第1讲 机械振动 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“机械振动 机械波”专题，依据课程标准覆盖简谐运动特征与图像、单摆周期公式、受迫振动与共振等核心考点，通过知识网络梳理、判断正误辨析、典型例题剖析对接高考评价体系，明确简谐运动图像分析、单摆周期应用等高频考点权重，归纳选择与计算常考题型。 课件亮点在于“真题演练+素养提升”的备考设计，如以2024甘肃卷单摆振动图像题为例，运用科学推理素养解析摆长计算与速度方向判断，结合简谐运动对称性突破周期计算难点。设“易错点警示”和“母题变式训练”，培养学生运动与相互作用观念，助力学生掌握答题技巧，教师可据此高效开展针对性复习。

高考总复习 物理学 人教版 第八章　机械振动　机械波 索引 考点1 考点2 课时跟踪练 考点3 考点4 返回导航 第八章　机械振动　机械波 返回导航 第八章　机械振动　机械波 第1讲　机械振动 返回导航 第八章　机械振动　机械波 课程标准　1.知道简谐运动的概念,掌握简谐运动的特征,理解简谐运动的表达式和图像。2.知道什么是单摆,熟记单摆的周期公式。3.理解受迫振动和共振的概念,了解产生共振的条件。 返回导航 第八章　机械振动　机械波 01 考点1　简谐运动的基本特征 返回导航 第八章　机械振动　机械波 1.简谐运动:如果物体的________与_______关系遵从正弦函数的规律,即它的振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线,这样的振动就叫作简谐运动。 2.平衡位置:物体在振动过程中__________为零的位置。 3.回复力 (1)定义:使物体在__________附近做往复运动的力。 (2)方向:总是指向__________。 位移 时间 回复力 平衡位置 平衡位置 返回导航 第八章　机械振动　机械波 受力特征 回复力F=-kx,F(或a)的大小与x的大小成正比,方向与x的方向相反   运动特征 靠近平衡位置过程中,物体的a、F、x都减小, 增大;远离平衡位置过程中,a、F、x都增大, 减小 简谐运动的五个特征 返回导航 第八章　机械振动　机械波 能量特征 振幅越大,能量越大。在运动过程中,系统的动能和势能相互转化,机械能守恒 周期性 特征 质点的位移、回复力、加速度和速度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 返回导航 第八章　机械振动　机械波 对称性 特征 (1)如图所示,做简谐运动的物体经过关于平衡位置O点对称的两点P、P'(OP=OP')时,速度的大小、动能、势能相等,相对于平衡位置的位移大小相等 (2)物体由P到O所用的时间等于由O到P'所用的时间,即tPO=tOP' (3)物体往复运动过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等,即tOP=tPO (4)相隔或(n为正整数)的两个时刻,物体位置关于平衡位置对称,位移、速度、加速度大小相等,方向相反 返回导航 第八章　机械振动　机械波 1.简谐运动的平衡位置就是质点所受合力为零的位置。( ) 2.做简谐运动的质点先后通过同一点,回复力、速度、加速度、位移都是相同的。( ) 3.做简谐运动的质点,速度增大时,其加速度一定减小。( ) 4.振动物体经过半个周期,路程等于2倍振幅;经过个周期,路程等于振幅。( ) √ × × × 返回导航 第八章　机械振动　机械波 简谐运动基本物理量的分析 如图所示,小球在BC之间做简谐运动,当小球位于O点时,弹簧处于原长,在小球从C运动到O的过程中(　　) A.动能不断增大,加速度不断减小 B.回复力不断增大,系统机械能守恒 C.弹性势能不断减小,加速度不断增大 D.弹性势能不断增大,加速度不断减小 返回导航 第八章　机械振动　机械波 [解析]　做简谐运动的小球,从C到O的过程中逐渐靠近平衡位置,速度方向指向平衡位置,弹簧弹力充当回复力,也指向平衡位置,故速度方向与受力方向相同,所以合力做正功,动能增大;同时由于偏离平衡位置的位移减小,由回复力公式F=-kx可知,回复力逐渐减小,根据牛顿第二定律可知F=-kx= ma,故加速度不断减小,故A正确;由上述分析可知回复力不断减小,整个系统只有系统内的弹簧弹力做功,故系统的机械能守恒,故B错误;在小球从C到O的过程中,弹簧形变量逐渐减小,故弹性势能逐渐减小,同时由上述分析可知,加速度也逐渐减小,故C、D错误。 返回导航 第八章　机械振动　机械波 简谐运动的周期性和对称性 如图所示,一质点做简谐运动,先后以相同的速度依次通过M、N两点,历时1 s,质点通过N 点后再经过1 s又第2次通过N点,在这2 s内质点通过的总路程为12 cm。质点的振动周期和振幅分别为(　　) A.3 s,6 cm　　　　 B.4 s,6 cm C.4 s,9 cm D.2 s,8 cm 返回导航 第八章　机械振动　机械波 [解析]　做简谐运动的质点,先后以同样的速度通过M、N两点,则可判定M、N两点关于平衡位置O点对称,所以质点由M到O的时间与由O到N的时间相等,那么平衡位置O到N点的时间t1=0.5 s,因过N点后再经过t=1 s,质点以方向相反、大小相同的速度再次通过N点,则有从N点到最大位移处的时间t2=0.5 s,因此,质点振动的周期是T=4(t1+t2)=4 s。这2 s内质点通过的总路程的一半为振幅,所以振幅A==6 cm。故选B。 返回导航 第八章　机械振动　机械波 02 考点2　简谐运动的表达式和图像 返回导航 第八章　机械振动　机械波 1.简谐运动的表达式 x=__________,ωt+φ为_____,φ为________,ω为圆频率,ω与周期T的关系为 ω=__________。 Asin(ωt+φ) 相位 初相位 返回导航 第八章　机械振动　机械波 2.简谐运动的振动图像 表示做简谐运动的物体的_____随时间变化的规律,是一条正弦曲线。 位移 返回导航 第八章　机械振动　机械波 1.由振动图像可获取的信息 (1)振幅A、周期T(或频率f )和初相位φ0(如图所示)。 返回导航 第八章　机械振动　机械波 (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(即此切点的导数)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个相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。 返回导航 第八章　机械振动　机械波 2.简谐运动的对称性(如图所示) (1)相隔Δt=nT(n=1,2,3,…)的两个时刻,弹簧振子在同一位置,位移和速度都相同。 (2)相隔Δt=(n+)T(n=0,1,2,…)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)。 返回导航 第八章　机械振动　机械波 1.简谐运动的振动图像描述的是振动质点的轨迹。( ) 2.简谐运动的振动图像一定是正弦(或余弦)曲线。( ) 3.根据简谐运动的图像可以判断质点在某一时刻的位移大小、振动方向。( ) × √ √ 返回导航 第八章　机械振动　机械波 (多选)如图所示,水平弹簧振子沿x轴在M、N间做简谐运动,坐标原点O为小球的平衡位置,其振动方程为x=5sin(10πt+) cm。下列说法正确的是(　　) A.MN间距离为5 cm B.小球的运动周期是0.2 s C.t=0时,小球位于N点 D.t=0.05 s时,小球具有最大加速度 返回导航 第八章　机械振动　机械波 [解析]　MN间距离为2A=10 cm,故A错误;因ω=10π rad/s,可知小球的运动周期是T== s=0.2 s,故B正确;由x=5sin(10πt+) cm可知,t=0时,x1=5 cm,即小球位于N点,故C正确;由x=5sin(10πt+) cm可知,t=0.05 s时,x2=0,此时小球位于O点,小球加速度为零,故D错误。 返回导航 第八章　机械振动　机械波 (2026·湖北襄阳模拟)某同学找来粗细均匀的圆柱形木棒,下端绕上铁丝,将其竖直浮在装有水的杯子中,如图所示。竖直向下按压5 cm后静止释放,木棒开始在液体中上下振动(不计液体黏滞阻力),其运动可视为简谐运动,测得其振动周期为4 s,以竖直向上为正方向,某时刻开始计时,其振动图像如图所示。其中A为振幅,则木棒在振动过程中,下列说法正确的是(　　) 返回导航 第八章　机械振动　机械波 A.t=t1时,木棒的重力大于其所受的浮力 B.振动过程中木棒的机械能不守恒 C.开始计时12 s内木棒所经过的路程是30 cm D.木棒的位移函数表达式是y=5sin(5πt-) cm 返回导航 第八章　机械振动　机械波 [解析]　t=t1时,木棒在最低点,合力向上,木棒的重力小于其所受的浮力,故A错误; 由于木棒振动过程中除重力外还有浮力做功,振动过程中木棒的机械能不守恒,故B正确; 振幅A=5 cm,t=12 s=3T,开始计时12 s内木棒所经过的路程是s=3×4A=60 cm,故C错误; 圆频率ω== rad/s 振动方程为y=Asin(ωt+φ)=5sin(t+φ) cm 返回导航 第八章　机械振动　机械波 由t=0时y=-,解得φ=- 木棒的位移函数表达式是y=5sin(t-) cm,故D错误。 返回导航 第八章　机械振动　机械波 03 考点3　单摆及其周期公式的 应用 返回导航 第八章　机械振动　机械波 1.如果细线的长度不可改变,细线的质量与小球相比可以忽略,球的直径与线的长度相比也可以忽略,这样的装置叫作单摆。(如图所示) 返回导航 第八章　机械振动　机械波 2.简谐运动的条件:θ<5°。 3.回复力:F回=mgsin θ=-x=-kx,负号表示回复力F回与位移x的方向相反,故单摆做简谐运动。 4.周期公式:______________。 (1)l为等效摆长,表示从悬点到摆球重心的距离。 T=2π 返回导航 第八章　机械振动　机械波 (2)g为当地重力加速度。 说明:当单摆处于月球上时,重力加速度为g月;当单摆处于超重或失重状态时,重力加速度为等效重力加速度。 5.单摆的等时性:单摆的振动周期取决于______和_______________,与振幅和摆球质量_______。 摆长 重力加速度 无关 返回导航 第八章　机械振动　机械波 1.单摆在任何情况下的运动都是简谐运动。( ) 2.单摆的振动周期由摆球的质量和摆角共同决定。( ) 3.当单摆的摆球运动到最低点时,回复力为零,所受合力为零。( ) 4.单摆在做简谐运动时,摆球的机械能是守恒的。( ) √ × × × 返回导航 第八章　机械振动　机械波 (人教版选择性必修第一册P50T3改编)(多选)学校实验室中有甲、乙两单摆, 其振动图像为如图所示的正弦曲线,则下列说法正确的是(　　) A.甲、乙两单摆的摆球质量之比是1∶2 B.甲、乙两单摆的摆长之比是1∶4 C.t=1.5 s时,两摆球的速度方向相同 D.t=1.5 s时,两摆球的加速度方向相同 返回导航 第八章　机械振动　机械波 (2025·四川卷)如图所示,甲、乙、丙、丁四个小球用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上,从左至右摆长依次增加,小球静止在纸面所示竖直平面内。将四个小球垂直于纸面向外拉起一小角度,由静止同时释放。释放后，小球都做简谐运动。当小球甲完成2个周期的振动时,小球丙恰好到达与小球甲同侧最高点,同时小球乙、丁恰好到达另一侧最高点，则(　　) 返回导航 第八章　机械振动　机械波 A.小球甲第一次回到释放位置时,小球丙加速度为零 B.小球丁第一次回到平衡位置时,小球乙动能为零 C.小球甲、乙的振动周期之比为3∶4 D.小球丙、丁的摆长之比为1∶2 返回导航 第八章　机械振动　机械波 [解析]　根据单摆周期公式T=2π,可知 T丁>T丙>T乙>T甲 设甲的周期为T甲,根据题意可得 2T甲==T丙= 可得T丙=2T甲,T乙=T甲,T丁=4T甲 可得T甲∶T乙=3∶4,T丙∶T丁=1∶2 根据单摆周期公式T=2π 返回导航 第八章　机械振动　机械波 结合T丙∶T丁=1∶2 可得小球丙、丁的摆长之比L丙∶L丁=1∶4 故C正确,D错误;小球甲第一次回到释放位置时,即经过T甲()的时间,小球丙到达另一侧最高点,此时速度为零,位移最大,根据a=-,可知此时加速度最大,故A错误;根据上述分析可得T乙=T丁,小球丁第一次回到平衡位置时,小球乙振动的时间为(即),可知此时小球乙经过平衡位置,此时速度最大,动能最大,故B错误。 返回导航 第八章　机械振动　机械波 (2024·甘肃卷)如图所示为某单摆的振动图像,重力加速度g 取10 m/s2,下列说法正确的是(　　) A.摆长为1.6 m,起始时刻速度最大 B.摆长为2.5 m,起始时刻速度为零 C.摆长为1.6 m, A、C点的速度相同 D.摆长为2.5 m, A、B点的速度相同 返回导航 第八章　机械振动　机械波 [解析]　由单摆的振动图像可知,振动周期为T=0.8π s,由单摆的周期公式T=2π得摆长为l==1.6 m,x-t图像的斜率代表速度,故起始时刻速度为零,且A、C点的速度相同,A、B点的速度大小相同,方向不同。综上所述,可知C正确,故选C。 返回导航 第八章　机械振动　机械波 04 考点4　受迫振动和共振 返回导航 第八章　机械振动　机械波 1.受迫振动 (1)概念:系统在驱动力作用下的振动。 (2)振动特征:物体做受迫振动达到稳定后,物体振动的频率等于_________的频率,与物体的固有频率______。 2.共振 (1)概念:当驱动力的频率等于物体的__________时,物体做受迫振动的振幅达到_______的现象。 (2)共振的条件:驱动力的频率等于物体的__________。 驱动力 无关 固有频率 最大 固有频率 返回导航 第八章　机械振动　机械波 (3)共振的特征:共振时_______最大。 (4)共振曲线(如图所示) f=f0时,A=____,f与f0相差越大,物体做受迫振动的振幅_______。 振幅 Am 越小 返回导航 第八章　机械振动　机械波 1.物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率有关。( ) 2.物体在发生共振时的振动是受迫振动。( ) 3.驱动力的频率越大,物体做受迫振动的振幅越大。( ) 4.驱动力的频率与固有频率越接近,物体做受迫振动的振幅越大。( ) × √ × √ 返回导航 第八章　机械振动　机械波 (人教版选择性必修第一册P60T6改编)(多选)把一个筛子用四根弹簧支撑起来,筛子上装一个电动偏心轮,它每转一周,给筛子一个驱动力,这就做成了一个共振筛,如图甲所示。该共振筛的共振曲线如图乙所示。已知增大电压,可使偏心轮转速提高;增加弹簧的劲度系数,可减小筛子的固有周期。现在,在某电压下偏心轮的转速是60 r/min。为使共振筛的振幅增大,以下做法可行的是(　　) 返回导航 第八章　机械振动　机械波 A.降低输入电压 B.增加输入电压 C.更换劲度系数更大的弹簧 D.更换劲度系数更小的弹簧 返回导航 第八章　机械振动　机械波 (多选)两单摆分别在受迫振动中的共振曲线如图所示,则下列说法正确的是(　　) 返回导航 第八章　机械振动　机械波 A.若两摆的受迫振动分别在月球上和地球上进行,且摆长相同,则图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线 B.若两摆的受迫振动是在地球上同一地点进行,则两摆摆长之比lⅠ∶lⅡ=25∶4 C.若图线Ⅱ表示在地球上完成的,则该单摆的摆长约为1 m D.若摆长均为1 m,则图线Ⅰ表示在地球上完成的 返回导航 第八章　机械振动　机械波 [解析]　题图中振幅最大处对应的频率与做受迫振动的单摆的固有频率相等,由题图可知,两摆的固有频率fⅠ=0.2 Hz,fⅡ=0.5 Hz。当两摆在月球和地球上分别做受迫振动且摆长相等时,根据关系式f=可知,g越大,f越大,所以gⅡ>gⅠ,因为g地>g月,因此可推知图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线,A正确;若两摆在地球上同一地点做受迫振动,g相同,则=,且有=,所以=,B正确;fⅡ=0.5 Hz,若图线Ⅱ表示在地球上完成的,根据g=9.8 m/s2,可计 算出lⅡ约为1 m,C正确,D错误。 返回导航 第八章　机械振动　机械波 (2026·黑龙江大庆质检)如图所示,学校门口水平路面上两减速带的间距为2 m,若某汽车匀速通过该减速带,其车身悬挂系统(由车身与轮胎间的弹簧及避震器组成)的固有频率为2 Hz,则下列说法正确的是(　　) A.汽车行驶的速度越大,颠簸得越厉害 B.汽车行驶的速度越小,颠簸得越厉害 C.当汽车以3 m/s的速度行驶时,颠簸得最厉害 D.当汽车以4 m/s的速度行驶时,颠簸得最厉害 [解析]　由于v=xf=4 m/s,因此当汽车以4 m/s的速度行驶时,通过减速带的频率与汽车的固有频率相同,发生共振,汽车颠簸得最厉害,故D正确。 返回导航 第八章　机械振动　机械波 课时跟踪练 温馨提示 返回导航 第八章　机械振动　机械波 $