高考物理经典习题:第7章机械振动和机械波 第1讲 机械振动(含解析)
《高考物理经典习题:第7章机械振动和机械波 第1讲 机械振动(含解析)》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高考物理经典习题:第7章机械振动和机械波 第1讲 机械振动(含解析)(19页珍藏版)》请在七七文库上搜索。
1、第7章机械振动和机械波课程标准内容及要求核心素养及关键能力核心素养关键能力机械振动1.通过实验,认识简谐运动的特征。弹簧振子和单摆模型物理建模能力2.能用公式和图像描述简谐运动。科学推理数学应用能力3.通过实验,探究单摆的周期与摆长的定量关系。知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。科学实验控制变量法4.实验九:会用单摆测量重力加速度的大小。科学实验实验设计与数据处理5.通过实验,认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件及其应用。物理概念理解能力机械波1.通过观察,认识波的特征。能区别横波和纵波。能用图像描述横波。理解波速、波长和频率的关系。物理科学概念和规律理解能力2.知道波的反射和折射现象。通
2、过实验,了解波的干涉与衍射现象。物理概念理解能力3.通过实验,认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。能列举多普勒效应的应用实例。物理概念理解能力第1讲 机械振动一、简谐运动1.简谐运动(1)定义:如果质点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。(2)平衡位置:物体在振动过程中回复力为零的位置。(3)回复力定义:使物体返回到平衡位置的力。方向:总是指向平衡位置。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)弹簧质量可忽略(2)无摩擦等阻力(3)在
3、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T2 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像1.表达式(1)动力学表达式:Fkx,其中“”表示回复力与位移的方向相反。(2)运动
4、学表达式:xAsin(t0),其中A代表振幅,2f代表简谐运动的快慢,t0代表简谐运动的相位,0叫做初相。2.图像(1)从平衡位置开始计时,函数表达式为xAsin t,图像如图甲所示。(2)从最大位移处开始计时,函数表达式为xAcos t,图像如图乙所示。【自测2】 (2020北京海淀区适应性练习)如图1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1A.振子的振幅为4 cmB.振子的振动周期为1 sC.t1 s时,振子的速度为正的最大值D.t1 s时,振子的加速度为正的最大值答案C解析由振
5、动图像可知,该弹簧振子的振幅为2 cm,周期为2 s,t1 s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,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。共振曲线如图所示。【自测3】 (多选)如图2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2A.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
6、B的振幅大D.A、B、C的振动周期相等答案CD命题点一简谐运动的规律受力特征回复力Fkx,F(或a)的大小与x的大小成正比,方向相反运动特征靠近平衡位置时,a、F、x都减小,v增大;远离平衡位置时,a、F、x都增大,v减小能量特征振幅越大,能量越大。在运动过程中,动能和势能相互转化,系统的机械能守恒周期性特征质点的位移、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,其变化周期为对称性特征关于平衡位置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)(2020海南省新高考一模)如图3所示,
7、水平弹簧振子沿x轴在M、N间做简谐运动,坐标原点O为振子的平衡位置,其振动方程为x5sin cm。下列说法正确的是()图3A.MN间距离为5 cmB.振子的运动周期是0.2 sC.t0时,振子位于N点D.t0.05 s时,振子具有最大加速度答案BC解析MN间距离为2A10 cm,选项A错误;因10 rad/s 可知振子的运动周期是T s0.2 s,选项B正确;由x5sin cm可知t0时,x5 cm,即振子位于N点,选项C正确;由x5sin cm可知t0.05 s时x0,此时振子在O点,振子加速度为零,选项D错误。【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
8、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。命题点二简谐运动图像的理解和应用1.可获取的信息图4(1)振幅A、周期T(或频率f)和初相位0(如图4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大小和方向,速度的方向也可根据下一相
9、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5) 图5(1)相隔t(n)T(n0,1,2)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)。(2)相隔tnT(n1,2,3)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北京理综,15)某弹簧振子沿x轴的简谐运动图像如图6所示,下列描述正确的是()图6A.t1 s时,振子的速度为零,加速度为负的最大值B.
10、t2 s时,振子的速度为负,加速度为正的最大值C.t3 s时,振子的速度为负的最大值,加速度为零D.t4 s时,振子的速度为正,加速度为负的最大值答案A解析当t1 s时,振子位于正向位移最大处,速度为零,加速度为负向最大,故A正确;当t2 s时,振子位于平衡位置并向负向运动,速度为负向最大,加速度为零,故B错误;当t3 s时,振子位于负向位移最大处,速度为零,加速度为正向最大,故C错误;当t4 s时,振子位于平衡位置并向正向运动,速度为正向最大,加速度为零,故D错误。【变式2】 (多选)(2020浙江选考模拟)如图7甲所示为挖掘机的顶部垂下一个大铁球并让它小角度的摆动,即可以用来拆卸混凝土建筑
11、,可视为单摆模型,它对应的振动图像如图乙所示,则下列说法正确的是()图7A.单摆振动的周期是6 sB.t2 s时,摆球的速度最大C.摆球的质量增大,周期越大D.该单摆的摆长约为16 m答案BD解析由图像知,单摆的周期8 s,A错误;t2 s时,摆球位于平衡位置,速度最大,B正确;根据单摆周期公式T2,周期与质量无关,C错误;代入T2得摆长l16 m,D正确。【变式3】 (2020北京市昌平区二模练习)如图8所示,光滑直杆上弹簧连接的小球以O点为平衡位置,在A、B两点之间做简谐运动。以O点为原点,选择由O指向B为正方向,建立Ox坐标轴。小球经过B点时开始计时,经过0.5 s首次到达A点。则小球在
12、第一个周期内的振动图像为 ()图8答案A解析小球经过B点时开始计时,即t0时小球的位移为正向最大,经过0.5 s首次到达A点,位移为负向最大,且周期为T1 s。故A项图像正确。命题点三受迫振动和共振1.简谐运动、受迫振动和共振的关系比较振动项目简谐运动受迫振动共振受力情况仅受回复力受驱动力作用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TT驱或ff驱T驱T0或f驱f0振动能量振动物体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(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
13、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ff0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/Hz304050607080受迫振动振幅/cm10.216.827.228.116.58.3A.f固60 Hz B.60 Hzf固70 HzC.50 Hzf固60 Hz D.以上三个都不对答案C解析从如图所示
14、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5060 Hz范围内时,振幅变化最小,因此50 Hzf固60 Hz,即C正确。【变式4】 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10A.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的摆角相同答案C解析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
15、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。【变式5】 (多选)(2020陕西第二次质检改编)下列关于机械振动的有关说法正确的是()A.简谐运动的回复力是按效果命名的力B.振动图像描述的是振动质点的轨迹C.受迫振动的频率等于驱动力的频率D.当驱动力的频率等于受迫振动系统的固有频率时,振幅最大答案ACD解析做简谐运动的物体所受到的回复力是按力的作用效果命名的,故选项A正确;振动图像描述的是振动质点在不同时刻的位移,而不是其实际的运动轨迹,故选项B
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高考物理经典习题:第7章机械振动和机械波 第1讲 机械振动含解析 高考 物理 经典 习题 机械振动 机械波 解析
链接地址:https://www.77wenku.com/p-236648.html