1、专题十二机械振动机械波光电磁波相对论简介考点内容要求热点简谐运动(1)从近几年的高考试题来看，对本章内容主要考查简谐运动的图象、波动图象以及波的传播规律等；另外对光学知识的考查主要以折射定律、全反射等知识为主(2)理解简谐运动图象的物理意义，掌握两种简谐运动模型，掌握单摆的周期公式(3)理解机械波的三大关系：波速、波长、频率间的关系；空间距离和时间的关系；质点的振动方向和波的传播方向间的关系(4)几何光学中，注重正确规范地作图，将有关规律和几何关系相结合(5)理解电磁波、相对论的基本概念及规律简谐运动的公式和图象单摆、单摆的周期公式受迫振动和共振机械波横波和纵波横波的图象波速、波长和频率(周期
2、)的关系波的干涉和衍射现象多普勒效应光的折射定律折射率全反射、光导纤维光的干涉、衍射和偏振现象变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁波及其传播电磁波的产生、发射和接收电磁波谱狭义相对论的基本假设质速关系、质能关系相对论质能关系式实验十三：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度实验十四：测定玻璃的折射率实验十五：用双缝干涉测量光的波长第1讲 机械振动一、简谐运动 1定义：物体在跟位移大小成正比并且总是指向平衡位置的_作用下的振动回复力2平衡位置：物体在振动过程中回复力为_的位置3回复力零平衡位置平衡位置(1)定义：使物体返回到_的力(2)方向：总是指向_(3)来源：属于效果力，可以是某一个力
3、，也可以是几个力的合力或某个力的分力T2mk与振幅无关模型条件回复力平衡位置周期能量转化弹簧振子(1)弹簧质量可忽略(2)无摩擦等阻力(3)在弹簧弹性限度内弹簧的弹力提供弹簧处于原长处弹性势能与动能的相互转化，机械能守恒单摆摆线为不可伸缩的轻细线(2)无空气等阻力(3)最大摆角小于 10摆球重力沿与摆线垂直(即切向)方向的分力最低点重力势能与动能的相互转化，机械能守恒4两个典型的简谐运动模型T2lg【基础检测】1弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动，在振子向着平衡位置运动的过程中()A振子所受的回复力逐渐增大B振子离开平衡位置的位移逐渐增大C振子的速度逐渐增大D振子的加速度逐渐增大答案：C二、简
4、谐运动的规律和图象 1从平衡位置开始计时，函数表达式为 x_，图象如图 12-1-1 甲所示Asint图12-1-12从最大位移处开始计时，函数表达式为 x_，图象如图乙所示Acost3图象的意义：反映了位移随时间的变化规律随时间的延长而延伸，图象不是质点运动的轨迹三、受迫振动和共振1受迫振动驱动力等于大(1)定义：质点在_作用下的运动(2)特点：受迫振动的周期和频率_驱动力的周期和频率2共振：当驱动力的周期和频率等于物体的固有周期和频率时，受迫振动的振幅最_，这种现象叫共振【基础检测】2(多选，2015 年山东卷)如图12-1-2所示，轻弹簧上端固定，下端连接一小物块，物块沿竖直方向做简谐运
5、动以竖直向上为正方向，物块简谐运动的表达式为 y0.1sin(2.5t)mt0时刻，一小球从距物块 h 高处自由落下；t0.6 s 时，小球恰好与物块处于同一高度取重力加速度的大小为 g10 m/s2.以下判断正确的是()图12-1-2Ah1.7 mB简谐运动的周期是 0.8 sC0.6 s 内物块运动的路程是 0.2 mDt0.4 s 时，物块与小球运动方向相反答案：AB解析：t0.6 s 时，物块的位移为 y0.1sin(2.50.6)m0.1 m；则对小球 h|y|12gt2，解得 h1.7 m，选项 A 正确；简谐运动的周期是 T2 22.5 s0.8 s，选项 B 正确；0.6 s内
6、物块运动的路程是 3A0.3 m，选项 C 错误；t0.4 sT2，此时物块在平衡位置向下振动，则此时物块与小球运动方向相同，选项 D 错误；故选 AB.考点1 简谐运动的特征 重点归纳 1力学特征：简谐运动的回复力满足 Fkx，位移 x 与回复力的方向相反由牛顿第二定律知，加速度 a 与位移的大小成正比，方向相反2运动特征：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 一定减小当物体靠近平衡位置时，a、F、x 都减小，v 增大；当物体远离平衡位置时，a、F、x 都增大，v 减小3能量特征：对弹簧振子
7、和单摆来说，振幅越大，能量越大，在振动过程中，动能和势能相互转化，机械能守恒4周期性特征：物体做简谐运动时，其位移、回复力、加速度、速度等矢量都随时间做周期性的变化，它们的周期就是简谐运动的周期 T.物体的动能和势能也随时间做周期性的变化，其周期为T2.5对称性特征(1)速率的对称性：物体在关于平衡位置对称的两位置具有相等的速率(2)时间的对称性：物体通过关于平衡位置对称的两段位移的时间相等在振动过程中，物体通过任意两点 A、B 的时间与逆向通过这两点的时间相等(3)加速度的对称性：物体在关于平衡位置对称的两位置具有等大、反向的加速度典例剖析例1：(2013 年新课标卷)如图12-1-3所示，
8、一轻弹簧一端固定，另一端连接一物块构成弹簧振子，该物块是由a、b两个小物块粘在一起组成的物块在光滑水平面上左右振动，振幅为 A0，周期为 T0.当物块向右通过平衡位置时，a、b 之间的粘胶脱开；以后小物块 a 振动的振幅和周期分别为 A 和 T，则A_A0(填“”“”“”或“”)图12-1-3思维点拨：由题意可知，a、b 脱离后，b 做匀速直线运动，a 做简谐运动，故简谐运动的能量减小，振幅减小，周期变小答案：解析：当物块向右通过平衡位置时，脱离前：振子的动能 Ek112(mamb)v2脱离后振子的动能 Ek212mav2由机械能守恒可知，平衡位置处的动能等于最大位移处的弹性势能，因此脱离后振
9、子振幅变小；由弹簧振子的周期 T2mk知，脱离后周期变小【考点练透】1(多选)某质点做简谐运动，其位移随时间变化的关系式A第 1 s 末与第 3 s 末的位移相同B第 1 s 末与第 3 s 末的速度相同C第 3 s 末至第 5 s 末的位移方向都相同D第 3 s 末至第 5 s 末的速度方向都相同为 xAsin4t，则质点()解析：答案：AD由关系式可知 4rad/s，T28 s，将 t1 s和t3 s代入关系式中求得两时刻位移相同，A正确；图D51如图D51 所示，作出质点的振动图象，由图象可以看出，第1 s 末和第3 s 末的速度方向不同，B错误；由图象可知，第3 s 末至第4 s 末质
10、点的位移方向与第4 s 末至第5 s 末质点的 位移方向相反，而速度的方向相同，故C 错误、D 正确考点2 简谐运动图象的应用 重点归纳 由简谐运动的图象可读出以下信息(1)振幅、周期和频率(2)某时刻质点离开平衡位置的位移(3)某时刻质点回复力、加速度、速度的方向(4)比较不同时刻回复力、加速度的大小(5)比较不同时刻质点的动能、势能的大小典例剖析 例2：(多选，2014 年甘肃张掖三诊)如图12-1-4所示为同一地点的两单摆甲、乙的振动图象，则下列说法中正确的是()图12-1-4A甲、乙两单摆的摆长相等B甲摆的振幅比乙摆大C甲摆的机械能比乙摆大D在 t0.5 s 时有正向最大加速度的是乙摆
11、E由图象可以求出当地的重力加速度答案：ABD备考策略：物理图象是表示物理规律的重要方法，正确理 解并运用物理图象解题可使解题过程简单，因此，在复习过程中，应对物理图象给予足够的重视.解析：由振动图象可以看出，甲摆的振幅比乙摆的大，两单摆的振动周期相同，根据单摆周期公式 T2Lg可得，甲、乙两单摆的摆长相等，但不知道摆长是多少，不能计算出重力 加速度g，故A、B 正确，E错误；两单摆的质量未知，所以两 单摆的机械能无法比较，故C 错误；在t0.5 s 时，乙摆有负 向最大位移，即有正向最大加速度，而甲摆的位移为零，加速 度为零，故D 正确故选ABD.【考点练透】2如图12-1-5甲所示，弹簧振子以O点为平衡位置，在A、B 两点之间做简谐运动取向右为正方向，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12-1-5At0.8 s 时，振子的速度方向向左Bt0.2 s 时，振子在 O 点右侧 6 cm 处Ct0.4 s 和 t1.2 s 时，振子的加速度完全相同Dt0.4 s 到 t0.8 s 的时间内，振子的速度逐渐减小答案：A
