高中物理選修ppt課件.ppt

第一章機(jī)械振動(dòng)機(jī)械波 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖象 單擺 周期公式 受迫振動(dòng)和共振 機(jī)械波 橫波和縱波 橫波的圖象 波速 波長(zhǎng)和頻率 周期 的關(guān)系 波的干涉和衍射現(xiàn)象 多普勒效應(yīng) 實(shí)驗(yàn) 研究單擺的運(yùn)動(dòng) 用單擺測(cè)重力加速度 第一講機(jī)械振動(dòng) 一 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的概念和運(yùn)動(dòng)規(guī)律1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的概念 1 概念 物體在跟位移大小成正比 并且總是指向的回復(fù)力的作用下所做的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 平衡位置 2 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述 1 描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量 位移x 由指向的有向線段表示振動(dòng)位移 是矢量 振幅A 振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置的 是標(biāo)量 表示振動(dòng)的強(qiáng)弱 周期T和頻率f 做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體完成所需要的時(shí)間叫周期 而頻率則等于單位時(shí)間內(nèi)完成 它們是表示振動(dòng)快慢的物理量 二者互為倒數(shù)關(guān)系 平衡位置 振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)所在位置 最大距離 一次全振動(dòng) 全振動(dòng)的次數(shù) 2 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 x Asin t 3 變化規(guī)律 4 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象 物理意義 表示振子的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律 為正弦 或余弦 曲線 從平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí) 函數(shù)表達(dá)式為x Asin t 圖象如下圖 從最大位移處開(kāi)始計(jì)時(shí) 函數(shù)表達(dá)式為x Acos t 圖象如下圖 3 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化 機(jī)械能守恒 振動(dòng)能量與有關(guān) 越大 能量越大 振幅 振幅 二 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的兩種基本模型 彈力 重力 三 受迫振動(dòng)和共振1 受迫振動(dòng) 物體在作用下的振動(dòng) 做受迫振動(dòng)的物體 它的周期 或頻率 等于的周期 或頻率 而與物體的固有周期 或頻率 關(guān) 周期性驅(qū)動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)力 無(wú) 2 共振 做受迫振動(dòng)的物體 它的固有頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率越接近 其振幅就越大 當(dāng)二者時(shí) 振幅達(dá)到最大 這就是共振現(xiàn)象 共振曲線如圖 相等 一 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性1 瞬時(shí)量的對(duì)稱(chēng)性 做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體 在關(guān)于平衡位置對(duì)稱(chēng)的兩點(diǎn) 回復(fù)力 位移 加速度具有等大反向的關(guān)系 另外速度的大小 動(dòng)能具有對(duì)稱(chēng)性 速度的方向可能相同或相反 2 過(guò)程量的對(duì)稱(chēng)性 振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)來(lái)回通過(guò)相同的兩點(diǎn)間的時(shí)間相等 如tBC tCB 質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)關(guān)于平衡位置對(duì)稱(chēng)的等長(zhǎng)的兩線段時(shí)時(shí)間相等 如tBC tB C 如下圖所示 二 運(yùn)動(dòng)圖象的應(yīng)用1 確定振動(dòng)的振幅 如右圖所示的振幅是10cm 2 確定振動(dòng)物體在任意時(shí)刻的位移 如圖中 對(duì)應(yīng)t1 t2時(shí)刻的位移分別為x1 7cm x2 5cm 4 確定各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向 如上圖中的t1時(shí)刻 質(zhì)點(diǎn)正遠(yuǎn)離平衡位置向位移的正方向運(yùn)動(dòng) 在t3時(shí)刻 質(zhì)點(diǎn)正向著平衡位置運(yùn)動(dòng) 5 比較各時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)加速度的大小和方向 如上圖中t1時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)位移x1為正 則加速度a1為負(fù) t2時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)位移x2為負(fù) 則加速度a2為正 又因?yàn)?x1 x2 所以 a1 a2 三 自由振動(dòng) 受迫振動(dòng)和共振的關(guān)系比較 四 實(shí)驗(yàn) 用單擺測(cè)定重力加速度1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 學(xué)會(huì)用單擺測(cè)定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?2 加深對(duì)單擺振動(dòng)周期公式的理解 3 學(xué)會(huì)使用秒表 3 實(shí)驗(yàn)器材長(zhǎng)約1m的細(xì)絲線一根 通過(guò)球心開(kāi)有小孔的金屬球一個(gè) 帶有鐵夾的鐵架臺(tái) 毫米刻度尺 秒表 游標(biāo)卡尺 4 實(shí)驗(yàn)步驟 1 儀器安裝 讓線的一端穿過(guò)小球的小孔 然后打一個(gè)結(jié) 做成單擺 如右圖所示 把線的上端用鐵夾固定在鐵架臺(tái)上 把鐵架臺(tái)放在實(shí)驗(yàn)桌邊 使鐵夾伸到桌面以外 讓擺球自由下垂 在單擺平衡位置處做上標(biāo)記 如圖所示 測(cè)周期 將單擺從平衡位置拉開(kāi)一個(gè)角度 小于10 然后釋放小球 記下單擺擺動(dòng)30 50次的總時(shí)間 算出平均每擺動(dòng)一次的時(shí)間 即為單擺的振動(dòng)周期 反復(fù)測(cè)量三次 再算出測(cè)得周期數(shù)值的平均值 改變擺長(zhǎng) 重做幾次實(shí)驗(yàn) 方法二 圖象法 附 秒表使用簡(jiǎn)介 1 使用方法 首先要上好發(fā)條 它上端的按鈕是用來(lái)開(kāi)啟和止動(dòng)秒表的 第一次按壓 秒表開(kāi)始計(jì)時(shí) 第二次按壓 指針停止計(jì)時(shí) 指示出兩次按壓之間的時(shí)間 第三次按壓 兩指針?lè)祷亓憧潭忍?2 讀數(shù) 所測(cè)時(shí)間超過(guò)半分鐘時(shí) 半分鐘的整數(shù)倍部分由分針讀出 不足半分鐘的部分由秒針讀出 總時(shí)間為兩針示數(shù)之和 5 某同學(xué)在探究影響單擺周期的因素時(shí)有如下操作 請(qǐng)判斷是否恰當(dāng) 填 是 或 否 1 某振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率為f0 在周期性驅(qū)動(dòng)力的作用下做受迫振動(dòng) 驅(qū)動(dòng)力的頻率為f 若驅(qū)動(dòng)力的振幅保持不變 下列說(shuō)法正確的是 A 當(dāng)ff0時(shí) 該振動(dòng)系統(tǒng)的振幅隨f減小而增大C 該振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)穩(wěn)定后 振動(dòng)的頻率等于f0D 該振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)穩(wěn)定后 振動(dòng)的頻率等于f 解析 由共振條件及共振曲線可知 驅(qū)動(dòng)力頻率f驅(qū)越接近振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率f0 則振幅越大 故知 當(dāng)ff0時(shí) 振幅隨f的 而 隨f的 而 B正確 系統(tǒng)振動(dòng)穩(wěn)定時(shí) 振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率f 與固有頻率f0無(wú)關(guān) D對(duì) C錯(cuò) 故選B D 答案 BD 答案 ACD 3 一個(gè)質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)平衡位置O 在A B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 如下圖 a 所示 它的振動(dòng)圖象如圖 b 所示 設(shè)向右為正方向 則 1 OB cm 2 第0 2s末質(zhì)點(diǎn)的速度方向是 加速度大小為 3 第0 4s末質(zhì)點(diǎn)的加速度方向是 4 第0 7s時(shí) 質(zhì)點(diǎn)位置在 點(diǎn)與 點(diǎn)之間 5 質(zhì)點(diǎn)從O運(yùn)動(dòng)到B再運(yùn)動(dòng)到A所需時(shí)間t s 6 在4s內(nèi)完成 次全振動(dòng) 答案 1 5 2 O A0 3 A O 4 OB 5 0 6 6 5 4 1 將一個(gè)電動(dòng)傳感器接到計(jì)算機(jī)上 就可以測(cè)量快速變化的力 用這種方法測(cè)得的某單擺擺動(dòng)時(shí)懸線上拉力的大小隨時(shí)間變化的曲線如下圖所示 某同學(xué)由此圖象提供的信息作出的下列判斷中 正確的是 A t 0 2s時(shí)擺球正經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)B t 1 1s時(shí)擺球正經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)C 擺球擺動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能減小D 擺球擺動(dòng)的周期是T 1 4s 2 如右圖所示為同一地點(diǎn)的兩單擺甲 乙的振動(dòng)圖象 下列說(shuō)法中正確的是 A 甲 乙兩單擺的擺長(zhǎng)相等B 甲擺的振幅比乙擺大C 甲擺的機(jī)械能比乙擺大D 在t 0 5s時(shí)有正向最大加速度的是乙擺 解析 1 懸線拉力在經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)最大 t 0 2s時(shí) F有正向最大值 故A選項(xiàng)正確 t 1 1s時(shí) F有最小值 不在最低點(diǎn) 周期應(yīng)為T(mén) 1 2s 因振幅減小 故機(jī)械能減小 C選項(xiàng)正確 2 振幅可從題圖上看出甲擺大 故B對(duì) 且兩擺周期相等 則擺長(zhǎng)相等 因質(zhì)量關(guān)系不明確 無(wú)法比較機(jī)械能 t 0 5s時(shí)乙擺球在負(fù)的最大位移處 故有正向最大加速度 所以正確答案為A B D 答案 1 AC 2 ABD 5 某同學(xué)在探究影響單擺周期的因素時(shí)有如下操作 請(qǐng)判斷是否恰當(dāng) 填 是 或 否 1 把單擺從平衡位置拉開(kāi)約5 釋放 2 在擺球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)啟動(dòng)秒表計(jì)時(shí) 3 用秒表記錄擺球一次全振動(dòng)的時(shí)間作為周期 該同學(xué)改進(jìn)測(cè)量方法后 得到的部分測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表 用螺旋測(cè)微器測(cè)量其中一個(gè)擺球直徑的示數(shù)見(jiàn)圖 該球的直徑為 mm 根據(jù)下表中數(shù)據(jù)可以初步判斷單擺周期隨 的增大而增大 解析 1 單擺的擺角小于5 時(shí) 單擺做簡(jiǎn)諧振動(dòng) 2 當(dāng)球擺到最低點(diǎn)時(shí) 速度最大 此位置開(kāi)始計(jì)時(shí)誤差小 3 為了減小誤差 應(yīng)該記錄30 50次全振動(dòng)的時(shí)間 然后再計(jì)算出單擺的周期 分析表格中的數(shù)據(jù)可知 當(dāng)兩擺的擺長(zhǎng)相同 質(zhì)量不同時(shí) 周期相同 而質(zhì)量相同 擺長(zhǎng)長(zhǎng)的周期大 答案 1 是 2 是 3 否20 685 20 683 20 687 擺長(zhǎng) 1 求振子的振幅和周期 2 在上圖中作出該振子的位移 時(shí)間圖象 3 寫(xiě)出振子的振動(dòng)方程 3 設(shè)振動(dòng)方程為y Asin t 當(dāng)t 0時(shí) y 0 則sin 0得 0 或 當(dāng)再過(guò)較短時(shí)間 y為負(fù)值 所以 所以振動(dòng)方程為y 10sin 10 t cm 答案 1 10cm0 2s 2 如解析圖 3 y 10sin 10 t cm 1 1 2010 泉州模擬 彈簧振子以O(shè)點(diǎn)為平衡位置 在B C兩點(diǎn)間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 在t 0時(shí)刻 振子從O B間的P點(diǎn)以速度v向B點(diǎn)運(yùn)動(dòng) 在t 0 20s時(shí) 振子速度第一次變?yōu)?v 在t 0 50s時(shí) 振子速度第二次變?yōu)?v 1 求彈簧振子振動(dòng)周期T 2 若B C之間的距離為25cm 求振子在4 00s內(nèi)通過(guò)的路程 3 若B C之間的距離為25cm 從平衡位置計(jì)時(shí) 寫(xiě)出彈簧振子位移表達(dá)式 并畫(huà)出彈簧振子的振動(dòng)圖象 答案 1 1s 2 200cm 3 12 5sin2 tcm圖象如下圖 一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 其位移和時(shí)間關(guān)系如右圖所示 1 求t 0 25 10 2s時(shí)的位移 2 在t 1 5 10 2s到2 10 2s的振動(dòng)過(guò)程中 質(zhì)點(diǎn)的位移 回復(fù)力 速度 動(dòng)能 勢(shì)能如何變化 3 在t 0至8 5 10 2s時(shí)間內(nèi) 質(zhì)點(diǎn)的路程 位移各多大 2 由題圖可知在1 5 10 2s 2 10 2s內(nèi) 質(zhì)點(diǎn)的位移變大 回復(fù)力變大 速度變小 動(dòng)能變小 勢(shì)能變大 3 從t 0至8 5 10 2s的時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的路程為s 17A 34cm 位移為2cm 答案 1 cm 2 位移 回復(fù)力 勢(shì)能均變大 速度 動(dòng)能均變小 3 34cm2cm 2 1 一質(zhì)點(diǎn)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖象如下圖所示 1 該質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅是 cm 周期是 s 初相是 2 寫(xiě)出該質(zhì)點(diǎn)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式 并求出當(dāng)t 1s時(shí)質(zhì)點(diǎn)的位移 某同學(xué)在 用單擺測(cè)定重力加速度 的實(shí)驗(yàn)中 先測(cè)得擺線長(zhǎng)為97 50cm 擺球直徑為2 00cm 然后用秒表記錄了單擺振動(dòng)50次所用的時(shí)間如下圖所示 則 1 該擺擺長(zhǎng)為 cm 秒表的示數(shù)為 2 如果他測(cè)得的g值偏小 可能的原因是 A 測(cè)擺線長(zhǎng)時(shí)擺線拉得過(guò)緊B 擺線上端未牢固地系于懸點(diǎn) 振動(dòng)中出現(xiàn)松動(dòng) 使擺線長(zhǎng)度增加了C 開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí) 秒表過(guò)遲按下D 實(shí)驗(yàn)中誤將49次全振動(dòng)數(shù)為50次 答案 1 98 5099 8s 2 B 3 1 在 用單擺測(cè)重力加速度 的實(shí)驗(yàn)中 1 某同學(xué)的操作步驟為 a 取一根細(xì)線 下端系住直徑為d的金屬小球 上端固定在鐵架臺(tái)上b 用米尺量得細(xì)線長(zhǎng)度lc 在擺線偏離豎直方向10 位置釋放小球d 用秒表記錄小球完成n次全振動(dòng)的總時(shí)間t 得到周期T t n 答案 1 偏小 2 T 或t n T 1 如圖所示是一個(gè)單擺做受迫振動(dòng)時(shí)的共振曲線 表示振幅A與驅(qū)動(dòng)力的頻率f的關(guān)系 下列說(shuō)法正確的是 A 擺長(zhǎng)約為10cmB 擺長(zhǎng)約為1mC 若增大擺長(zhǎng) 共振曲線的 峰 將向右移動(dòng)D 若增大擺長(zhǎng) 共振曲線的 峰 將向左移動(dòng) 解析 由單擺做受迫振動(dòng)時(shí)的共振曲線可知 當(dāng)單擺發(fā)生共振時(shí) 固有頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率 即固有頻率為0 5Hz 因而固有周期為2s 由單擺的周期公式可知 此單擺的擺長(zhǎng)約為1m B正確 若增大擺長(zhǎng) 周期變長(zhǎng) 頻率變小 共振曲線的 峰 將向左移動(dòng) D正確 答案 BD 2 2010 安徽理綜 伽利略曾設(shè)計(jì)如圖所示的一個(gè)實(shí)驗(yàn) 將擺球拉至M點(diǎn)放開(kāi) 擺球會(huì)達(dá)到同一水平高度上的N點(diǎn) 如果在E或F處釘上釘子 擺球?qū)⒀夭煌膱A弧達(dá)到同一高度的對(duì)應(yīng)點(diǎn) 反過(guò)來(lái) 如果讓擺球從這些點(diǎn)下落 它同樣會(huì)達(dá)到原水平高度上的M點(diǎn) 這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明 物體由靜止開(kāi)始沿不同傾角的光滑斜面 或弧線 下滑時(shí) 其末速度的大小 A 只與斜面的傾角有關(guān)B 只與斜面的長(zhǎng)度有關(guān)C 只與下滑的高度有關(guān)D 只與物體的質(zhì)量有關(guān) 解析 物體從同一高度沿不同弧線下滑 至最低點(diǎn)后 都能沿同一條弧線運(yùn)動(dòng)至同一水平高度處 說(shuō)明物體沿不同弧線運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的速度相同 故C項(xiàng)對(duì) 答案 C 3 在做 用單擺測(cè)定重力加速度 的實(shí)驗(yàn)中 有人提出以下幾點(diǎn)建議 A 適當(dāng)加長(zhǎng)擺線B 質(zhì)量相同 體積不同的擺球 應(yīng)選用體積較大的C 單擺偏離平衡位置的角度不能太大D 當(dāng)單擺經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) 經(jīng)過(guò)一次全振動(dòng)后停止計(jì)時(shí) 用此時(shí)間間隔作為單擺振動(dòng)的周期其中對(duì)提高測(cè)量結(jié)果精確度有利的是 解析 單擺實(shí)驗(yàn)的精確度取決于實(shí)驗(yàn)裝置的理想化程度及相關(guān)物理量的測(cè)量精確度 適當(dāng)加大擺線長(zhǎng)度 有利于把擺球看成質(zhì)點(diǎn) 在擺角小于10 的條件下 擺球的空間位置變化較大 便于觀察 A對(duì) 擺球體積越大 所受空氣阻力越大 對(duì)質(zhì)量相同的擺球其影響越大 B錯(cuò) 擺角應(yīng)小于10 C對(duì) 本實(shí)驗(yàn)采用累積法測(cè)量周期 若僅測(cè)量一次全振動(dòng) 由于球過(guò)平衡位置時(shí)速度較大 難以準(zhǔn)確記錄 且一次全振動(dòng)的時(shí)間太短 偶然誤差較大 D錯(cuò) 答案 AC 4 一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子 如圖甲所示 該裝置可用于研究彈簧振子的受迫振動(dòng) 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí) 曲桿給彈簧振子驅(qū)動(dòng)力 使振子做受迫振動(dòng) 把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期就是驅(qū)動(dòng)力的周期 改變把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的速度就可以改變驅(qū)動(dòng)力的周期 若保持把手不動(dòng) 給砝碼一向下的初速度 砝碼便做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 振動(dòng)圖線如圖乙所示 當(dāng)把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí) 砝碼的振動(dòng)圖象如圖丙所示 若用T0表示彈簧振子的固有周期 T表示驅(qū)動(dòng)力的周期 Y表示受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后砝碼振動(dòng)的振幅 則 1 穩(wěn)定后 物體振動(dòng)的頻率f Hz 2 欲使物體的振動(dòng)能量最大 需滿足什么條件 3 利用上述所涉及的知識(shí) 請(qǐng)分析某同學(xué)所提問(wèn)題的物理道理 某同學(xué)考慮 我國(guó)火車(chē)第六次大提速時(shí) 需盡可能的增加鐵軌單節(jié)長(zhǎng)度 或者是鐵軌無(wú)結(jié)頭 答案 1 0 25 2 T T0 4s 3 遠(yuǎn)離火車(chē)的固有周期 以便于提高火車(chē)的車(chē)速 5 在 用單擺測(cè)定重力加速度 的實(shí)驗(yàn)中 測(cè)得單擺擺角小于5 完成n全振動(dòng)的時(shí)間為t 用毫米刻度尺測(cè)得擺線長(zhǎng)為L(zhǎng) 用螺旋測(cè)微器測(cè)得擺球直徑為d 1 用上述物理量的符號(hào)寫(xiě)出重力加速度的一般表達(dá)式g 2 從上圖可知 擺球直徑d的讀數(shù)為 mm 3 實(shí)驗(yàn)中有個(gè)同學(xué)發(fā)現(xiàn)他測(cè)得重力加速度的值偏大 其原因可能是 A 懸點(diǎn)未固定緊 振動(dòng)中出現(xiàn)松動(dòng) 使擺線增長(zhǎng)了B 單擺所用擺球質(zhì)量太大C 把n次全振動(dòng)時(shí)間誤當(dāng)成 n 1 次全振動(dòng)時(shí)間D 以擺線長(zhǎng)作為擺長(zhǎng)來(lái)計(jì)算 6 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖線可用下述方法畫(huà)出 如圖甲所示 在彈簧振子的小球上安裝一枝繪圖筆P 讓一條紙帶在與小球振動(dòng)方向垂直的方向上勻速運(yùn)動(dòng) 筆P在紙帶上畫(huà)出的就是小球的振動(dòng)圖象 取振子水平向右的方向?yàn)檎褡与x開(kāi)平衡位置的位移正方向 紙帶運(yùn)動(dòng)的距離代表時(shí)間 得到的振動(dòng)圖線如圖乙所示 1 為什么必須勻速拖動(dòng)紙帶 2 剛開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí) 振子處在什么位置 t 17s時(shí)振子相對(duì)平衡位置的位移是多少 3 若紙帶運(yùn)動(dòng)的速度為2cm s 振動(dòng)圖線上1 3兩點(diǎn)間的距離是