =t′-t =s 340-s 4 900=1 解得:s =365 m.(2)λ=v f,f 不变 ∴λ钢λ=v v′=4 900340=24517. 【答案】(1)365 (2)2451713.(2018·全国卷Ⅱ)如图,△ABC 是一直角三棱镜的横截面,∠A =90°,∠B =60°,一细光束从BC 边的D 点折射后,射到AC 边的E 点,发生全反射后经AB 边的F 点射出.EG 垂直于AC 交BC 于G ,D 恰好是CG 的中点.不计多次反射.(1)求出射光相对于D 点的入射光的偏角;(2)为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?【解析】(1)光线在BC 面上折射,由折射定律有sin i 1=nsin r 1 ①式中,n 为棱镜的折射率,i 1和r 1分别是该光线在BC 面上的入射角和折射角.光线在AC 面上发生全反射,由反射定律有i 2=r 2②式中i 2和r 2分别是该光线在AC 面上的入射角和反射角.光线在AB 面上发生折射,由折射定律有nsin i 3=sin r 3 ③式中i 3和r 3分别是该光线在AB 面上的入射角和折射角.由几何关系得i 2=r 2=60°,r 1=i 3=30° ④F 点的出射光相对于D 点的入射光的偏角为δ=(r 1-i 1)+(180°-i 2-r 2)+(r 3-i 3) ⑤由①②③④⑤式得δ=60° ⑥(2)光线在AC 面上发生全反射,光线在AB 面上不发生全反射,有nsin i 2≥nsin C>nsin i 3 ⑦式中C 是全反射临界角,满足nsin C =1⑧由④⑦⑧式知,棱镜的折射率n 的取值范围应为 233≤n<2 ⑨ 【答案】(1)60° (2)233≤n<2 14.(2018·全国卷Ⅰ)如图,△ABC 为一玻璃三棱镜的横截面,∠A =30°.一束红光垂直AB 边射入,从AC 边上的D 点射出,其折射角为60°,则玻璃对红光的折射率为________.若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在D 点射出时的折射角________(填“小于”“等于”或“大于”)60°.【答案】 3 大于 15.(2018·全国卷Ⅰ)一列简谐横波在t =13s 时的波形图如图(a)所示,P 、Q 是介质中的两个质点.图(b)是质点Q 的振动图象.求:(1)波速及波的传播方向;(2)质点Q 的平衡位置的x 坐标.【解析】(1)由图(a)可以看出,该波的波长为λ=36 cm ①由图(b)可以看出,周期为T =2 s ②波速为v =λT=18 cm/s ③ 由图(b)知,当t =13s 时,Q 点向上运动,结合图(a)可得,波沿x 轴负方向传播. (2)设质点P 、Q 平衡位置的x 坐标分别为x P 、x Q .由图(a)知,x =0处y =-A 2=Asin(-30°),因此x P =30°360°λ=3 cm ④ 由图(b)知,在t =0时Q 点处于平衡位置,经Δt =13s ,其振动状态向x 轴负方向传播至P 点处,由此及③式有x Q -x P =v Δt =6 cm ⑤由④⑤式得,质点Q 的平衡位置的x 坐标为x Q =9 cm ⑥【答案】(1)18 cm/s (2)沿x 轴负方向传播 9 cm。

2020人教版物理一轮复习:第1讲 简谐运动及其描述

2020人教版物理一轮复习:第1讲 简谐运动及其描述

2.简谐运动及其图象 (1)简谐运动 ①定义:质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律,即它的振动图 象(x-t图象)是一条正弦曲线。 ②特点:简谐运动是最简单、最基本的振动,弹簧振子的运动就是简 谐运动。 (2)简谐运动的图象
①坐标系的建立:在简谐运动的图象中,以横轴表示时间,以纵轴表示振 子离开平衡位置的位移。如图所示。 ②物理意义:表示振动物体的位移随时间的变化规律。 ③图象的绘制方法:a.频闪照相法; b.数码相机和计算机绘制。 ④应用:医院里的心电图及地震仪中绘制地震曲线的装置等。
解析:从经过某点开始计时,则再经过该点两次所用的时间为一个周期,B 正确,A,C错误;振子从A到B或从B到A的时间间隔为半个周期,D错误。
误区警示
关于对称性的理解误区 本题易出的错误有:(1)没有注意到经过A点时速度的双向性,从而缺少了 一个答案。(2)对简谐运动的对称性理解不全面,导致无法确定2 s是多 少个周期,自然也就无法推理出其振幅是多少了。
[自测题组] 1.(多选)如图所示,弹簧振子在a,b两点间做简谐运动,在振子从最大 位移处a向平衡位置O运动的过程中( BD ) A.位移方向向左,速度方向向左 B.位移方向向左,速度方向向右 C.位移不断增大,速度不断减小 D.位移不断减小,速度不断增大
解析:在振子从最大位移处a向平衡位置O运动的过程中,振子受到的合 外力向右且不断减小,速度方向向右且不断增大,A,C错误;位移由平衡 位置指向振子所处位置,方向向左,位移不断减小,故B,D正确。
2.(多选)如图所示为某质点做简谐运动的图象,若t=0时,质点正经过O点 向b点运动,则下列说法正确的是( BCD )
A.质点在0.7 s时,正在背离平衡位置运动 B.质点在1.5 s时的位移最大 C.1.2~1.4 s时间内,质点的位移在增大 D.1.6~1.8 s时间内,质点的速度在增大
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专题14.1 简谐运动与描述课前预习● 自我检测1.如下不是理想化物理模型的是( )A.质点 B.点电荷C.弹簧振子 D.带电粒子【答案】 D2.如下列图,质点在1 s末的位移是( )A.5 cm B.-5 cmC.15 cm D.0【答案】 B【解析】由图象可知,1 s末质点位于负的最大位移处,位移是矢量,方向与正方向相反,所以为-5 cm.3.关于简谐运动,如下说法正确的答案是( )A.位移的方向总指向平衡位置B.加速度方向总和位移方向相反C.位移方向总和速度方向相反D.速度方向总跟位移方向一样【答案】 B【解析】简谐运动的位移的初始位置是平衡位置,所以简谐运动过程中任一时刻的位移都是背离平衡位置的,故A选项错误;振子的加速度总是指向平衡位置的,而位移总是背离平衡位置的,故B选项正确;振子在平衡位置两侧往复运动,故C、D选项错误.4. 如下列图,弹簧振子以O为平衡位置在BC间做简谐运动,如此( )A.从B→O→C为一次全振动B.从O→B→O→C为一次全振动C.从C→O→B→O→C为一次全振动D.从D→C→O→B→O为一次全振动【答案】 C5.一个做简谐运动的弹簧振子,周期为T,振幅为A,设振子第一次从平衡位置运动到x=A2处所经历的时间为t1,第一次从最大位移处运动到x=A2所经历的时间为t2,关于t1与t2,以下说法正确的答案是( )A.t1=t2 B. t1<t2C.t1>t2 D.无法判断【答案】 B【解析】用图象法,画出x—t图象,从图象上,我们可以很直观地看出:t1<t2,因而正确【答案】为B.6.如下列图是用频闪照相的方法获得的弹簧振子的位移—时间图象,如下有关该图象的说法不正确的答案是( )A.该图象的坐标原点是建立在弹簧振子的平衡位置B.从图象可以看出小球在振动过程中是沿横轴方向移动的C.为了显示小球在不同时刻偏离平衡位置的位移,让底片沿垂直x轴方向匀速运动D.图象中小球的疏密显示出一样时间内小球位置变化快慢不同【答案】 B7. 如下列图,为一弹簧振子做简谐运动的振动图线,在t1、t2时刻这个质点的( )A.加速度一样B.位移一样C.速度一样D.机械能一样【答案】 D【解析】在弹簧振子做简谐运动时机械能守恒,在t1、t2两时刻振子具有一样大小的位移,但方向不同,加速度不同,故A、B不正确;由图象可知t1、t2两时刻速度方向不同,故C选项错误.课堂讲练● 典例分析[要点提炼一]一、什么是弹簧振子1.弹簧振子模型:如下列图,如果球与杆之间的摩擦可以忽略,且弹簧的质量与小球的质量相比也可以忽略,如此该装置为弹簧振子.2.弹簧振子不一定水平放置,例如:竖直悬挂的弹簧振子、光滑斜面上的弹簧振子,如下列图.3.振动特点:振动是一种往复运动,具有周期性和往复性.4.弹簧振子的平衡位置:振子原来静止时的位置.二、弹簧振子的位移—时间图象1.图象的建立:用横坐标表示振子运动的时间t,纵坐标表示振子在振动过程中离开平衡位置的位移x,建立直角坐标系.描绘出位移x随时间t变化的图象,如下列图.2.振子的位移x的意义振子的位移通常以平衡位置为参考点,是由平衡位置指向振子所在位置的有向线段(不同于一般运动的位移).在x-t图象中,振子位置在t轴上方,表示位移为正(如图中t1、t4时刻),位置在t轴下方表示位移为负(如图中t2时刻).3.图象的物理意义:反映了振子位置随时间变化的规律,它不是(填“是〞或“不是〞)振子的运动轨迹.三、简谐运动与其图象1.定义:如果质点的位移与时间的关系遵从正弦(或余弦)函数的规律,即它的振动图象(x-t图象)是一条正弦(或余弦)曲线,这样的振动叫做简谐运动.2.特点:简谐运动是最简单、最根本的振动,其振动过程关于平衡位置对称,是一种周期性运动.弹簧振子的运动就是简谐运动.3.图象的应用(1)确定位移与变化从简谐运动图象可直接读出不同时刻t的位移值,从最大位移处向平衡位置运动过程中位移减小,从平衡位置向最大位移处运动过程中位移增大.(2)确定各时刻速度的大小和方向①速度的方向结合质点的实际运动方向判断.②速度的大小根据位移情况判断:在平衡位置,质点速度最大;在最大位移处,质点速度为0.在从平衡位置向最大位移处运动的过程中,速度减小;在从最大位移处向平衡位置运动的过程中,速度增大.一、对弹簧振子运动特点的理解【典例1】一弹簧振子做简谐运动,如下说法中正确的答案是( )A.假设位移为负值,如此速度一定为正值B.振子通过平衡位置时,速度为零,位移最大C.振子每次经过平衡位置时,位移一样,速度也一定一样D.振子每次通过同一位置时,其速度不一定一样,但位移一定一样【答案】 D二、弹簧振子的x-t图象【典例2】如图甲所示,一弹簧振子在A、B间振动,取向右为正方向,振子经过O点时开始计时,其振动的x-t图象如图乙所示.如此如下说法中正确的答案是( )A.t2时刻振子在A点B.t2时刻振子在B点C.在t1~t2时间内,振子的位移在增大D.在t3~t4时间内,振子的位移在减小【答案】AC【解析】振子在A点和B点时的位移最大,由于取向右为正方向,所以振子运动到A 点有正向最大位移,在B点有负向最大位移,如此t2时刻,振子在A点,t4时刻,振子在B 点,应当选项A正确,B错误;振子的位移是以平衡位置为参考点的,所以在t1~t2和t3~t4时间内振子的位移都在增大,应当选项C正确,D错误.三、对简谐运动图象的理解【典例3】如下列图为某物体做简谐运动的图象,如下说法中正确的答案是( )A.由P→Q位移在增大B.由P→Q速度在增大C.由M→N位移先减小后增大D.由M→N位移始终减小【答案】AC【典例4】如下列图,弹簧振子B上放一个物块A,在A与B一起做简谐运动的过程中,关于A受力的说法中正确的答案是〔〕A.物块A受重力、支持力与弹簧对它的恒定的弹力B.物块A受重力、支持力与弹簧对它的大小和方向都随时间变化的弹力C.物块A受重力、支持力与B对它的恒定的摩擦力D.物块A受重力、支持力与B对它的大小和方向都随时间变化的摩擦力【答案】D【解析】物块A也做简谐运动,回复力由水平方向上B对A的摩擦力提供,根据回复力特点,这个摩擦力的大小和方向都随时间变化.在竖直方向上A所受的重力和支持力是一对平衡力,所以D选项正确.【典例5】如图为竖直方向的弹簧振子,试在图中标出平衡位置与两端点,说出这三点振子的受力特点,加速度、位移、速度特点,并总结在一次振动中振子的运动规律.【答案】见解析【解析】如下列图,O为平衡位置,A、B为两端点,受力如下列图,在A点处弹力也可能向上,也可能为零,但回复力最大,方向指向O.B点处振子受向上的弹力和重力,回复力向上.O点处,振子受向上的弹力和重力,加速度、位移、回复力均为零,速度最大;A、B处,加速度、位移、回复力均最大,速度为零.由O→A,O→B是加速度增大的减速运动,A→O,B→O是加速度减小的加速运动.【反思总结】一、弹簧振子与其运动规律弹簧振子是一个理想化的模型,是理想化处理后的弹簧和小球组成的系统.实际振子假设:1.弹簧的质量比小球的质量小得多,可以认为质量集中于振子〔小球〕;2.小球体积较小,可以认为是一个质点;3.阻力足够小,可以忽略;4.振子的往复运动处在弹簧的弹性限度内时;就可以看作弹簧振子.弹簧振子原来静止的位置是平衡位置,振子经过平衡位置时位移是零,而速度最大.离开平衡位置时,位移变大,但速度变小.离开平衡位置位移最大处速度为零,而位移最大.简谐运动中的位移都是相对平衡位置而言.二、简谐运动的受力特征物体做简谐运动的受力条件是:F=-kx.F表示物体所受的回复力,负号表示回复力与物体偏离平衡位置的位移方向相反,此式表示回复力与位移大小成正比与位移方向相反.由此也可判断物体的加速度也是与物体偏离平衡位置位移大小成正比,方向相反.回复力是按效果命名的,它可以是一个力,也可以是多个力的合力,或一个力的分力.回复力的效果就是使做简谐运动的物体回到平衡位置.由回复力做功情况也可知,振动系统的动能、势能的变化情况:由平衡位置向最大位移运动时动能减小,势能增加,反之如此动能增加势能减小.[要点提炼二]一、描述简谐运动的物理量1.振幅(1)定义:振动物体离开平衡位置的最大距离,叫做振动的振幅.用A表示,单位为米(m).(2)物理含义:振幅是描述振动范围的物理量;振幅的大小反映了振动的强弱和振动系统能量的大小.2.周期(T)和频率(f)3.振幅与位移、路程、周期的关系(1)振幅与位移:振动中的位移是矢量,振幅是标量.在数值上,振幅与振动物体的最大位移相等,在同一简谐运动中振幅是确定的,而位移随时间做周期性的变化.(2)振幅与路程:振动中的路程是标量,是随时间不断增大的.其中常用的定量关系是:一个周期内的路程为4倍振幅,半个周期内的路程为2倍振幅.(3)振幅与周期:在简谐运动中,一个确定的振动系统的周期(或频率)是固定的,与振幅无关.4.对全振动的理解(1)全振动的定义:振动物体以一样的速度相继通过同一位置所经历的过程,叫作一次全振动.(2)正确理解全振动的概念,还应注意把握全振动的四个特征.①物理量特征:位移(x )、加速度(a )、速度(v )三者第一次同时与初始状态一样. ②时间特征:历时一个周期. ③路程特征:振幅的4倍. ④相位特征:增加2π. 二、简谐运动的表达式1.表达式:简谐运动的表达式可以写成x =A sin ()ωt +φ或x =A sin(2πTt +φ)2.表达式中各量的意义(1)“A 〞表示简谐运动的“振幅〞.(2)ω是一个与频率成正比的物理量叫简谐运动的圆频率.(3)“T 〞表示简谐运动的周期,“f 〞表示简谐运动的频率,它们之间的关系为T =1f.(4)“2πTt +φ〞或“2πft +φ〞表示简谐运动的相位.(5)“φ〞表示简谐运动的初相位,简称初相. 一、对描述简谐运动物理量的理解【典例1】如下列图,弹簧振子以O 点为平衡位置,在B ,C 间振动,如此( )A .从B →O →C →O →B 为一次全振动 B .从O →B →O →C →B 为一次全振动 C .从C →O →B →O →C 为一次全振动D .OB 不一定等于OCE .B 、C 两点是关O 点对称的 【答案】 ACE【典例2】一个物体做简谐运动时,周期是T ,振幅是A ,那么物体( ) A .在任意T 4内通过的路程一定等于AB .在任意T2内通过的路程一定等于2AC .在任意3T4内通过的路程一定等于3AD .在任意T 内通过的路程一定等于4AE .在任意T 内通过的位移一定为零 【答案】 BDE【解析】 物体做简谐运动,是变加速直线运动,在任意T4内通过的路程不一定等于A ,故A 错误;物体做简谐运动,在任意T2内通过的路程一定等于2A ,故B 正确;物体做简谐运动,在任意3T4内通过的路程不一定等于3A ,故C 错误;物体做简谐运动,在一个周期内完成一次全振动,位移为零,路程为4A ,故D 、E 正确.二 、对简谐运动的表达式的理解【典例3】物体A 做简谐运动的振动位移x A =3sin ⎝⎛⎭⎪⎫100t +π2 m ,物体B 做简谐运动的振动位移x B =5sin ⎝⎛⎭⎪⎫100t +π6 m .比拟A ,B 的运动( ) A .振幅是矢量,A 的振幅是6 m ,B 的振幅是10 mB .周期是标量,A ,B 周期相等,为100 sC .A 振动的频率f A 等于B 振动的频率f BD .A 振动的圆频率ωA 等于B 振动的圆频率ωBE .A 的相位始终超前B 的相位π3【答案】 CDE【典例4】一物体沿x 轴做简谐运动,振幅为8 cm ,频率为0.5 Hz ,在t =0时,位移是4 cm ,且向x 轴负方向运动,试写出用正弦函数表示的振动方程,并画出相应的振动图象.【答案】 见解析【解析】 简谐运动的表达式为x =A sin(ωt +φ),根据题目所给条件得A =8 cm ,ω=2πf =π,所以x =8sin(πt +φ),将t =0,x 0=4 cm 代入得4=8sin φ,解得初相φ=π6或φ=56π,因为t =0时,速度方向沿x 轴负方向,即位移在减小,所以取φ=56π,所求的振动方程为x =8sin(πt +56π) cm,画对应的振动图象如下列图.【典例5】一个质点以O 为中心做简谐运动,位移随时间变化的图象如下列图,a 、b 、c 、d 表示质点在不同时刻的相应位置,如下说法正确的答案是( )A .质点在位置b 比位置d 时相位超前π2B .质点通过位置b 时,相对平衡位置的位移为A2C .质点从位置a 到c 和从位置b 到d 所用时间相等D .质点从位置a 到b 和从b 到c 的平均速度相等E .质点在b 、d 两位置速度一样【答案】 ACE【反思总结】1.简谐运动的表达式:x =A sin(ωt +φ)式中x 表示振动质点相对于平衡位置的位移;t 表示振动的时间;A 表示振动质点偏离平衡位置的最大距离,即振幅.2.各量的物理含义(1)圆频率:表示简谐运动物体振动的快慢.与周期T 与频率f 的关系:ω=2πT=2πf . (2)φ表示t =0时,简谐运动质点所处的状态,称为初相位或初相.ωt +φ表示做简谐运动的质点在t 时刻处在一个运动周期中的哪个状态,所以表示简谐运动的相位.3.做简谐运动的物体运动过程中的对称性(1)瞬时量的对称性:各物理量关于平衡位置对称.以水平弹簧振子为例,振子通过关于平衡位置对称的两点,位移、速度、加速度大小相等,动能、势能、机械能相等.(2)过程量的对称性:振动质点来回通过一样的两点间的时间相等,如t BC =t CB ;质点经过关于平衡位置对称的等长的两线段的时间相等,如t BC =t B ′C ′,如下列图.4.做简谐运动的物体运动过程中的周期性简谐运动是一种周而复始的周期性的运动,按其周期性可做如下判断:(1)假设t 2-t 1=nT ,如此t 1,t 2两时刻振动物体在同一位置,运动情况一样.(2)假设t 2-t 1=nT +12T ,如此t 1,t 2两时刻,描述运动的物理量(x ,F ,a ,v )均大小相等,方向相反.(3)假设t 2-t 1=nT +14T 或t 2-t 1=nT +34T ,如此当t 1时刻物体到达最大位移处时,t 2时刻物体到达平衡位置;当t 1时刻物体在平衡位置时,t 2时刻物体到达最大位移处;假设t 1时刻物体在其他位置,t 2时刻物体到达何处就要视具体情况而定.5用简谐运动表达式解答振动问题的方法(1).明确表达式中各物理量的意义,可直接读出振幅、圆频率、初相.(2).ω=2πT=2πf 是解题时常涉与到的表达式. (3).解题时画出其振动图象,会使解答过程简捷、明了.课后巩固 ● 课时作业题组一 对机械振动的理解1.如下运动属于机械振动的是( )①乒乓球在地面上的自由来回上下运动 ②弹簧振子在竖直方向的上下运动 ③秋千在空中的来回运动 ④竖立于水面上的圆柱形玻璃瓶的上下运动A .①②B .②③C .③④D .②③④【答案】 D【解析】 机械振动的特点是物体在平衡位置附近做往复运动.故D 项正确.2.关于机械振动的位移和平衡位置,以下说法中正确的答案是( )A .平衡位置就是物体振动范围的中心位置B .机械振动的位移总是以平衡位置为起点的位移C .机械振动的物体运动的路程越大,发生的位移也越大D .机械振动的位移是指振动物体偏离平衡位置最远时的位移【答案】 B题组二 弹簧振子的运动特点3.做简谐运动的弹簧振子在某段时间内速度越来越大,如此这段时间内( )A.振子的位移越来越大B.振子正向平衡位置运动C.振子速度与位移同向D.振子速度与位移方向相反【答案】BD【解析】弹簧振子在某段时间内速度越来越大,说明它正向平衡位置运动,故位移越来越小,A错,B对.位移方向是从平衡位置指向振子,故二者方向相反,C错,D对.4.如下列图,弹簧振子在a、b两点间做简谐运动,在振子从最大位移处a向平衡位置O 运动过程中( )A.位移方向向左,速度方向向左B.位移方向向左,速度方向向右C.位移不断增大,速度不断减小D.位移不断减小,速度不断增大【答案】BD题组三弹簧振子的x-t图象5.如下列图为获取弹簧振子的位移-时间图象的一种方法,小球的运动轨迹是往复运动的一段线段,而简谐运动的图象是正弦(或余弦)曲线.如下说法正确的答案是( )A.如果纸带不动,作出的振动图象仍然是正弦(或余弦)函数曲线B.如果纸带不动,作出的振动图象是一段线段C.图示时刻,振子正经过平衡位置向右运动D.假设纸带运动的速度不恒定,如此纸带上描出的仍然是简谐运动的图象【答案】BC【解析】当纸带不动时,描出的只是振子在平衡位置两侧往复运动的轨迹,是一段线段,选项A错误,B正确;由振动图象可以看出,图示时刻振子正由平衡位置向右运动,选项C正确;只有当纸带匀速运动时,振动图象才是正弦(或余弦)函数曲线,而简谐运动的图象一定是正弦(或余弦)函数曲线,应当选项D错误.6.图3为一弹簧振子的振动图象,规定向右的方向为正方向,图4为弹簧振子的示意图,弹簧振子在F、G之间运动,E是振动的平衡位置,试根据图象分析以下问题:图3 图4(1)如图4所示,振子振动的起始位置是________(填“E〞、“F〞或“G〞),从初始位置开始,振子向________(填“左〞或“右〞)运动.(2)在图4中,找出图象中的A、B、C、D点各对应振动过程中的哪个位置?A对应__________,B对应________,C对应________,D对应________.(3)在t=2s时,振子的速度方向与t=0时速度方向________(填“一样〞或“相反〞).(4)振子在前4s内的位移等于________.【答案】(1)E右(2)GEFE(3)相反(4)0题组四对简谐运动图象的理解7.如下列图为某质点做简谐运动的图象,如此如下说法正确的答案是( )A.质点在0.7s时,正在远离平衡位置B.质点在1.5s时的位移最大C.1.2s到1.4s,质点的位移在增大D.1.6s到1.8s,质点的位移在增大【答案】BC8.如下列图是质点做简谐运动的图象,由此可知( )A.t=0时,质点位移、速度均为零B.t=1s时,质点位移最大,速度为零C.t=2s时,质点的位移为零,速度负向最大D.t=4s时,质点停止运动【答案】BC【解析】当t=0时,质点的位移为零,此时质点在平衡位置具有沿x轴正方向的最大速度,选项A错误;当t=1s时,质点的位移最大,此时质点运动到正方向的最大位移处,速度为零,选项B正确;t=2s时,质点的位移为零,速度沿x轴负方向最大,选项C正确;根据振动图象可知,D错误.9.如下列图是某质点做简谐运动的振动图象,根据图象中的信息,回答如下问题:(1)质点离平衡位置的最大距离有多大?(2)在1.5s和2.5s两个时刻,质点向哪个方向运动?(3)质点在第2s末的位移是多少?【答案】(1)10cm (2)1.5s时刻向平衡位置运动 2.5s时刻背离平衡位置运动(3)0 【解析】由图象上的信息,结合质点的振动过程可作出以下回答:(1)质点离平衡位置的最大距离就是x的最大值10cm;(2)在1.5s以后的一小段时间质点位移减小,因此是向平衡位置运动,在2.5s以后的一小段时间质点位移增大,因此是背离平衡位置运动;(3)质点2s末在平衡位置,因此位移为零.10.弹簧振子做简谐运动的振动图象如下列图,如此( )A.t=0时,质点位移为零,速度为零,加速度为零B.t=1 s时,质点位移最大,速度为最大,加速度最大C.t1和t2时刻振子具有一样的速度D.t3和t4时刻振子具有一样的加速度【答案】 D题组五1.一个做简谐运动的弹簧振子,周期为T,振幅为A,设振子第一次从平衡位置运动到x=A2处所经历的时间为t1,第一次从最大位移处运动到x=A2所经历的时间为t2,关于t1与t2,以下说法正确的答案是( )A.t1=t2 B.t1<t2C.t1>t2 D.无法判断【答案】 B【解析】画出x-t图象,从图象上,我们可以很直观地看出:t1<t2,因而正确答案为B.2.有一个在光滑水平面内的弹簧振子,第一次用力把弹簧压缩x后释放让它振动,第二次把弹簧压缩2x后释放让它振动,如此先后两次振动的周期之比和振幅之比分别为( ) A.1∶1,1∶1 B.1∶1,1∶2C.1∶4,1∶4 D.1∶2,1∶2【答案】 B【解析】弹簧的压缩量即为振子振动过程中偏离平衡位置的最大距离,即振幅,故振幅之比为1∶2.而对同一振动系统,其周期由振动系统自身的性质决定,与振幅无关,故周期之比为1∶1.3.一水平弹簧振子做简谐运动,周期为T,如此( )A.假设t时刻和(t+Δt)时刻振子运动位移的大小相等、方向一样,如此Δt一定等于T 的整数倍B .假设t 时刻和(t +Δt )时刻振子运动位移的大小相等、方向相反,如此Δt 一定等于T2的整数倍C .假设Δt =T ,如此在t 时刻和(t +Δt )时刻振子振动的速度一定相等D .假设Δt =T2,如此在t 时刻和(t +Δt )时刻弹簧的长度一定相等 【答案】 C【解析】 如下列图,4.有两个简谐运动,其表达式分别是x 1=4sin (100πt +π3) cm ,x 2=5sin (100πt +π6) cm ,如下说法正确的答案是( )A .它们的振幅一样B .它们的周期一样C .它们的相位差恒定D .它们的振动步调一致【答案】 BC5 .一根自由长度为10 cm 的轻弹簧,下端固定,上端连一个质量为m 的物块P .在P 上再放一个质量为m 的物块Q ,系统静止后,弹簧长度为6 cm ,如下列图,如果迅速向上移去Q ,物块P 将在竖直方向做简谐运动,此后弹簧的最大长度是( )A .8 cmB .9 cmC .10 cmD .11 cm【答案】 C【解析】 由题可知物块P 在竖直方向上做简谐运动.平衡位置是重力和弹簧弹力相等的位置,由题中条件可得此时弹簧长度为8 cm ,P 刚开始运动时弹簧长度为6 cm ,所以弹簧的最大长度是10 cm ,C 选项正确.6.做简谐运动的小球按x =0.05sin (2πt +π4) m 的规律振动. (1)求小球振动的圆频率、周期、频率、振幅和初相位;(2)当t 1=0.5 s 、t 2=1 s 时小球的位移分别是多少?【答案】 (1)振幅A =0.05 m ,初相位φ0=π4,圆频率ω=2π rad/s,周期T =1 s ,频率f =1 Hz(2)-0.025 2 m 0.025 2 m【解析】 (1)根据表达式可以直接判断振幅A =0.05 m ,初相位φ0=π4,圆频率ω=2π rad/s ,周期T =2πω=1 s ,频率f =1T=1 Hz. (2)将t 1=0.5 s 、t 2=1 s 代入x =0.05sin (2πt +π4) m 得x 1=0.05sin 5π4m =-0.025 2 m ,x 2=0.05sin 9π4m =0.025 2 m. 7.如下列图为A 、B 两个简谐运动的位移—时间图象.试根据图象写出:word - 21 - / 21 (1)A 的振幅是______cm ,周期是________s ;B 的振幅是________cm ,周期是________s.(2)试写出这两个简谐运动的位移随时间变化的关系式.(3)在时间t =0.05 s 时两质点的位移分别是多少?【答案】 (1)0.5 0.4 0.2 0.8(2)x A =0.5sin (5πt +π) cm,x B =0.2sin (2.5πt +π2) cm (3)x A =-24 cm ,x B =0.2sin 58π cm。

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