高考物理一轮复习讲练测(全国通用)15.1机械振动(讲)(原卷版+解析)

这是一份高考物理一轮复习讲练测(全国通用)15.1机械振动(讲)(原卷版+解析)，共18页。


【网络构建】
专题15.1 机械振动
【网络构建】
考点一 简谐运动的规律
弹簧振子模型
单摆模型
考点二 简谐运动的图象
1．简谐运动的数学表达式：x＝Asin(ωt＋φ)
2．根据简谐运动图象可获取的信息
(1)振幅A、周期T(或频率f)和初相位φ(如图所示)．
(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的大小和速度的方向，速度的方向也可根据下一时刻物体的位移的变化来确定．
(4)某时刻质点的回复力、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，在图象上总是指向t轴．
(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．
3．简谐运动图象问题的两种分析方法
法一 图象－运动结合法
解此类题时，首先要理解x－t图象的意义，其次要把x－t图象与质点的实际振动过程联系起来．图象上的一个点表示振动中的一个状态(位置、振动方向等)，图象上的一段曲线对应振动的一个过程，关键是判断好平衡位置、最大位移及振动方向．
法二 直观结论法
简谐运动的图象表示振动质点的位移随时间变化的规律，即位移－时间的函数关系图象，不是物体的运动轨迹．
考点三 受迫振动和共振
1．自由振动、受迫振动和共振的关系比较
2.对共振的理解
(1)共振曲线：如图所示，
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f＝f0时，振幅A最大．
(2)受迫振动中系统能量的转化：做受迫振动的系统机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换．
高频考点一 简谐运动的规律
弹簧振子模型
例1、弹簧振子做简谐运动，O为平衡位置，当它经过点O时开始计时，经过0.3 s，第一次到达点M，再经过0.2 s第二次到达点M，则弹簧振子的周期不可能为( )
A．0.53 s B．1.4 s C．1.6 s D．2 s E．3 s
【变式训练】如图所示，一轻质弹簧上端固定在天花板上，下端连接一物块，物块沿竖直方向以O点为中心点，在C、D两点之间做周期为T的简谐运动．已知在t1时刻物块的速度大小为v、方向向下，动能为Ek.下列说法正确的是 ( )
A．如果在t2时刻物块的速度大小也为v，方向向下，则t2－t1的最小值小于eq \f(T,2)
B．如果在t2时刻物块的动能也为Ek，则t2－t1的最小值为T
C．物块通过O点时动能最大
D．当物块通过O点时，其加速度最小
E．物块运动至C点时，其加速度最小
单摆模型
例2、下列说法正确的是( )
A．在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比
B．弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变
C．在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单摆做简谐振动的周期越小
D．系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率
E．已知弹簧振子初始时刻的位置及其振动周期，就可知振子在任意时刻运动速度的方向
【变式训练】关于单摆，下列说法正确的是( )
A．将单摆由沈阳移至广州，单摆周期变大
B．单摆的周期公式是由惠更斯总结得出的
C．将单摆的摆角从4°改为2°，单摆的周期变小
D．当单摆的摆球运动到平衡位置时，摆球的速度最大
E．当单摆的摆球运动到平衡位置时，受到的合力为零
高频考点二 简谐运动的图象
对运动学特征的考查
例3、一个质点做简谐运动的图象如图6所示，下列叙述正确的是( )
A．质点的振动频率为4 Hz
B．在10 s内质点经过的路程是20 cm
C．在5 s末，速度为零，加速度最大
D．在t＝1.5 s和t＝4.5 s两时刻质点的位移大小相等
E．在t＝1.5 s和t＝4.5 s两时刻质点的速度相同
【变式训练】一质点做简谐运动，其位移和时间的关系如图所示．
(1)求t＝0.25×10－2 s时质点的位移；
(2)在t＝1.5×10－2 s到t＝2×10－2 s的振动过程中，质点的位移、回复力、速度、动能、势能大小如何变化？
(3)在t＝0到t＝8.5×10－2 s时间内，质点的路程、位移各多大？
对动力学特征的考查
例4、弹簧振子以O点为平衡位置，在B、C两点间做简谐运动，在t＝0时刻，振子从O、B间的P点以速度v向B点运动；在t＝0.2 s时刻，振子速度第一次变为－v；在t＝0.5 s时，振子速度第二次变为－v。
(1)求弹簧振子的振动周期T；
(2)若B、C之间的距离为25 cm，求振子在4 s内通过的路程；
(3)若B、C之间的距离为25 cm，从平衡位置开始计时，写出弹簧振子的位移表达式，并画出弹簧振子的振动图象。
【变式训练】一个质点做简谐运动的图象如图所示，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eq \r(2) cm
E．t＝2 s和t＝4 s两时刻质点的加速度和速度都相同
高频考点三 受迫振动和共振
例5、关于受迫振动和共振，下列说法正确的是( )
A．火车过桥时限制速度是为了防止火车发生共振
B．若驱动力的频率为5 Hz，则受迫振动稳定后的振动频率一定为5 Hz
C．当驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大
D．一个受迫振动系统在非共振状态时，同一振幅对应的驱动力频率一定有两个
E．受迫振动系统的机械能守恒
【变式训练】如图所示，曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动．开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2 Hz.现匀速转动摇把，转速为240 r/min.则( )
A．当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5 s B．当振子稳定振动时，它的振动频率是4 Hz
C．当转速增大时，弹簧振子的振幅增大 D．当转速减小时，弹簧振子的振幅增大
E．振幅增大的过程中，外界对弹簧振子做正功
近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
机械振动
Ⅱ
2022·海南卷·T4
2022·山东卷·T9
2022·浙江6月卷·T11
2021·北京卷·T4
2020·海南卷·T9
2020·北京卷·T6
2019·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T34
2018·天津卷·T22
机械波
Ⅱ
2022·重庆卷·T16
2022·北京卷·T6
2022·上海卷·T7
2022·湖南卷·T16（1）
2022·浙江6月卷·T16
2022·浙江1月卷·T15
2022·广东卷·T16（1）
2022·全国甲卷·T34（1）
2022·全国乙卷·T34（1）
2021·重庆卷·T16
2021·浙江1月卷·T15
2021·浙江1月卷·T13
2020·山东卷·T4
2020·天津卷·T4
2020·浙江1月卷·T16
2020·浙江7月卷·T15
2019·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T34
2019·天津卷·T20
2019·海南卷·T17
2018·北京卷·T16
2018·江苏卷·T19
2018·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T34
2018·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T34
2018·全国 = 3 \* ROMAN \* MERGEFORMAT III卷·T34
核心素养
物理观念：1.掌握简谐运动的特征及波的传播规律；2.掌握单摆的周期公式，掌握振动图像和波动图像；3.从相互作用和能量的角度认识振动和波．
科学思维：1.构建简谐运动、单摆等模型研究问题；2.运用公式和图像描述振动和波动问题；3.运用证据及推理解释波的干涉、衍射现象．
科学探究：通过“用单摆测定重力加速度”等实验，提高科学素养．
科学态度与责任：1.尝试用学过的知识解决实际生产生活中的振动与波的问题；2.通过实验探究，形成严谨、认真、实事求是的科学态度．
命题规律
命题分析：高考对本专题的考查以图像为主，重点是简谐运动的特点、振动和波动图像、波的传播、波的叠加、波速的计算、波的多解问题以及用单摆测定重力加速度等．
趋势分析：预计今后的高考对本专题的考查仍会以定性分析或简单的定量计算为主，难度中等，要多注意本专题中与实际生活相联系的题目．
备考策略
对该部分内容的考查一般以选择题为主，内容上主要以机械波和机械振动为主，从振动图像和波形图出发，分析质点运动的动力学问题，涉及传播方向与振动方向的关系，波的周期性和多解性问题等；对本部分的实验，直接考查的频率不高，但复习时不能忽略，要注意对实验原理、器材、步骤、数据处理方法、误差分析等的理解。
常见题型有：①简谐运动的基本概念及规律；②机械波的形成与传播及波速公式的应用；③振动图像和波形图的分析；④波传播中的多解问题；⑤用单摆测量重力加速度。
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
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eq \f(T,2)
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
模型
弹簧振子
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)在弹簧弹性限度内
回复力
弹簧的弹力
平衡位置
弹簧处于原长处
周期
与振幅无关
能量转化
弹性势能与动能相互转化，机械能守恒
模型
单摆
示意图
简谐运动条件
(1)摆线为不可伸缩的轻细线
(2)无空气等阻力
(3)最大摆角小于5°
回复力
摆球重力沿与摆线垂直(即切向)方向的分力
平衡位置
最低点
周期
T＝2πeq \r(\f(l,g))
能量转化
重力势能与动能相互转化，机械能守恒
振动
项目
自由振动
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T＝T驱或f＝f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(θ≤5°)
机械工作时底座发生的振动
共振筛、声音的共鸣等
第十五章 机械振动机械波
【网络构建】
专题15.1 机械振动
【网络构建】
考点一 简谐运动的规律
弹簧振子模型
单摆模型
考点二 简谐运动的图象
1．简谐运动的数学表达式：x＝Asin(ωt＋φ)
2．根据简谐运动图象可获取的信息
(1)振幅A、周期T(或频率f)和初相位φ(如图所示)．
(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的大小和速度的方向，速度的方向也可根据下一时刻物体的位移的变化来确定．
(4)某时刻质点的回复力、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，在图象上总是指向t轴．
(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．
3．简谐运动图象问题的两种分析方法
法一 图象－运动结合法
解此类题时，首先要理解x－t图象的意义，其次要把x－t图象与质点的实际振动过程联系起来．图象上的一个点表示振动中的一个状态(位置、振动方向等)，图象上的一段曲线对应振动的一个过程，关键是判断好平衡位置、最大位移及振动方向．
法二 直观结论法
简谐运动的图象表示振动质点的位移随时间变化的规律，即位移－时间的函数关系图象，不是物体的运动轨迹．
考点三 受迫振动和共振
1．自由振动、受迫振动和共振的关系比较
2.对共振的理解
(1)共振曲线：如图所示，
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f＝f0时，振幅A最大．
(2)受迫振动中系统能量的转化：做受迫振动的系统机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换．
高频考点一 简谐运动的规律
弹簧振子模型
例1、弹簧振子做简谐运动，O为平衡位置，当它经过点O时开始计时，经过0.3 s，第一次到达点M，再经过0.2 s第二次到达点M，则弹簧振子的周期不可能为( )
A．0.53 s B．1.4 s C．1.6 s D．2 s E．3 s
答案: BDE
解析：如图甲所示，设O为平衡位置，OB(OC)代表振幅，振子从O―→C所需时间为eq \f(T,4)。因为简谐运动具有对称性，所以振子从M―→C所用时间和从C―→M所用时间相等，故eq \f(T,4)＝0.3 s＋eq \f(0.2,2) s＝0.4 s，解得T＝1.6 s；如图乙所示，若振子一开始从平衡位置向点B运动，设点M′与点M关于点O对称，则振子从点M′经过点B到点M′所用的时间与振子从点M经过点C到点M所需时间相等，即0.2 s。振子从点O到点M′、从点M′到点O及从点O到点M所需时间相等，为eq \f(0.3 s－0.2 s,3)＝eq \f(1,30) s，故周期为T＝0.5 s＋eq \f(1,30) s≈0.53 s，所以周期不可能的为选项B、D、E。
【变式训练】如图所示，一轻质弹簧上端固定在天花板上，下端连接一物块，物块沿竖直方向以O点为中心点，在C、D两点之间做周期为T的简谐运动．已知在t1时刻物块的速度大小为v、方向向下，动能为Ek.下列说法正确的是 ( )
A．如果在t2时刻物块的速度大小也为v，方向向下，则t2－t1的最小值小于eq \f(T,2)
B．如果在t2时刻物块的动能也为Ek，则t2－t1的最小值为T
C．物块通过O点时动能最大
D．当物块通过O点时，其加速度最小
E．物块运动至C点时，其加速度最小
答案: ACD
解析： 如果在t2时刻物块的速度大小也为v、方向也向下，则t2－t1的最小值小于eq \f(T,2)，选项A正确；如果在t2时刻物块的动能也为Ek，则t2－t1的最小值小于eq \f(T,2)，选项B错误；当物块通过O点时，其加速度最小，速度最大，动能最大，选项C、D正确；物块运动至C点时，其加速度最大，速度为零，选项E错误．
单摆模型
例2、下列说法正确的是( )
A．在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比
B．弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变
C．在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单摆做简谐振动的周期越小
D．系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率
E．已知弹簧振子初始时刻的位置及其振动周期，就可知振子在任意时刻运动速度的方向
答案: ABD
解析：根据单摆周期公式T＝2πeq \r(\f(l,g))可以知道，在同一地点，重力加速度g为定值，故周期的平方与其摆长成正比，故选项A正确；弹簧振子做简谐振动时，只有动能和势能参与转化，根据机械能守恒条件可以知道，振动系统的势能与动能之和保持不变，故选项B正确；根据单摆周期公式T＝2πeq \r(\f(l,g))可以知道，单摆的周期与质量无关，故选项C错误；当系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率，故选项D正确；若弹簧振子初始时刻的位置在平衡位置，知道周期后，可以确定任意时刻运动速度的方向，若弹簧振子初始时刻的位置不在平衡位置，则无法确定，故选项E错误。
【变式训练】关于单摆，下列说法正确的是( )
A．将单摆由沈阳移至广州，单摆周期变大
B．单摆的周期公式是由惠更斯总结得出的
C．将单摆的摆角从4°改为2°，单摆的周期变小
D．当单摆的摆球运动到平衡位置时，摆球的速度最大
E．当单摆的摆球运动到平衡位置时，受到的合力为零
答案:ABD
解析：将单摆由沈阳移至广州，因重力加速度减小，根据T＝2πeq \r(\f(l,g))可知，单摆周期变大，选项A正确；单摆的周期公式是由惠更斯总结得出的，选项B正确；单摆的周期与摆角无关，将单摆的摆角从4°改为2°，单摆的周期不变，选项C错误；当单摆的摆球运动到平衡位置时，摆球的速度最大，有向心加速度，则受到的合力不为零，选项D正确，E错误．
高频考点二 简谐运动的图象
对运动学特征的考查
例3、一个质点做简谐运动的图象如图6所示，下列叙述正确的是( )
A．质点的振动频率为4 Hz
B．在10 s内质点经过的路程是20 cm
C．在5 s末，速度为零，加速度最大
D．在t＝1.5 s和t＝4.5 s两时刻质点的位移大小相等
E．在t＝1.5 s和t＝4.5 s两时刻质点的速度相同
答案:BCD
解析：由图读出周期为T＝4 s，则频率为f＝eq \f(1,T)＝0.25 Hz，故A错误；质点在一个周期内通过的路程是4个振幅，t＝10 s＝2.5T，则在10 s内质点经过的路程是s＝2.5×4A＝10×2 cm＝20 cm，故B正确；在5 s末，质点位于最大位移处，速度为零，加速度最大，故C正确；由图看出，在t＝1.5 s和t＝4.5 s两时刻质点位移大小相等，速度大小相等、方向相反，故D正确，E错误。
【变式训练】一质点做简谐运动，其位移和时间的关系如图所示．
(1)求t＝0.25×10－2 s时质点的位移；
(2)在t＝1.5×10－2 s到t＝2×10－2 s的振动过程中，质点的位移、回复力、速度、动能、势能大小如何变化？
(3)在t＝0到t＝8.5×10－2 s时间内，质点的路程、位移各多大？
答案: (1)－eq \r(2) cm(2)变大 变大 变小 变小 变大(3)34 cm 2 cm
解析： (1)由题图可知A＝2 cm，T＝2×10－2 s，
振动方程为x＝Asin (ωt－eq \f(π,2))＝－Acs ωt＝－2cs (eq \f(2π,2×10－2)t)cm＝－2cs (100πt) cm
当t＝0.25×10－2 s时，x＝－2cs eq \f(π,4) cm＝－eq \r(2) cm.
(2)由题图可知在t＝1.5×10－2 s到t＝2×10－2 s的振动过程中，质点的位移变大，回复力变大，速度变小，动能变小，势能变大．
(3)在t＝0到t＝8.5×10－2 s时间内，Δt＝eq \f(17,4)T＝(4＋eq \f(1,4))T，可知质点的路程为s＝17A＝34 cm，位移为2 cm.
对动力学特征的考查
例4、弹簧振子以O点为平衡位置，在B、C两点间做简谐运动，在t＝0时刻，振子从O、B间的P点以速度v向B点运动；在t＝0.2 s时刻，振子速度第一次变为－v；在t＝0.5 s时，振子速度第二次变为－v。
(1)求弹簧振子的振动周期T；
(2)若B、C之间的距离为25 cm，求振子在4 s内通过的路程；
(3)若B、C之间的距离为25 cm，从平衡位置开始计时，写出弹簧振子的位移表达式，并画出弹簧振子的振动图象。
答案: (1)1 s (2)200 cm (3)x＝12.5sin(2πt) cm图象见解析
解析：(1)画出弹簧振子简谐运动示意图如图所示。
由对称性可得T＝0.5×2 s＝1 s
(2)若B、C之间距离为25 cm
则振幅A＝eq \f(1,2)×25 cm＝12.5 cm
振子4 s内通过的路程
s＝eq \f(4,1)×4×12.5 cm＝200 cm
(3)根据x＝Asin ωt，A＝12.5 cm，ω＝eq \f(2π,T)＝2π rad/s
得x＝12.5sin(2πt) cm
振动图象为
【变式训练】一个质点做简谐运动的图象如图所示，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eq \r(2) cm
E．t＝2 s和t＝4 s两时刻质点的加速度和速度都相同
答案:：BCD
解析：：由题图图象可知，质点振动的周期为T＝4 s，故频率f＝eq \f(1,T)＝0.25 Hz，选项A错误；在10 s内质点振动了2.5个周期，经过的路程是10A＝20 cm，选项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，选项C正确；由题图图象可得振动方程是x＝2sin(eq \f(π,2)t)cm，将t＝1.5 s和t＝4.5 s代入振动方程得位移大小均为eq \r(2) cm，选项D正确；在t＝2 s和t＝4 s时，质点的加速度为零，速度大小相等，方向相反，故选项E错误．
高频考点三 受迫振动和共振
例5、关于受迫振动和共振，下列说法正确的是( )
A．火车过桥时限制速度是为了防止火车发生共振
B．若驱动力的频率为5 Hz，则受迫振动稳定后的振动频率一定为5 Hz
C．当驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大
D．一个受迫振动系统在非共振状态时，同一振幅对应的驱动力频率一定有两个
E．受迫振动系统的机械能守恒
答案:BCD
解析：火车过桥时限制速度是为了防止桥发生共振，选项A错误；对于一个受迫振动系统，若驱动力的频率为5 Hz，则振动系统稳定后的振动频率也一定为5 Hz，选项B正确；由共振的定义可知，选项C正确；根据共振现象可知，选项D正确；受迫振动系统，驱动力做功，系统的机械能不守恒，选项E错误。
【变式训练】如图所示，曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动．开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2 Hz.现匀速转动摇把，转速为240 r/min.则( )
A．当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5 s B．当振子稳定振动时，它的振动频率是4 Hz
C．当转速增大时，弹簧振子的振幅增大 D．当转速减小时，弹簧振子的振幅增大
E．振幅增大的过程中，外界对弹簧振子做正功
答案:BDE.
解析：：摇把匀速转动的频率f＝n＝eq \f(240,60) Hz＝4 Hz，周期T＝eq \f(1,f)＝0.25 s，当振子稳定振动时，它的振动周期及频率均与驱动力的周期及频率相等，A错误，B正确；当转速减小时，其频率将更接近振子的固有频率2 Hz，弹簧振子的振幅将增大，C错误，D正确；外界对弹簧振子做正功，系统机械能增大，振幅增大，故E正确．
近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
机械振动
Ⅱ
2022·海南卷·T4
2022·山东卷·T9
2022·浙江6月卷·T11
2021·北京卷·T4
2020·海南卷·T9
2020·北京卷·T6
2019·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T34
2018·天津卷·T22
机械波
Ⅱ
2022·重庆卷·T16
2022·北京卷·T6
2022·上海卷·T7
2022·湖南卷·T16（1）
2022·浙江6月卷·T16
2022·浙江1月卷·T15
2022·广东卷·T16（1）
2022·全国甲卷·T34（1）
2022·全国乙卷·T34（1）
2021·重庆卷·T16
2021·浙江1月卷·T15
2021·浙江1月卷·T13
2020·山东卷·T4
2020·天津卷·T4
2020·浙江1月卷·T16
2020·浙江7月卷·T15
2019·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T34
2019·天津卷·T20
2019·海南卷·T17
2018·北京卷·T16
2018·江苏卷·T19
2018·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T34
2018·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T34
2018·全国 = 3 \* ROMAN \* MERGEFORMAT III卷·T34
核心素养
物理观念：1.掌握简谐运动的特征及波的传播规律；2.掌握单摆的周期公式，掌握振动图像和波动图像；3.从相互作用和能量的角度认识振动和波．
科学思维：1.构建简谐运动、单摆等模型研究问题；2.运用公式和图像描述振动和波动问题；3.运用证据及推理解释波的干涉、衍射现象．
科学探究：通过“用单摆测定重力加速度”等实验，提高科学素养．
科学态度与责任：1.尝试用学过的知识解决实际生产生活中的振动与波的问题；2.通过实验探究，形成严谨、认真、实事求是的科学态度．
命题规律
命题分析：高考对本专题的考查以图像为主，重点是简谐运动的特点、振动和波动图像、波的传播、波的叠加、波速的计算、波的多解问题以及用单摆测定重力加速度等．
趋势分析：预计今后的高考对本专题的考查仍会以定性分析或简单的定量计算为主，难度中等，要多注意本专题中与实际生活相联系的题目．
备考策略
对该部分内容的考查一般以选择题为主，内容上主要以机械波和机械振动为主，从振动图像和波形图出发，分析质点运动的动力学问题，涉及传播方向与振动方向的关系，波的周期性和多解性问题等；对本部分的实验，直接考查的频率不高，但复习时不能忽略，要注意对实验原理、器材、步骤、数据处理方法、误差分析等的理解。
常见题型有：①简谐运动的基本概念及规律；②机械波的形成与传播及波速公式的应用；③振动图像和波形图的分析；④波传播中的多解问题；⑤用单摆测量重力加速度。
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
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eq \f(T,2)
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
模型
弹簧振子
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)在弹簧弹性限度内
回复力
弹簧的弹力
平衡位置
弹簧处于原长处
周期
与振幅无关
能量转化
弹性势能与动能相互转化，机械能守恒
模型
单摆
示意图
简谐运动条件
(1)摆线为不可伸缩的轻细线
(2)无空气等阻力
(3)最大摆角小于5°
回复力
摆球重力沿与摆线垂直(即切向)方向的分力
平衡位置
最低点
周期
T＝2πeq \r(\f(l,g))
能量转化
重力势能与动能相互转化，机械能守恒
振动
项目
自由振动
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T＝T驱或f＝f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(θ≤5°)
机械工作时底座发生的振动
共振筛、声音的共鸣等