2025年高中物理试卷(带答案)第1讲 机械振动.docx

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第1讲机械振动

课程标准

素养目标

1.通过实验,掌握简谐运动的特征,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,知道单摆的周期与摆长、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.

物理观念:理解简谐运动的概念及描述,认识单摆和弹簧振子.

科学思维:从动力学和能量两个方面认识简谐运动规律,能解释弹簧振子、单摆等生活中的情境,尝试解读其在生活中的应用.

考点一简谐运动的基本特征及应用

【必备知识·自主落实】

1.简谐运动:如果物体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____________,质点的运动就是简谐运动.

2.平衡位置:物体在振动过程中________为零的位置.

3.回复力效果力

(1)定义:使物体返回到____________的力.

(2)方向:总是指向____________.

(3)来源:可以是某一个力,也可以是几个力的________或某个力的________.

4.两种模型

弹簧振子理想物理模型

(1)水平方向:如图甲所示,回复力由弹簧的弹力提供.

(2)竖直方向:如图乙所示,回复力由________和弹簧________的合力提供.

【关键能力·思维进阶】

1.[2024·江西高三校联考]如图所示,一水平轻质弹簧左端固定在竖直墙上,右端连接一物体,物体静止在光滑水平地面上的O点,现向左推物体,使物体到达A点后由静止释放,在弹力作用下物体向右运动,在物体整个运动过程中,弹簧始终处于弹性限度内,下列说法正确的是()

A.物体从O点向左运动到A点的过程中,弹簧的弹性势能先增大后减小

B.物体从O点向左运动到A点的过程中,弹簧的弹性势能先减小后增大

C.物体从A点向右运动的过程中,弹簧的弹性势能先增大后减小

D.物体从A点向右运动的过程中,弹簧的弹性势能先减小后增大

2.[2022·浙江6月]如图所示,一根固定在墙上的水平光滑杆,两端分别固定着相同的轻弹簧,两弹簧自由端相距x.套在杆上的小球从中点以初速度v向右运动,小球将做周期为T的往复运动,则()

A.小球做简谐运动

B.小球动能的变化周期为T

C.两根弹簧的总弹性势能的变化周期为T

D.小球的初速度为v2时,其运动周期为2

3.如图所示,弹簧振子在振动过程中,振子从a到b历时0.2s,振子经a、b两点时速度相同,若它从b再回到a的最短时间为0.4s,则该振子的振动频率为()

A.1HzB.1.25HzC.2HzD.2.5Hz

思维提升

简谐运动的特征

位移特征

x=Asin(ωt+φ)

受力特征

回复力:F=-kx;F(或a)的大小与x的大小成正比,方向相反

能量特征

系统的动能和势能相互转化,机械能守恒

对称性特征

质点经过关于平衡位置O对称的两点时,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;由对称点到平衡位置用时相等

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T

考点二简谐运动的表达式和图像

【必备知识·自主落实】

1.简谐运动的表达式

φ叫初相位

x=Asin(ωt+φ),ωt+φ为______,ω为______.

ω=2π

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.

甲:x=Asin2πTt

乙:x=Asin2πT

【关键能力·思维进阶】

由图像可获取的五个信息

(1)判定振动的振幅A和周期T(如图所示).

(2)判定振动物体在某一时刻的位移.

(3)判定某时刻质点的振动方向:

①下一时刻位移若增加,质点的振动方向是远离平衡位置;

②下一时刻位移若减小,质点的振动方向是指向平衡位置.

(4)判定某时刻质点的加速度(回复力)的大小和方向.

(5)比较不同时刻质点的势能和动能的大小.质点的位移越大,它所具有的势能越大,动能则越小.

考向1简谐运动图像的理解和应用

例1某质点做简谐运动的振动图像如图所示,则()

A.t=0.2s时,质点的速度方向向上

B.0.2~0.4s内质点的速度一直减小

C.t=0.2s时,质点的加速度方向向下

D.0.2~0.4s内质点的加速度一直增大

例2(多选)

如图所示,在光滑杆下面铺一张可沿垂直杆方向匀速移动的白纸,一带有铅笔的弹簧振子在B、C两点间做机械振动,可以在白纸上留下痕迹.已知弹簧的劲度系数为k=10N/m,振子的质量为0.5kg,白纸移动的速度为2

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