版25套人教版高中物理选修34预习导航全集衡水中学内参.docx
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版25套人教版高中物理选修34预习导航全集衡水中学内参
(共25套)人教版高中物理选修3-4预习导航全集
预习导航
1.知道机械振动是物体机械运动的另一种形式,知道机械振动的概念。
2.领悟弹簧振子是一种理想化的模型。
3.知道弹簧振子的位移—时间图象的形状,并理解图象的物理意义。
4.经历对简谐运动特征的探究过程,领悟用图象描绘运动的方法。
汽车车轴与车体连接处有弹簧板,摩托车轮上装有弹簧,你知道这些弹簧板或弹簧在这里起什么作用吗?
提示:
这些弹簧板或弹簧起到了减振的作用。
车辆行驶途中如果遇到不平整的路面,速度较大的汽车或摩托车就会产生剧烈的振动,甚至会弹跳起来,对车辆、人或物造成伤害。
装有这些弹簧的车辆在不平整的路面上行驶时,虽然车轮已经产生了剧烈的振动,但弹簧上的车体由于惯性仍保持良好的平稳状态,所以这些弹簧起到了减振的作用。
1.弹簧振子
(1)平衡位置:
振子原来______时的位置。
(2)机械振动:
振子在__________附近所做的______运动,简称____。
(3)弹簧振子:
它是小球和弹簧组成的______的名称,是一个理想模型。
2.弹簧振子的位移—时间图象
建立坐标系:
以小球的__________为坐标原点,沿着__________方向建立坐标轴。
小球在平衡位置______时它对平衡位置的位移为正,在______时为负。
思考:
有同学说,既然弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线,那么振子的运动轨迹也应是正弦曲线。
结合水平方向的弹簧振子想一下,这种说法对吗?
为什么?
3.简谐运动及其图象
(1)定义:
如果质点的位移与时间的关系遵从______函数的规律,即它的振动图象(x-t图象)是一条正弦曲线,这样的振动叫做简谐运动。
思考:
在简谐运动中,弹簧振子的位移与机械运动中质点的位移有何不同?
(2)特点:
简谐运动是最简单、最基本的______。
弹簧振子的振动就是__________。
(3)图象的应用:
医院里的____________、地震仪中绘制地震曲线的装置。
答案:
1.
(1)静止
(2)平衡位置 往复 振动
(3)系统
2.平衡位置 它的振动 右边 左边
思考
提示:
不对,因为振动图象不是运动轨迹。
例如,水平方向的弹簧振子振动时,振子的运动轨迹是一条直线。
3.
(1)正弦
思考
提示:
机械运动中的位移是从初位置到末位置的有向线段,在简谐运动中,振子的位移总是相对于平衡位置而言的,都是从平衡位置开始指向振子所在的位置。
(2)振动 简谐运动
(3)心电图仪
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1.知道什么是振动的振幅、周期和频率。
2.理解周期和频率的关系及固有周期、固有频率的意义。
3.知道简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线,明确图象的物理意义及图象信息。
4.能用公式描述简谐运动的特征。
一面锣,它只有一种声音,用锤敲锣,发出响亮的锣声,锣声很快弱下去,但音调不会发生变化。
摆动着的秋千,虽然摆动幅度发生变化,但频率不发生变化。
弹簧振子在实际的振动中会逐渐停下来,但频率是不变的。
这是什么原因呢?
说明了什么问题呢?
提示:
所有能振动的物体,都有自己固有的周期或固有的频率。
这些都是由自身因素所确定的物理量,周期和频率也是描述振动的重要物理量。
1.描述简谐运动的物理量
(1)振幅A:
振动物体离开平衡位置的__________,表示振动的______,是______。
(2)全振动:
简谐运动是一种周期运动。
振子以相同速度相继通过__________所完成的过程称为一个全振动。
(3)周期T和频率f:
做简谐运动的物体完成一次________所需要的______,叫做振动的周期,单位是______。
单位时间内完成________的______,叫做振动的频率,单位是______,简称____,符号是______。
周期和频率的关系为__________。
(4)相位:
描述周期性运动在各个时刻所处的__________。
思考:
你能区分“振动的快慢”和“振动物体运动的快慢”这两种表述吗?
2.简谐运动的一般表达式__________________
A表示简谐运动的______;ω是一个与频率成正比的量,叫做简谐运动的________,它也表示简谐运动振动的______,ω=________=2πf;(ωt+φ)代表简谐运动的______,φ表示______时的相位,叫做________。
相位差:
如果两个简谐运动的频率相等,其初相分别是φ1和φ2,当φ2>φ1时,它们的相位差是
Δφ=(ωt+φ2)-(ωt+φ1)=φ2-φ1
答案:
1.
(1)最大位移 强弱 标量
(2)同一位置
(3)全振动 时间 s 全振动 次数 赫兹 赫 Hz
f=
(4)不同状态
思考
提示:
振动的快慢用周期T、频率f描述,周期越小,频率越大,表示振动得越快。
由于物体做简谐运动是一种变速运动,振动物体运动的快慢只能用瞬时速度描述,它是随时间变化的。
由此可认识振幅、周期、频率都是从整体上描述振动特点的物理量。
2.x=Asin(ωt+φ) 振幅 “圆频率” 快慢
相位 t=0 初相位
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1.理解回复力的概念。
2.会用动力学的知识,分析简谐运动中位移、速度、回复力和加速度的变化规律。
3.会用能量守恒的观点,分析水平弹簧振子中动能、势能、总能量的变化规律。
日常生活中经常会遇到机械振动的情况:
机器的振动、桥梁的振动、树枝的摇动、乐器的发声等,它们的振动比较复杂,但这些复杂的振动都是由简单的振动组成的,那么最基本、最简单的机械振动是什么呢?
这种最简单、最基本的机械振动的振子受到的力有什么特点呢?
提示:
如图所示,最基本、最简单的机械振动是简谐运动,简谐运动的物体受到的力是周期性变化的。
1.简谐运动的回复力
(1)简谐运动的动力学定义:
如果______所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成______,并且总是指向________,质点的运动就是简谐运动。
(2)回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向______,总是指向__________,它的作用是使振子能够______平衡位置。
(3)表达式:
__________,即回复力与物体的位移大小成正比,负号表明____________,k是常数。
对于弹簧振子,k为弹簧的__________。
2.简谐运动的能量
(1)振子的速度与动能:
______不断变化,______也在不断变化。
(2)弹簧形变量与势能:
弹簧形变量在______,因而势能也在______。
(3)简谐运动过程是一个动能和势能不断变化的过程,在任意时刻振动物体的总机械能不变。
在平衡位置处,动能_______,势能________;在最大位移处,势能________,动能______。
振动的机械能与______有关,振幅______,机械能就________。
(4)实际的运动都有一定的能量损耗,所以简谐运动是一种理想化的模型。
思考:
弹簧振子在振动过程中动能与势能相互转化,振子的位移x、回复力F、加速度a、速度v四个物理量中有哪几个与动能的变化步调一致?
答案:
1.
(1)质点 正比 平衡位置
(2)相反 平衡位置 回到
(3)F=-kx 回复力与位移方向始终相反 劲度系数
2.
(1)速度 动能
(2)变化 变化
(3)最大 最小 最大 最小 振幅 越大 越大
思考
提示:
只有速度v。
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1.知道什么是单摆。
2.理解摆角很小时单摆的振动是简谐运动。
3.知道单摆的周期跟什么因素有关,了解单摆的周期公式,并能用来进行有关的计算。
冬天走时准确的老式挂钟,到了夏天就不准确了,为什么呢?
应该怎样调整?
提示:
由于热胀冷缩,到了夏天,挂钟的钟摆变长了,摆动的周期发生了变化,所以走时不准确了,应该调整钟摆的长度,调整摆锤下面的螺母,让摆锤的重心升高即可。
1.单摆
由细线和小球组成,细线的______与小球相比可以忽略,球的______与线的______相比也可以忽略。
忽略摆动过程中所受阻力的作用,单摆是实际摆的理想化模型。
为了满足上述条件,我们尽量选择质量大、半径小的球和尽量细的无弹性的线。
思考:
结合单摆模型的特点想一想,下列装置能否视为单摆,为什么?
2.单摆的回复力
(1)回复力的提供:
摆球的重力沿______方向的分力。
(2)回复力的特点:
在偏角很小时,单摆所受的回复力和它偏离平衡位置的位移大小成______,方向总是指向__________,即________________。
(3)运动规律:
单摆在偏角很小时做__________,其振动图象遵循__________规律。
思考:
如图所示,细线下悬挂一个除去了栓塞的注射器,注射器向下喷出一细束墨水。
沿着与摆动方向垂直的方向匀速拖动一张白纸,喷到白纸上的墨迹便画出振动图象。
你知道为什么要匀速拖动长木板吗?
3.单摆的周期
(1)实验研究:
单摆的振幅、质量、摆长对周期各有什么影响?
控制条件:
实验主要是为研究属于简谐运动的单摆振动的周期,所以摆角不要超过5°。
步骤1:
把摆长相同的两个摆球从不同高度释放,观察现象:
摆球同步振动,说明单摆振动的周期与______无关。
步骤2:
将摆长相同、质量不同的摆球拉到同一高度释放,观察现象:
两摆球同步振动,即说明单摆的周期与____________无关,不受其影响。
步骤3:
取摆长不同,两个相同的摆球从某一高度同时释放,观察现象:
两摆球振动不同步,而且摆长越长,振动就越慢。
这说明单摆振动跟______有关。
实验表明:
单摆的振动周期与摆球的质量无关;在振幅较小时,与振幅无关;但是与摆长有关,摆长越长,周期越长。
步骤4:
定量研究周期跟摆长的关系:
测量不同摆长下的单摆的振动周期,实验需要精确地测量两个物理量,它们是____________。
①摆长的测量:
用带毫米刻度的米尺测量摆线的长度,用游标卡尺测量摆球的直径。
摆长等于__________与__________之和。
②周期的测量:
用停表测出单摆30~50次全振动的时间t,周期为:
__________。
(2)周期公式:
荷兰物理学家惠更斯研究了单摆的振动,在大量可靠的实验基础上,经过一系列的理论推导和证明得到:
单摆的周期和摆长l的平方根成____比,和重力加速度g的平方根成____比,而与振幅、摆球的质量无关。
惠更斯确定了单摆振动的周期公式:
______________。
4.用单摆测定重力加速度
由周期公式T=2π
可得:
g=________________,只要测出单摆的______和______,就可以求出当地的重力加速度。
答案:
1.质量 直径 长度
思考
提示:
都不能,
(1)中橡皮筋的伸缩不能忽略;
(2)(3)中乒乓球和大木球摆动时,空气阻力不能忽略;(3)中大木球的直径与线的长度相比也不能忽略不计。
2.
(1)圆弧
(2)正比 平衡位置 F=-
x
(3)简谐运动 正弦函数
思考
提示:
匀速拖动木板,可以保证得到的单摆振动图象的时间轴的间隔是均匀分布的。
3.
(1)振幅 摆球质量 摆长 摆长和周期 摆线长度 摆球半径 T=
(2)正 反 T=2π
4.
摆长 周期
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1.知道什么是阻尼振动和阻尼振动中能量转化的情况。
2.知道做受迫振动物体的振动频率跟固有频率无关,而等于驱动力的频率。
3.知道共振以及发生共振的条件,知道共振的应用和防止的实例。
军队里有明确的规定:
凡行军过桥的部队,不准在桥上齐步走或正步走,而要便步走。
1906年,俄国军队在通过彼得堡附近一座大桥时,由于齐步走而使大桥倒塌,造成了很大的伤亡。
部队行军过桥时为什么要便步走?
桥梁的共振
提示:
这是为了防止大桥发生共振,而使桥梁倒塌。
当整齐步伐的频率跟大桥的固有频率相等时,会引起共振,可能使大桥损坏,造成人员伤亡。
1.固有频率
简谐运动的物体受到的回复力,是振动系统内部的相互作用力。
如果振动系统不受外力的作用,此时的振动叫做__________,其振动频率称为__________。
2.阻尼振动
当振动系统受到阻力的作用时,我们说振动受到了阻尼。
阻尼振动的振幅不断______。
振动系统受到的阻尼越大,振幅减小得______。
当阻尼很小时,就可以______,当作__________来处理。
3.受迫振动
系统在____________的________作用下的振动叫做受迫振动。
受迫振动______时,系统振动的频率等于________的频率,与系统的固有频率______。
4.共振
条件是驱动力的频率______物体的固有频率。
此时受迫振动的振幅最大。
5.共振曲线
如图所示,共振曲线的横坐标为__________,纵坐标为受迫振动物体的振幅。
共振曲线直观地反映出驱动力的频率对受迫振动物体振幅的影响,由共振曲线可知,当驱动力的频率与物体的固有频率相等时,受迫振动的振幅最大。
思考:
用扁担挑水时,有时桶里的水会动荡得厉害,并从桶中溅出来,这是为什么?
如何避免发生这一现象?
答案:
1.固有振动 固有频率
2.减小 越快 忽略 简谐运动
3.周期性变化 驱动力 稳定 驱动力 无关
4.等于
5.驱动力的频率
思考
提示:
挑水时,由于行走时肩膀的起伏,人通过扁担对水桶的作用,使水因受到周期性的驱动力而产生受迫振动,当驱动力频率接近或等于桶里水的固有频率时,水桶里的水就发生共振,所以水的动荡越来越厉害,直到溅出来。
为了避免发生这种现象,就要使驱动力的频率和水桶里的水的固有频率相远离,解决的办法有改变行走的快慢或停止走动片刻,若在桶里放些漂浮物,增大阻尼,使振动系统克服阻力做功,消耗些能量,也可有效减小水的振动幅度。
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1.知道直线上波的形成过程。
2.知道什么是横波、波峰和波谷。
3.知道什么是纵波、密部和疏部。
4.理解什么是机械波,确认波是传播振动形式和传递能量的一种方式。
地震波既有横波,也有纵波。
当地时间2011年3月11日日本本洲岛发生9级大地震,伤亡惨重。
你能想象在这次地震中,位于震源正上方的建筑物,在纵波和横波分别传来时的振动情况吗?
为什么?
提示:
地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波,它可在地球内部和地球表面传播。
地震时,同时从震源发出两种类型的地震波:
纵波、横波。
纵波速度比横波速度大,所以地震时,人们先感到上下颠,然后水平晃。
横波的振动很强烈,它是引起建筑物破坏的主要原因。
1.波的形成与传播
(1)波的形成:
当手握绳端上下振动时,绳端________相邻质点,使它也上下振动。
这个质点又________更远一些的质点……绳子上的质点都很快________起来,只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动。
(2)波的传播:
绳端这种上下振动的状态沿绳子传出去。
因此说波传播的是____这种运动形式。
2.横波和纵波
(1)横波:
质点的振动方向和波的传播方向相互______的波。
①波峰:
在横波中,凸起的______叫做波峰。
②波谷:
凹下的______叫做波谷。
(2)纵波:
质点的振动方向和波的传播方向在____直线上的波。
①密部:
在纵波中,质点分布最密的位置。
②疏部:
质点分布最疏的位置。
3.机械波
(1)________振动在________中的传播,形成了机械波。
波借以传播的物质叫做________。
(2)介质中有机械波传播时,介质本身并不随波一起传播,因此说它传播的只是________这种运动形式。
思考:
固体、液体、气体都能传播纵波和横波吗?
(3)介质中本来静止的质点,随波的传来而发生振动,可见波是传递____的一种方式。
(4)波不但能传递能量,而且可以传递信息。
答案:
1.
(1)带动 带动 振动
(2)振动
2.
(1)垂直 最高处 最低处
(2)同一
3.
(1)机械 介质 介质
(2)振动
思考
提示:
气体、液体、固体都能传播纵波,但气体不能传播横波。
因为气体不能发生剪切形变,无法传播横波。
(3)能量
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1.理解波的图象的意义。
知道波的图象的横、纵坐标各表示什么物理量,知道什么是简谐波。
2.能在简谐波的图象中指出波长和质点振动的振幅。
3.已知某一时刻某简谐波的图象和波的传播方向,能画出下一时刻的波的图象,并能指出图象中各个质点在该时刻的振动方向。
在机械振动中大家学习了质点的振动图象,质点振动的位移随时间变化的规律通过图象的方式展示出来,为解决问题提供了不少的方便。
如今又要学习波的图象,我们已经知道了波动是大量质点振动的结果,那么多的质点又该如何来画波的图象呢?
提示:
明确波的图象并不是画出参与波动的所有质点的振动图象。
所有振动质点在某一时刻的位置连成的一条曲线,叫波的图象。
1.波的图象的作法
(1)建立直角坐标系:
用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的________,纵坐标y表示某一时刻各质点偏离平衡位置的____。
(2)正方向的选取:
选取质点振动的某一方向为y轴的正方向。
我们一般选取位移____时y取正值,____时y取负值,x轴一般____为正。
(3)描点:
把某一时刻所有质点的位移画在坐标系里。
(4)连线:
用一条平滑的曲线把(3)中的各个质点连接起来就是此时波的图象。
2.波的图象又称______,简称波形。
如果波的图象是正弦曲线,这样的波叫______,也叫简谐波。
3.波形曲线与振动图象都是正弦曲线,但它们的意义是____的。
波形曲线表示介质中的__________在__________的位移,振动图象则表示介质中__________在__________的位移。
思考:
你能画出纵波的波形图吗?
答案:
1.
(1)平衡位置 位移
(2)向上 向下 向右
2.波形图 正弦波
3.不同 “各个质点” “某一时刻” “某个质点” “各个时刻”
思考
提示:
波的图象只是在横波的情况下能直观地表示出某一时刻的波形。
在纵波中,如果规定质点相对平衡位置的位移方向与波的传播方向相同时取正值,相反时取负值,也同样可以画出纵波的波形图。
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1.理解波长、频率和波速的物理意义,能在波的图象中求出波长。
2.理解波源振动周期、各质点振动周期与波传播的周期(频率)的关系。
3.知道波速的物理意义,理解波长、周期(频率)和波速之间的关系,能初步利用这一关系进行计算。
在古代战争中,士兵常常会将箭筒放在地上,枕着箭筒睡觉。
你知道这是为什么吗?
提示:
古代士兵之所以枕着箭筒睡觉是因为能听到从较远的距离传来的部队行军时的声音,箭筒起到收集声波的作用,而且在相同距离时,声音在大地中传播比在空气中传播要快。
1.波长λ:
在波动中,振动相位总是相同的两个________间的距离,叫做波长,通常用____表示。
在横波中,两相邻的____________之间的距离等于波长。
在纵波中,两相邻____________之间的距离等于波长。
2.频率f:
波的频率由__________决定,在任何介质中频率不变,等于波源的振动频率。
3.波速v:
波速仅由________的性质决定,在不同的介质中波速不同。
4.波速与波长和周期的关系为______,即波源振动几个周期,波向前传播几个波长。
思考:
当波从一种介质进入另一种介质时,波长、频率和波速,哪个物理量保持不变?
答案:
1.相邻质点 λ 波峰(或波谷) 密部(或疏部)
2.波源的频率
3.介质本身
4.v=
思考
提示:
波的频率由波源的频率决定,和介质无关。
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1.知道什么是波的衍射现象和衍射的定义。
2.理解发生明显衍射现象的条件。
3.知道波的叠加原理,知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象。
4.知道波的干涉图样的特点,理解形成稳定干涉图样的条件,掌握振动加强点、减弱点的振动情况。
5.知道衍射现象、干涉现象都是波特有的现象。
刘心武的《贾元春之死》中有这样一段:
抱琴并不在意,她发现了院中一样东西,很高兴,走过去细看,抱琴说:
“娘娘,巧啦!
这儿有现成的乞巧盆哩!
”
那院子里,有一雕花石台,石台上放置着一具双耳铜盆,里面储满雨水。
抱琴试着用手摩擦那双耳,盆里的水,顿时仿佛鼎沸起来。
抱琴高兴得爽笑起来。
“双耳”铜盆里的水是怎么回事呢?
提示:
“双耳”用手摩擦产生振动,是两个频率相等的波源,在盆中水面上激起两列水面波,产生了干涉。
1.波的衍射
(1)波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做________。
“闻其声而不见其人”是声波的____现象。
(2)光的波长约在__________的范围内,跟一般障碍物的尺寸相比非常____,所以通常情况下看不到光的____,我们就说光沿________。
(3)发生明显衍射现象的条件:
狭缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长______或________。
(4)一切波都能发生衍射,衍射是波____的现象。
思考:
将一小瓶立于水波槽中,在水槽中激发水波,若想在瓶子后面看到水波绕过的现象,激发水波的振子频率大些好,还是小些好?
2.波的叠加原理
(1)波的独立传播:
两列波相遇后彼此穿过,仍然能够保持各自的________,继续传播。
(2)波的叠加:
在它们重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起位移的______。
3.波的干涉
(1)实验及现象
①实验:
波源是固定在______振动片上的两根细杆,当振动片振动时,两根细杆______地触动水面,形成两个波源,这两个波源发出的是____相同、____相同、________也相同的两列波。
②现象:
两列波相遇后,水面上出现一条条________的区域和________的区域,这两种区域在水面上的位置是________的。
(2)现象理解
①加强点:
如果在某一时刻,两列波的波峰与波峰在水面上的某点相遇,也就是说,两列波在这里引起的振动的相位相同,那么经过半个周期,一定是波谷与波谷在这里相遇。
波峰与波峰相遇时,质点向上的位移最大,等于两列波的振幅之和;波谷与波谷相遇时,质点的位移尽管是向下的,但也是最大,也等于两列波的振幅之和。
又由于两列波在这点的相位差________,因此,在这一点,两列波引起的振动____相互加强的,质点振动的____最大。
②减弱点:
如果在某一时刻,两列波的波峰与波谷在水面上的某点相遇,也就是说,两列波在这里引起的振动的相位相反,相互削弱;经过半个周期,变成波谷与波峰在这里相遇,两列波在这一点引起的振动仍然相互削弱。
又由于两列波在这点的相位差________,所以它们在这点引起的振动____相互削弱的。
如果两列波的振幅相同,质点振动的振幅之和就等于0,水面平静。
(3)干涉定义:
____相同的两列波叠加,使某些区域的振幅____,某些区域的振幅____的现象。
(4)干涉图样:
波的干涉中所形成的____。
(5)干涉条件:
两列波的____必须相同;两个波源的__
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