專題十三機械振動機械波光電磁波相對論簡介考點內(nèi)容要求熱點1.簡諧運動1.從近幾年的高考試題來看，對本章內(nèi)容主要考查簡諧運動的圖象、波動圖象以及波的傳播規(guī)律等；另外對光學知識的考查主要以折射定律、全反射等知識為主.2.理解簡諧運動圖象的物理意義，掌握兩種簡諧運動模型，掌握單擺的周期公式.2.簡諧運動的公式和圖象3.單擺、單擺的周期公式4.受迫振動和共振5.機械波6.橫波和縱波7.橫波的圖象8.波速、波長和頻率(周期)的關(guān)系9.波的干涉和衍射現(xiàn)象10.多普勒效應11.光的折射定律12.折射率考點內(nèi)容要求熱點13.全反射、光導纖維3.理解機械波的三大關(guān)系：波速、波長、頻率間的關(guān)系；空間距離和時間的關(guān)系；質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向間的關(guān)系.4.幾何光學中，注重正確規(guī)范地作圖，將有關(guān)規(guī)律和幾何關(guān)系相結(jié)合.5.理解電磁波、相對論的基本概念及規(guī)律.14.光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象15.電磁波的產(chǎn)生16.電磁波的發(fā)射、傳送和接收17.電磁波譜18.狹義相對論的基本假設19.質(zhì)能關(guān)系實驗十四：探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度實驗十五：測定玻璃的折射率實驗十六：用雙縫干涉測量光的波長(續(xù)表)第1講機械振動一、簡諧運動1.定義：物體在跟位移大小成正比并且總是指向平衡位置的_作用下的振動.回復力零2.平衡位置：物體在振動過程中回復力為_的位置.3.回復力平衡位置平衡位置(1)定義：使物體返回到_的力.(2)方向：總是指向_.(3)來源：屬于效果力，可以是某一個力，也可以是幾個力的合力或某個力的分力.模型條件回復力平衡位置周期能量轉(zhuǎn)化彈簧振子(1)彈簧質(zhì)量可忽略(2)無摩擦等阻力(3)在彈簧彈性限度內(nèi)彈簧的彈力提供彈簧處于原長處T與振幅無關(guān)彈性勢能與動能的相互轉(zhuǎn)化，機械能守恒單擺擺線為不可伸縮的輕細線(2)無空氣等阻力(3)最大擺角小于10擺球重力沿與擺線垂直(即切向)方向的分力最低點T重力勢能與動能的相互轉(zhuǎn)化，機械能守恒4.兩個典型的簡諧運動模型【基礎檢測】1.(多選)彈簧振子在光滑的水平面上做簡諧運動，在振子向)著平衡位置運動的過程中，下列說法正確的是(A.振子所受的回復力逐漸減小B.振子離開平衡位置的位移逐漸增大C.振子的速度逐漸增大D.振子的加速度逐漸增大E.振子的機械能守恒答案：ACE二、簡諧運動的規(guī)律和圖象1.簡諧運動的規(guī)律(1)變化規(guī)律(2)對稱規(guī)律對稱性相同相反做簡諧運動的物體，在關(guān)于平衡位置對稱的兩點，回復力、位移、加速度具有等大反向的關(guān)系，另外速度的大小、動能具有_，速度的方向可能_或_.振動物體來回通過相同的兩點間的時間相等，如tBCtCB；振動物體經(jīng)過關(guān)于平衡位置對稱的等長的兩線段的時間相等，如tBC_tBC，如圖1311所示.圖 1311(3)運動的周期性特征相隔 T 或 nT 的兩個時刻振動物體處于同一位置且振動狀態(tài)相同.2.簡諧運動的圖象Asin t(1)從平衡位置開始計時，函數(shù)表達式為 x_，圖象如圖 1312 甲所示.圖 1312(2)從最大位移處開始計時，函數(shù)表達式為 x_，圖象如圖乙所示.Acos t(3)圖象的意義：反映了位移隨時間的變化規(guī)律.隨時間的延長而延伸，圖象不是質(zhì)點運動的軌跡.【基礎檢測】2.(多選)關(guān)于簡諧運動的位移、加速度和速度的關(guān)系，下列A.位移減小時，加速度減小，速度也減小B.位移方向總是與加速度方向相反，與速度方向相同C.物體的運動方向指向平衡位置時，速度方向與位移方向相反；背離平衡位置時，速度方向與位移方向相同D.物體向負方向運動時，加速度方向與速度方向相同；向正方向運動時，加速度方向與速度方向相反E.速度和加速度不可能同時增大答案：ABD三、受迫振動和共振1.受迫振動(1)定義：質(zhì)點在_作用下的運動.(2)特點：受迫振動的周期和頻率_驅(qū)動力的周期和頻率.驅(qū)動力等于大2.共振：當驅(qū)動力的周期和頻率等于物體的固有周期和頻率時，受迫振動的振幅最_，這種現(xiàn)象叫共振.【基礎檢測】3.汽車的車身是裝在彈簧上的，如果這個系統(tǒng)的固有周期是 1.5 s，汽車在一條起伏不平的路上行駛，路上各凸起處大約都相隔 8 m，汽車以多大速度行駛時，車身上下顛簸得最劇烈？解：汽車做受迫振動，經(jīng)過相鄰的凸起所用的時間為受迫振動的周期，根據(jù)共振的條件T固T驅(qū)1.5 s時振動最劇烈，所以汽車速度為考點1簡諧運動的特征 重點歸納1.力學特征：簡諧運動的回復力滿足 Fkx，位移 x 與回復力的方向相反.由牛頓第二定律知，加速度 a 與位移的大小成正比，方向相反.2.運動特征：當 v、a 同向(即 v、F 同向，也就是 v、x 反向)時，v 一定增大；當 v、a 反向(即 v、F 反向，也就是 v、x 同向)時，v 一定減小.當物體靠近平衡位置時，a、F、x 都減小，v增大；當物體遠離平衡位置時，a、F、x 都增大，v 減小.3.能量特征：對彈簧振子和單擺來說，振幅越大，能量越大，在振動過程中，動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機械能守恒.4.周期性特征：物體做簡諧運動時，其位移、回復力、加速度、速度等矢量都隨時間做周期性的變化，它們的周期就是簡諧運動的周期 T.物體的動能和勢能也隨時間做周期性的變5.對稱性特征(1)速率的對稱性：物體在關(guān)于平衡位置對稱的兩位置具有相等的速率.(2)時間的對稱性：物體通過關(guān)于平衡位置對稱的兩段位移的時間相等.在振動過程中，物體通過任意兩點 A、B 的時間與逆向通過這兩點的時間相等.(3)加速度的對稱性：物體在關(guān)于平衡位置對稱的兩位置具有等大、反向的加速度. 典例剖析例 1：(2013 年新課標全國卷)如圖1313 所示，一輕彈簧一端固定，另一端連接一物塊構(gòu)成彈簧振子，該物塊是由 a、b 兩個小物塊粘在一起組成的.物塊在光滑水平面上左右振動，振幅為 A0，周期為 T0.當物塊向右通過平衡位置時，a、b 之間的粘膠脫開；以后小物塊 a 振動的振幅和周期分別為 A 和 T，則A_A0(填“”“”“”或“”).圖 1313思維點撥：由題意可知，a、b 脫離后，b 做勻速直線運動，a 做簡諧運動，故簡諧運動的能量減小，振幅減小，周期變小.解析：當物塊向右通過平衡位置時，脫離前：答案：考點2簡諧運動圖象的應用 重點歸納(1)由圖象可以看出振幅、周期.(2)可以確定某時刻質(zhì)點離開平衡位置的位移.(3)可以根據(jù)圖象確定某時刻質(zhì)點回復力、加速度和速度的方向.回復力和加速度的方向：因回復力總是指向平衡位置，故回復力和加速度在圖象上總是指向 t 軸.速度的方向：速度的方向可以通過下一時刻位移的變化來判定，若下一時刻位移增大，振動質(zhì)點的速度方向就是遠離t 軸；若下一時刻位移減小，振動質(zhì)點的速度方向就是指向 t 軸. 典例剖析例 2：(多選，2016 年湖北襄陽檢測)如圖1314甲所示為一彈簧振子自由振動(即做簡諧運動)時的位移隨時間變化的圖象，圖乙為該彈簧振子在某外力的作用下做受迫振動時的位移)乙隨時間變化的圖象，則下列說法中正確的是(甲圖 1314A.由圖甲可知該彈簧振子的固有周期為 4 sB.由圖乙可知該彈簧振子的固有周期為 8 sC.由圖乙可知外力的周期為 8 sD.如果改變外力的周期，在接近 4 s 的附近該彈簧振子的振幅較大E.如果改變外力的周期，在接近 8 s 的附近該彈簧振子的振幅較大解析：如題圖甲所示是彈簧振子自由振動時的圖象，由圖甲可知，其振動的固有周期為 4 s，A 正確，B 錯誤；圖乙是彈簧振子在驅(qū)動力作用下的振動圖象，彈簧振子的振動周期等于驅(qū)動力的周期，即 8 s，C 正確；當固有周期與驅(qū)動力的周期相等時，其振幅最大，驅(qū)動力的周期越接近固有周期，彈簧振子的振幅越大，D 正確，E 錯誤.答案：ACD備考策略：彈簧振子自由振動的周期是固有周期，受迫振動的周期等于驅(qū)動力的周期；當受迫振動的周期與彈簧振子的固有周期相等時，發(fā)生共振，受迫振動的振幅最大.【考點練透】如圖 1315 甲所示，豎直懸掛的彈簧振子下端裝有記錄筆，在豎直平面內(nèi)放置記錄紙.當振子上下自由振動時，振動頻率為10 Hz.現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動把手，給彈簧振子以周期性的驅(qū)動力，并以水平向左的速度 v5 m/s 勻速拉動記錄紙，記錄筆在紙上留下記錄的痕跡，建立坐標系，測得的數(shù)據(jù)如圖乙所示，則彈簧振子振動的振幅為_，頻率為_，若將勻速轉(zhuǎn)動把手的周期改為 0.1 s ，則彈簧振子的振幅將_( 填“變大”“變小”或“不變”).甲乙圖 1315解析：設周期為T，振幅為 A.由于振幅是振子離開平衡位置的最大距離，等于振子在最高點與最低點間距離的一半，所以由題圖得：A5 cm；由于振動的周期就是記錄紙從0 至x答案：5 cm 5 Hz變大