第8章 第1讲 机械振动 课件 -2027届高考物理一轮复习考点精讲

该高中物理高考复习课件聚焦“机械振动与机械波”专题，依据高考评价体系梳理了简谐运动特征、振动与波动图像、单摆周期、共振及多普勒效应等核心考点，通过广东2021-2025年学选考真题分析，明确振动波动图像结合、波速关系等高频考点权重，归纳选择填空为主的常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题融入+考点突破+素养提升”策略，如以2022年学选考振动波动图像关联题为例，运用科学思维中的模型建构方法解析图像转换技巧，结合单摆实验培养科学探究能力。特设易错点分析（如简谐运动回复力判断）和答题模板，助力学生掌握得分技巧，教师可据此高效规划复习，提升备考质量。

第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 第1讲　机械振动 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 1．知道简谐运动的特征。 2．能用公式和图像描述简谐运动。 3．知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。 4．知道受迫振动的特点和产生共振的条件及应用。 5．会分析简谐运动中的综合问题。 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 √ × × √ -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 D -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 D -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 ABC -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 BCD -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 甲 BC -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 乙 2 1 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 D -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 AD -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 位移、回复力、加速度、动 能、势能 速度 速度、动能、势能 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 AB -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 AB -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 谢谢观看 -‹#›- 第八章　机械振动与机械波 课标 内容 1．通过实验，认识简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动。 2．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。会用单摆测量重力加速度的大小。 3．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。 4．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。 5．知道波的反射和折射现象。通过实验，了解波的干涉与衍射现象。 6．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 对应 教材 粤教版选择性必修第一册P35～90；人教版选择性必修第一册P31～83 学业 要求 学业要求 水平 能用公式和图像描述简谐运动 2 能找出振动图像与波动图像的关联，进行分析和推理 2、3 能用图像描述横波 2、3 能理解波速、波长和频率的关系，并在情境中解决问题 2、3 能列举多普勒效应的应用实例 2 能完成“用单摆测量重力加速度的大小”实验 2、3 考查 载体 1．生活实践问题情境：与大自然中物理相关的现象，与生产生活紧密联系的物理问题，与科技前沿、国家重大科技工程相关的情境。如：多普勒效应的应用、共振、储能弹簧等。 2．学习探索问题情境：与物理学、课程标准、新教材、科学探究相关的问题情境。如：弹簧振子、振动图像、波动图像、单摆模型等 命题 思路 1.命题方式:以选择题、填空题为主,偶尔考查计算题,整体难度中等。 2.命题重点:重点考查波动图像与振动图像的结合应用,定性分析及定量计算的结合应用;振动和波的传播形式、传播对象是考查的核心,波的干涉、波的衍射并非考查的综合考查重点。 3.命题难点:难点在于用单摆测量重力加速度的大小实验的综合考查 广东 真题 2021年适应考：T16波动图像 2021年学选考：T16振动图像 2022年学选考：T16振动图像与波动图像的关联 2023年学选考：T4波速、波长和频率的关系，波的干涉，波的衍射 2024年学选考：T3简谐横波的图像 2025年学选考：T1受迫振动与多普勒效应 考点一　简谐运动的基本特征 【考点内化】 1．描述简谐运动的物理量。 (1)弹簧振子：是一个理想化模型，它是研究机械振动的基础。 (2)平衡位置：物体所受的合力等于0的位置。 (3)振幅：振动离开平衡位置的最大距离(符号为A)，没有方向，表示振动强弱。 (4)周期T、频率f和角频率ω：它们都是表示简谐运动快慢的物理量。周期T指物体完成一次全振动所需要的时间；频率f指物体在一段时间内全振动的次数与所用时间之比。周期和频率互为倒数关系，即T＝。角频率ω与周期T之间的关系：ω＝；角频率ω与频率f之间的关系：ω＝2πf。 2．简谐运动的两种模型。 项目 弹簧振子 单摆 示意图 简谐运 动条件 (1)弹簧质量可忽略不计。 (2)不计任何阻力。 (3)在弹簧弹性限度内 (1)摆线为不可伸缩的轻质细线。 (2)不计任何阻力。 (3)最大摆角小于5° 回复力 弹簧的弹力 摆球重力沿与摆线垂直(即轨迹切线方向)方向的分力 平衡位置 弹簧处于原长处 最低点 周期 与振幅无关 T＝2π 能量 转化 弹性势能与动能相互转化，机械能守恒 重力势能与动能相互转化，机械能守恒 【考点过关】 请判断有关简谐运动的表述正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)简谐运动的回复力可以是恒力。(　　) (2)单摆在任何情况下的运动都是简谐运动。(　　) (3)弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零，动能最大。(　　) (4)周期、频率都是表示物体做简谐运动快慢程度的物理量。(　　) 【考教衔接】 　(单选)(教材改编)如图所示，弹簧振子在B、C间振动，O为平衡位置，BO＝OC＝5 cm。若振子从B到C的运动时间是1 s，则下列说法中正确的是(　　) A．振子从B经O到C完成一次全振动 B．振动周期是1 s，振幅是10 cm C．经过两次全振动，振子通过的路程是20 cm D．从B开始经过3 s，振子通过的路程是30 cm 解析：振子从B→O→C仅完成了一次全振动的一半，所以周期T＝2×1 s＝2 s，振幅A＝BO＝5 cm，故AB错误；振子在一次全振动中通过的路程为4A＝20 cm，所以两次全振动中通过的路程为40 cm，故C错误；从B点开始经过3 s，即1.5T，所以振子通过的路程为30 cm，故D正确。故选D。 【练习1】　(单选)(2026六校联考)一质量为m、侧面积为S的正方体木块，静止漂浮在开阔的水面上，如图所示，先用力将其压入水中一段深度后(未全部浸没)撤掉外力，木块在水面上下做简谐运动，则(　　) A．木块的重力为简谐振动的回复力 B．撤掉外力时木块的位置即为振动的平衡位置 C.撤掉外力时木块浸没的深度，即为振幅大小 D．振动的周期大小与水的密度有关 解析：木块受到的重力、浮力的合力为简谐振动的回复力，故A错误；撤掉外力时木块的位置为最大位移处，重力与浮力等大的位置为振动的平衡位置，故B错误；撤掉外力时木块浸没的深度与平衡位置时木块浸没的深度的差值为振幅大小，故C错误；以木块为研究对象，设水密度为ρ，静止时木块浸入水中的深度为Δx，当木块被压入水中x后所受力如图所示，则F回＝mg－F浮，又F浮＝ρgS(Δx＋x)，联立解得F回＝mg－ρgS(Δx＋x)＝mg－ρgSΔx－ρgSx，因为mg＝ρgSΔx，所以F回＝－ρgSx，即F回＝－kx，其中k＝ρgS，简谐运动的周期为T＝2π，故振动的周期大小与水的密度有关，故D正确。故选D。 考点二　简谐运动的公式和图像 【考点内化】 1．简谐运动的表达式。 (1)动力学表达式：F＝－kx，其中“－”表示回复力与位移的方向相反。 (2)运动学表达式：x＝A cos (ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝2πf表示简谐运动的快慢。 2．简谐运动的图像。 (1)两种表述。 计时起点 从平衡位置开始计时 从最大位移处开始计时 函数表达式 x＝A sin ωt x＝A cos ωt 图像 (2)意义：表示振子相对平衡位置的位移x随时间t变化的图像。 (3)特点：①简谐运动的图像遵循正弦(余弦)函数规律，x-t图像是一条正弦(余弦)曲线。②具有周期性。③具有对称性。 (4)注意：图线不是物体运动的轨迹。t轴上的任何点表示平衡位置，任何时刻小球的位置都不随时间左右迁移。 【考点过关】 (多选)如图是一个物体做简谐运动的图像。下列说法正确的是(　 　) A．振幅为2 cm B．振动周期为0.8 s C．按正弦函数列式，该图像初相为0 D．在0～1 s内质点经过的路程是16 cm 解析：由题图读得A＝2 cm，T＝0.8 s；该图像的函数表达式为x＝2sin cm，初相为0；振动1个周期对应4个振幅，即经过的路程为8 cm。1 s对应1.25个周期，则在0～1 s质点经过的路程是10 cm。故选ABC。 【考教衔接】 　(教材改编)有一弹簧振子在水平方向上的B、C之间做简谐运动，已知B、C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)，经过周期振子有正向最大加速度。 (1)求振子的振幅和周期。 (2)写出振子的振动方程。 (3)在图中作出该振子的位移－时间图像。 解答：(1)振幅A＝10 cm，T＝ s＝0.2 s。 (2)设弹簧振子的振动方程为x＝A sin (ωt＋φ)， 当t＝0时，x＝0，则sin φ＝0， 得φ＝0或φ＝π，当再过较短时间， x为负值，所以φ＝π， 则振动方程为x＝10sin (10πt＋π) cm。 (3)振子在周期时具有正向最大加速度，故有负向最大位移，其位移－时间图像如图所示。 【练习2】　(多选)一个质点做简谐运动的图像如图所示，下列说法正确的是(　　　) A．质点振动的频率为4 Hz B．在10 s内质点经过的路程是20 cm C．在5 s末，质点的速度为零，加速度最大 D．t＝1.5 s和t＝4.5 s两时刻质点的位移大小相等，都是 cm 解析：由题图可知，质点振动的周期T＝4 s，故频率f＝＝0.25 Hz，故A错误；在10 s内质点振动了2.5个周期，经过的路程是2.5×4A＝20 cm，故B正确；在5 s末，质点处于正向最大位移处，速度为零，加速度最大，故C正确；由图可得，振动方程是x＝2sin cm，将t＝1.5 s和t＝4.5 s代入振动方程得位移大小均为 cm，故D正确。故选BCD。 考点三　受迫振动与共振 【考点内化】 条件 驱动力的频率(或周期)等于物体的固有频率(或周期) 现象 振幅A最大 共振 曲线 坐标轴 的意义 横轴：表示驱动力的频率。 纵轴：表示物体做受迫振动的振幅 利用与 防止 利用：使驱动力频率接近或等于固有频率，如共振筛。 防止：使驱动力频率远离固有频率，如桥梁、码头等建筑 【考点过关】 (1)如图甲所示，在张紧的水平绳上挂7个单摆，先让D摆振动起来，其余各摆也随之振动，已知A、D、G三摆的摆长相同，则下列判断正确的是________(填字母)。 A．7个单摆的固有频率都相同 B．稳定后7个单摆振动频率相同 C．除D摆外，A、G摆的振幅最大 D．除D摆外，C、E摆的振幅最大 (2)其中一个单摆做受迫振动，共振曲线如图乙所示，由图可知该单摆的周期为______s，单摆的摆长约为______m。(g＝π2，保留一位有效数字) 解析：(1)除D摆外，其他摆受驱动力影响，稳定后，它们的振动频率等于驱动力的频率，即D摆的振动频率，故7个单摆的振动频率都相同， 故B正确；单摆的固有频率不同，只与自身的摆长和当地的重力加速度有关，故A错误；由T＝2π和f＝，可知振动频率与摆长有关，由题意可知A、D、G摆的摆长相同，因为D摆为提供驱动力的单摆，所以三者的振动频率相同，即驱动力的频率等于A、G摆的固有频率，所以除D摆外，A、G摆的振幅最大，故C正确，D错误。故选BC。 (2)由共振曲线可知，当驱动力的频率等于单摆的固有频率时，振幅最大，此时振动的频率为0.5 Hz，周期为2 s，由单摆的周期公式T＝2π可知，单摆的摆长为L＝1 m。 【考教衔接】 　(单选)(教材改编)如图所示是古代盥洗用的脸盆，多用青铜铸成，现代亦有许多仿制的工艺品，倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就会发出嗡嗡声，到一定节奏时还会溅起层层水花。下列关于脸盆的说法正确的是(　　) A．手掌摩擦得越快则溅起的水花越高 B．摩擦的频率总是等于脸盆的固有频率 C．脸盆中的嗡嗡声是手与脸盆摩擦产生的声音 D．这种现象属于受迫振动，水花溅起的原因是发生了共振现象 解析：用手摩擦盆耳，溅起水花是因为脸盆发生了共振，这种现象属于受迫振动。当其摩擦的频率等于脸盆的固有频率，使其达到共振时，溅起的水花最高，即手掌摩擦得越快，溅起的水花不一定越高。脸盆中的嗡嗡声是脸盆振动时产生的声音。故选D。 【练习3】　(多选)铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车经过钢轨接缝处时，车轮就会受到一次冲击。由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动。普通钢轨长为12.6 m，列车固有振动周期为0.315 s。下列说法正确的是(　　) A．列车的危险速率为40 m/s B．列车过桥需要减速，是为了防止列车发生共振现象 C．列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的 D．增加钢轨的长度有利于列车高速运行 解析：由v＝可求出危险车速为40 m/s，故A正确；列车过桥需要减速，是为了防止桥与列车发生共振现象，故B错误；列车的速度不同，则振动频率不同，故C错误；增加钢轨的长度，同时增大列车速度，使驱动力频率远离列车的固有频率，是提高列车车速的一种措施，故D正确。故选AD。 考点四　简谐运动的综合应用 【考点内化】 1．振动位移x变化时，回复力、运动量、能量相应的变化特征。 区别 回复力的变化特征 运动量的 变化特征 能量的变化特征 振动位 移x变化 F回＝－kx，“－”表示回复力的方向与位移方向相反，k表示比例系数(不一定是弹簧的劲度系数) a回＝x，“－”表示加速度的方向与位移方向相反 包括振子的动能和势能，动能Ek与势能Ep相互转化，机械能守恒 远离平衡位置 的过程，x增大 F回增大 a回增大，v减小 Ek减小，Ep增大 靠近平衡位置 的过程，x减小 F回减小 a回减小，v增大 Ek增大，Ep减小 2．定点位置，力、运动量、能量的对应值。 定点位置 力的变化特征 运动量的变化特征 能量的变化特征 x＝0 F回＝0 a回＝0，v最大 Ek最大，Ep＝0 x＝±A F回最大 a回最大，v＝0 Ek＝0，Ep最大 【考点过关】 如图所示，一个轻质弹簧下端挂一小球，小球静止。现将小球向下拉动距离A后由静止释放，并开始计时，小球在竖直方向做简谐运动，周期为T。则小球先后通过同一点时，___________________________ _________是相同的，________是相反的；小球先后通过两个点时，____________________可能是相同的。 解析：小球先后通过同一点时，速度大小相等，但方向相反，故速度不同，而位移x的大小和方向是唯一的，故回复力、加速度、势能是唯一值，动能是标量，与速度方向无关，所以也是唯一值；小球先后通过两个点时，如果这两个点关于O点对称，则速度的大小和方向相同，动能也相同，而位移x与x′的大小相等，但方向相反，故位移、回复力、加速度大小相等，方向相反，而势能是标量，与方向无关，是相同的。 【考教衔接】 　(教材改编)如图，弹簧振子在光滑水平杆上做简谐运动，O点是平衡位置，OA＝OA′＝0.04 m为最大位移，OM＝OM′＝0.02 m，t＝0时刻小球经过M点，方向向左，经过Δt又再次经过M点，方向向右，已知周期T＝1 s，Δt<T。 (1)求Δt。 (2)求小球经过M′的时间Δt′。 解答：(1)画出x-t图像，如图所示， 则该图像方程为x ＝0.04sin cm， 经过Δt(Δt<T)，M点的位移仍为0.02 m，运动方向向右。 可解得Δt＝ s。 (2)小球经过M′的时间Δt′呈现多解性，且速度方向可能向右也可能向左。 当速度方向向右时，Δt′＝nT＋＝n＋0.5 (s)(n＝0，1，2，…)， 当速度方向向左时，Δt′＝nT＋＋Δt＝n＋ (s)(n＝0，1，2，…)。 【练习4】　(多选)装有一定量液体的玻璃管竖直漂浮在水中，水面足够大，如图甲所示，把玻璃管向下缓慢按压4 cm后放手，忽略运动阻力，玻璃管的运动可以视为竖直方向的简谐运动，测得振动周期为0.5 s。以竖直向上为正方向，某时刻开始计时，其振动图像如图乙所示，其中A为振幅。对于玻璃管，下列说法正确的是(　　) 甲　　　　　　　　乙 A．回复力等于重力和浮力的合力 B．在t1～t2时间内，位移减小，加速度减小，速度增大 C．在t1～t2时间内，回复力减小，重力势能减小，动能增大 D．振动过程中动能和重力势能相互转化，玻璃管的机械能守恒 解析：玻璃管振动过程中，受到重力和水的浮力，这两个力的合力充当回复力，故A正确；在t1～t2时间内，玻璃管向平衡位置运动，位移减小，加速度减小，速度增大，故B正确；在t1～t2时间内，玻璃管向平衡位置运动，回复力减小，重力势能增大，且动能增大，故C错误；玻璃管在振动过程中，水的浮力对玻璃管做功，故振动过程中，玻璃管的机械能不守恒，故D错误。故选AB。 【练习5】　(多选)一个弹簧振子做简谐运动，振动周期为T。假设振子在振动过程中经过两个时刻t和(t＋Δt)，下列说法正确的是(　　) A．若Δt＝T(n＝0，1，2，…)，则两个时刻振子的位置关于平衡位置对称 B．若Δt＝nT(n＝0，1，2，…)，则两个时刻振子在同一位置，速度和加速度都相同 C．若振子的速度大小相等、方向相反，则Δt一定等于T的整数倍 D．若Δt<T，且振子的速度大小、方向都相同，则Δt可能等于 解析：本题缺乏直接认识，较难判断，可画x-t图像。如图所示，由简谐运动的对称性，对t与Δt的可能值定位帮助分析：若Δt＝T(n＝0，1，2，…)，两个时刻振子的位置关于平衡位置对称，故A正确；若Δt＝nT(n＝0，1，2，…)，则两个时刻振子在同一位置，速度、加速度、回复力、动能和势能都相同，故B正确； 若振子的速度大小相等、方向相反，则必须在处于上、下坡段的两个点上，而同处于上坡段则不行，如Δt＝T×n(n＝2，4，…)，故C错误；若Δt<T，且振子的速度大小、方向都相同，则两时刻必须处于同一坡段(最高点与最低点速度均为0，不能算)，Δt<，故D错误。故选AB。 $