2019屆高考物理一輪復習第13章機械振動與機械波光電磁波與相對論第1講機械振動課件新人教版.pptx

機械振動與機械波光電磁波與相對論 第十三章 考試說明 第1講機械振動 知識梳理自測 1 簡諧運動的規(guī)律 質(zhì)點的位移與時間的關(guān)系遵從 規(guī)律 質(zhì)點的振動圖象 x t圖象 是一條 簡諧運動 正弦函數(shù) 正弦曲線 2 平衡位置 1 如圖所示 平衡位置是物體在振動過程中 為零的位置 并不一定是 為零的位置 2 回復力 使振動物體返回到 的力 其方向總是指向平衡位置 屬于 可以是某一個力 也可以是幾個力的合力或某個力的分力 回復力 合力 平衡位置 效果力 3 描述簡諧運動的物理量 平衡位置 所在位置 平衡位置 最大距離 強弱 全振動 單位時間 快慢 1 簡諧運動的表達式 1 動力學表達式 F 其中 表示回復力與位移的方向相反 2 運動學表達式 x 其中A代表振幅 2 f表示簡諧運動的快慢 簡諧運動的表達式和圖象 kx Asin t 2 簡諧運動的圖象 1 從 開始計時 函數(shù)表達式為x Asin t 圖象如圖甲所示 2 從 開始計時 函數(shù)表達式為x Acos t 圖象如圖乙所示 平衡位置 最大位移處 簡諧運動的兩種模型的比較 單擺 周期公式 阻力 彈力 重力 原長 最低 振幅 機械能 機械能 自由振動 受迫振動和共振的比較 受迫振動和共振 驅(qū)動力 驅(qū)動力 本身性質(zhì) T驅(qū) f驅(qū) T固 f固 不變 最大 思維診斷 1 簡諧運動是勻變速運動 2 周期 頻率是表征物體做簡諧運動快慢程度的物理量 3 振幅等于振子運動軌跡的長度 4 簡諧運動的回復力可以是恒力 5 彈簧振子每次經(jīng)過平衡位置時 位移為零 動能最大 6 單擺在任何情況下的運動都是簡諧運動 7 物體做受迫振動時 其振動頻率與固有頻率無關(guān) 8 簡諧運動的圖象描述的是振動質(zhì)點的軌跡 B C 解析 彈簧振子做簡諧運動 先后經(jīng)過M N兩點時速度v v 0 相同 根據(jù)對稱性可知M N兩點關(guān)于平衡位置對稱 兩點相對于平衡位置的位移大小相等 方向相反 根據(jù)F kx可知 回復力大小相等 方向相反 故A B錯誤 振子在M N兩點所受回復力大小相等 可知加速度大小相等 故C正確 從M點到N點 回復力先減小后增大 振子的加速度先減小后增大 所以振子先做變加速運動 后做變減速運動 故D錯誤 ACE 解析 飛機的機翼 翅膀 很快就抖動起來 是因為驅(qū)動力的頻率接近機翼的固有頻率發(fā)生共振 在飛機機翼前裝置配重桿 是為了改變機翼的固有頻率 使驅(qū)動力的頻率遠離機翼的固有頻率 故D正確 D 核心考點突破 1 動力學特征F kx 表示回復力的方向與位移方向相反 k是比例系數(shù) 不一定是彈簧的勁度系數(shù) 2 運動學特征簡諧運動的加速度與物體偏離平衡位置的位移成正比 但加速度方向與位移方向相反 為變加速運動 遠離平衡位置時 x F a Ep均增大 v Ek均減小 靠近平衡位置時則相反 簡諧運動的基本特征及應(yīng)用 3 振子由P到O所用時間等于由O到P 所用時間 即tPO tOP 4 振子往復過程中通過同一段路程 如OP段 所用時間相等 即tOP tPO 5 能量特征振動的能量包括動能Ek和勢能Ep 簡諧運動過程中 系統(tǒng)動能與勢能相互轉(zhuǎn)化 系統(tǒng)的機械能守恒 ACD 解題導思 1 題目中所對應(yīng)的情況有幾種可能 2 請作出示意圖 并在圖中找出對應(yīng)幾個時刻的振動位置 類題演練1 ACE 1 圖象特征 1 簡諧運動的圖象是一條正弦或余弦曲線 是正弦曲線還是余弦曲線取決于質(zhì)點初始時刻的位置 2 圖象反映的是位移隨時間的變化規(guī)律 隨時間的增加而延伸 圖象不代表質(zhì)點運動的軌跡 3 任一時刻圖線上過該點切線的斜率數(shù)值表示該時刻振子的速度大小 正負表示速度的方向 正時沿x軸正方向 負時沿x軸負方向 簡諧運動的圖象 2 圖象信息 1 由圖象可以看出質(zhì)點振動的振幅 周期 2 可以確定某時刻質(zhì)點離開平衡位置的位移 3 可以確定某時刻質(zhì)點的回復力 加速度和速度的方向 回復力和加速度的方向 因回復力總是指向平衡位置 故回復力和加速度的方向在圖象上總是指向t軸 速度的方向 速度的方向可以通過下一時刻位移的變化來判定 若下一時刻位移增加 速度方向就是遠離t軸 若下一時刻位移減小 速度方向就是指向t軸 4 可以確定某段時間內(nèi)質(zhì)點的位移 回復力 加速度 速度 動能 勢能等的變化情況 A 振動周期為5s 振幅為8cmB 第2s末振子的速度為零 加速度為負向的最大值C 從第1s末到第2s末振子在做加速運動D 第3s末振子的速度為正向的最大值 D 解析 由振動圖象可得周期為4s 振幅為8cm A項錯誤 第2s末圖象的斜率為零 則速度為零 位移為負向最大值 則加速度為正向的最大值 B項錯誤 從第1s末到第2s末振子在做減速運動 C項錯誤 第3s末斜率最大且為正值 則振子的速度為正向的最大值 D項正確 答案 1 如圖所示 2 0 52m 類題演練2 解析 1 當振子振動到右方最大位移處時 位移最大為2cm 周期為0 4s 若以向右為位移的正方向 則振動圖象如圖所示 1 共振曲線 如圖所示的共振曲線 曲線表示受迫振動的振幅A 縱坐標 隨驅(qū)動力頻率f 橫坐標 的變化而變化 驅(qū)動力的頻率f跟振動系統(tǒng)的固有頻率f0相差越小 振幅越大 驅(qū)動力的頻率f等于振動系統(tǒng)的固有頻率f0時 振幅最大 受迫振動和共振 2 受迫振動中系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化 做受迫振動的系統(tǒng)的機械能不守恒 系統(tǒng)與外界時刻進行能量交換 B 解題導思 1 發(fā)生共振的條件是什么 2 單擺的周期公式是怎樣的 周期和頻率的關(guān)系是什么 類題演練3 ACD A 由圖甲可知該彈簧振子的固有周期為4sB 由圖乙可知該彈簧振子的固有周期為8sC 由圖乙可知外力的周期為8sD 如果改變外力的周期 在外力周期接近4s時該彈簧振子的振幅較大 解析 題圖甲是彈簧振子做簡諧運動時的圖象 故由題圖甲可知 彈簧振子的固有周期為T0 4s A正確 題圖乙是彈簧振子做受迫振動的圖象 故外力的周期為8s C正確 B錯誤 當物體的驅(qū)動力頻率等于物體的固有頻率時 物體的振動達到最強 故當外力周期接近4s時 彈簧振子振幅較大 D正確 實驗 用單擺測定重力加速度 2 注意事項 1 構(gòu)成單擺的條件 細線的質(zhì)量要小 彈性要小 選用體積小 密度大的小球 擺角不超過5 2 要使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動 不能形成圓錐擺 方法是將擺球拉到一定位置后由靜止釋放 3 測周期的方法 要從擺球過平衡位置時開始計時 因為此處速度大 計時誤差小 而最高點速度小 計時誤差大 要測多次全振動的時間來計算周期 如在擺球過平衡位置時開始計時 且在數(shù) 零 的同時按下秒表 以后每當擺球從同一方向通過平衡位置時計數(shù)1次 1 用游標尺上有10個小格的游標卡尺測量擺球的直徑如圖甲所示 擺球直徑為 cm 把擺球用細線懸掛在鐵架臺上 測量擺線長 通過計算得到擺長L 2 06 2 用秒表測量單擺的周期 當單擺擺動穩(wěn)定且到達最低點時開始計時并記為n 1 單擺每經(jīng)過最低點記一次數(shù) 當數(shù)到n 60時秒表的示數(shù)如圖乙所示 該單擺的周期是T s 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 2 28 3 測量出多組周期T 擺長L的數(shù)值后 畫出T2 l圖象如圖丙 此圖線斜率的物理意義是 C 4 在 3 中 描點時若誤將擺線長當作擺長 那么畫出的直線將不通過原點 由圖線斜率得到的重力加速度與原來相比 其大小 A 偏大B 偏小C 不變D 都有可能 5 該小組的另一同學沒有使用游標卡尺也測出了重力加速度 他采用的方法是 先測出一擺線較長的單擺的振動周期T1 然后把擺線縮短適當?shù)拈L度 L 再測出其振動周期T2 用該同學測出的物理量表達重力加速度為g C 1 實驗時必須控制擺角在 以內(nèi) 并且要讓單擺在 平面內(nèi)擺動 類題演練4 5 同一豎直 2 某同學測出不同擺長對應(yīng)的周期T 作出L T2圖線 如圖所示 再利用圖線上