高考人教版物理機械振動命題點一輪復(fù)習(xí)ppt課件

1、高考人教版物理機械振動命題點一輪復(fù)習(xí)基礎(chǔ)過關(guān)考點研析基礎(chǔ)知識一、簡諧運動1.概念:如果質(zhì)點的位移與時間的關(guān)系遵從 函數(shù)的規(guī)律,即它的振動圖像是一條 曲線,這樣的振動叫做簡諧運動.2.描述簡諧運動的物理量(1)位移x:由 指向振動質(zhì)點所在位置的有向線段,是 量.基礎(chǔ)過關(guān) 緊扣教材自主落實正弦正弦平衡位置矢(2)振幅A:振動物體離開平衡位置的 ,是標(biāo)量,表示振動的強弱.(3)周期T和頻率f:做簡諧運動的物體完成 所需的時間叫周期;而頻率則等于單位時間內(nèi)完成 .它們均是表示振動快慢的物理量,二者互為倒數(shù).最大距離一次全振動全振動的次數(shù)3.簡諧運動的表達(dá)式(1)動力學(xué)表達(dá)式:F=-kx,F指回復(fù)力,回

2、復(fù)力大小總是與它偏離平衡位置的位移大小成 ,并且總是指向 .正比平衡位置4.簡諧運動的圖像(1)簡諧運動的圖像:是一條正弦曲線,表示做簡諧運動的質(zhì)點 隨時間變化的規(guī)律.(2)圖像的應(yīng)用:醫(yī)院里的 、地震儀中繪制地震曲線的裝置.位移心電圖二、簡諧運動的回復(fù)力和能量1.回復(fù)力項目內(nèi)容定義振動質(zhì)點受到的總能使其回到 的力方向指向 1表達(dá)式F= 12.簡諧運動的動力學(xué)特征如果質(zhì)點所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成 ,并且總是指向 ,質(zhì)點的運動就是簡諧運動.平衡位置平衡位置-kx正比平衡位置3.振動系統(tǒng)(彈簧振子)的狀態(tài)與能量的對應(yīng)關(guān)系彈簧振子運動的過程就是 和 互相轉(zhuǎn)化的過程.(1)在最大位移處,

3、最大, 為零.(2)在平衡位置處, 最大, 最小.4.簡諧運動的能量特點在簡諧運動中,振動系統(tǒng)的機械能 ,而在實際運動中都有一定的能量損耗,因此簡諧運動是一種 的模型.三、單擺1.定義:用細(xì)線懸掛一小球,上端固定,如果懸掛小球的細(xì)線的形變和質(zhì)量可以忽略,線長又比球的直徑大得多,這樣的裝置叫單擺.單擺是實際擺的 化模型.動能勢能勢能動能動能勢能守恒理想化理想2.單擺的回復(fù)力:回復(fù)力為球重力沿 方向的分力,單擺做簡諧運動的條件是最大擺角 5.小于惠更斯振幅切線四、受迫振動與共振1.受迫振動:振動系統(tǒng)在周期性 作用下的振動.2.受迫振動的特點:受迫振動穩(wěn)定時,系統(tǒng)的振動頻率 驅(qū)動力的頻率,跟振動系統(tǒng)

4、的固有頻率無關(guān).3.共振:做受迫振動的物體,它的固有頻率與驅(qū)動力的頻率越接近,其振幅就越大,當(dāng)二者 時,振幅達(dá)到最大,這就是共振現(xiàn)象.驅(qū)動力等于相等(1)簡諧運動的平衡位置就是質(zhì)點所受合力為零的位置.( )(2)做簡諧運動的質(zhì)點先后通過同一點,回復(fù)力、速度、加速度、位移都是相同的.( )(3)做簡諧運動的質(zhì)點,速度增大時,其加速度一定減小.( )(4)簡諧運動的回復(fù)力肯定不是恒力.( )(5)彈簧振子每次經(jīng)過平衡位置時,位移為零,動能為零.( )(6)物體做受迫振動時,其振動頻率與固有頻率無關(guān).( )過關(guān)巧練1.思考判斷2.(多選)單擺是為研究振動而抽象出的理想化模型,其理想化條件是( )A.

5、擺線質(zhì)量不計B.擺線長度不可伸縮C.擺球的直徑比擺線長度短得多D.只要是單擺的運動就是一種簡諧運動ABC解析:單擺由擺線和擺球組成,擺線只計長度不計質(zhì)量,擺球只計質(zhì)量不計大小,且擺線不可伸縮.但把單擺作為簡諧運動來處理是有條件的,只有在擺角很小(5)的情況下才能視單擺運動為簡諧運動.故A,B,C正確.3.如圖所示,彈簧振子在B,C間振動,O為平衡位置,BO=OC=5 cm,若振子從B到C的運動時間是1 s,則下列說法中正確的是( )A.振子從B經(jīng)O到C完成一次全振動B.振動周期是1 s,振幅是10 cmC.經(jīng)過兩次全振動,振子通過的路程是20 cmD.從B開始經(jīng)過3 s,振子通過的路程是30

6、cmD解析:振子從BOC僅完成了半次全振動,所以周期 T=21 s=2 s,振幅A=BO=5 cm.振子在一次全振動中通過的路程為4A=20 cm,所以兩次全振動中通過的路程為40 cm,3 s的時間為1.5T,所以振子通過的路程為30 cm.考點一簡諧運動的規(guī)律考點研析 核心探究重難突破1.受力特征簡諧運動的回復(fù)力滿足F=-kx,位移x與回復(fù)力的方向相反.由牛頓第二定律知,加速度a與位移的大小成正比,方向相反.2.運動特征(1)當(dāng)v,a同向(即v,F同向,也就是v,x反向)時,v一定增大.(2)當(dāng)v,a反向(即v,F反向,也就是v,x同向)時,v一定減小.(3)當(dāng)物體靠近平衡位置時,a,F,

7、x都減小,v增大.(4)當(dāng)物體遠(yuǎn)離平衡位置時,a,F,x都增大,v減小.3.能量特征對彈簧振子和單擺來說,振幅越大,能量越大,在振動過程中,動能和勢能相互轉(zhuǎn)化,機械能守恒.4.周期性特征物體做簡諧運動時,其位移、回復(fù)力、加速度、速度等矢量都隨時間做周期性的變化,它們的周期就是簡諧運動的周期T.5.對稱性特征(1)速率的對稱性:物體在關(guān)于平衡位置對稱的兩位置具有相等的速率.(2)時間的對稱性:物體通過關(guān)于平衡位置對稱的兩段位移的時間相等.在振動過程中,物體通過任意兩點A,B的時間與逆向通過這兩點的時間相等.(3)加速度的對稱性:物體在關(guān)于平衡位置對稱的兩位置具有等大、反向的加速度.【典例1】 (

8、多選)一彈簧振子做簡諧運動,它所受的回復(fù)力F隨時間t變化的圖像為正弦曲線,如圖所示,下列說法正確的是( )A.在t從0到2 s時間內(nèi),彈簧振子做減速運動B.在t1=3 s和t2=5 s時,彈簧振子的速度大小相等,方向相反C.在t2=5 s和t3=7 s時,彈簧振子的位移大小相等,方向相同D.在t從0到4 s時間內(nèi),t=2 s時刻彈簧振子所受回復(fù)力做功的功率最大AC解析:在t從0到2 s時間內(nèi),彈簧振子所受的回復(fù)力增大,說明位移在增大,振子做減速運動,選項A正確;從題圖中可以看出,在t1=3 s和t2=5 s時,振子所受的回復(fù)力大小相等,振子的速度大小相等,速度方向相同,選項B錯誤;從題圖中可以

9、看出,在t2=5 s和t3=7 s時,回復(fù)力大小相等,方向相同,則有彈簧振子的位移大小相等,方向相同,選項C正確;從題圖中可以看出,t=2 s時刻彈簧振子所受的回復(fù)力最大,振子的速度為零,則回復(fù)力做功的功率為零,選項D錯誤.【針對訓(xùn)練】 (多選)如圖是一彈簧振子,O為平衡位置,則振子從aO運動的過程中,下列說法正確的是( )A.位移不斷減小B.速度不斷減小C.加速度不斷減小D.彈簧的彈性勢能不斷增大AC解析:振子從aO運動的過程是靠近平衡位置,故位移減小,速度增大,加速度減小,彈性勢能減小;故B,D錯誤,A,C正確.考點二簡諧運動的公式與圖像1.圖像特征(1)簡諧運動的圖像是一條正弦或余弦曲線

10、,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)圖像反映的是位移隨時間的變化規(guī)律,隨時間的增加而延伸,圖像不代表質(zhì)點運動的軌跡.(3)任一時刻在圖線上對應(yīng)點的切線的斜率,大小表示該時刻振子的速度大小,正負(fù)表示速度的方向,為正時,表示振子的速度沿x軸正方向;為負(fù)時,表示振子的速度沿x軸負(fù)方向.2.振動圖像提供的信息(1)由圖像可以看出質(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)可以確定各時刻質(zhì)點的振動方向.(4)可以確定某時刻質(zhì)點的回復(fù)力、加速度和速度的方向.(5)比較不同時刻質(zhì)點的速度、加速度的大小.3.振動圖像的物理意義圖像描述的是振子相對平衡位置的位移隨

11、時間變化的情況,不是物體的運動軌跡.【典例2】 (多選)簡諧運動的振動圖像可用下述方法畫出:如圖(甲)所示,在彈簧振子的小球上安裝一支繪圖筆P,讓一條紙帶在與小球振動方向垂直的方向上勻速運動,筆P在紙帶上畫出的就是小球的振動圖像.取水平向右為小球離開平衡位置位移的正方向,紙帶運動的距離代表時間,得到的彈簧振子振動圖像如圖(乙)所示.則下列說法正確的是( )ABDA.彈簧振子的周期為4 sB.彈簧振子的振幅為10 cmC.t=17 s時振子相對平衡位置的位移是10 cmD.若紙帶運動的速度為2 cm/s,振動圖線上1,3兩點間的距離是4 cm解析:由題圖(乙)知,彈簧振子的周期為T=4 s,振幅

12、為10 cm,選項A,B正確;由簡諧運動的周期性知,t=17 s時振子相對平衡位置的位移與t=1 s時振子相對平衡位置的位移相同,均為0,選項C錯誤;若紙帶運動的速度為2 cm/s,振動圖線上1,3兩點間的距離s=vt=2 cm/s2 s=4 cm,選項D正確.A.第1 s末與第3 s末的位移相同B.第1 s末與第3 s末的速度相同C.第3 s末與第5 s末的位移方向相同D.第3 s末與第5 s末的速度方向相同AD 【針對訓(xùn)練2】 一位游客在千島湖邊欲乘坐游船,當(dāng)日風(fēng)浪較大,游船上下浮動.可把游船浮動簡化成豎直方向的簡諧運動,振幅為20 cm,周期為3.0 s.當(dāng)船上升到最高點時,甲板剛好與碼

13、頭地面平齊.地面與甲板的高度差不超過10 cm時,游客能舒服地登船.在一個周期內(nèi),游客能舒服登船的時間是( )A.0.5 sB.0.75 sC.1.0 sD.1.5 sC考點三單擺及其周期公式1.對周期公式的理解(1)單擺的周期公式在單擺偏角很小時成立.(2)公式中l(wèi)是擺長,即懸點到擺球球心的距離l=l線+r球.(3)公式中g(shù)是單擺所在地的重力加速度,由單擺所在的空間位置決定.(4)周期T只與l和g有關(guān),與擺球質(zhì)量m和振幅無關(guān).所以單擺的周期也叫固有周期.(2)可以制作計時儀器.【典例3】 (多選)擺球質(zhì)量相等的甲、乙兩單擺懸掛點高度相同,其振動圖像如圖所示.選懸掛點所在水平面為重力勢能的參考

14、面,由圖可知( )A.甲、乙兩單擺擺長之比是49B.ta時刻甲、乙兩單擺的擺角相等C.tb時刻甲、乙兩單擺的勢能差最大D.tc時刻甲、乙兩單擺的速率相等AC【針對訓(xùn)練1】 (多選)如圖所示為同一地點的兩單擺甲、乙的振動圖像,則下列說法中正確的是( )A.甲、乙兩單擺的擺長相等B.甲擺的振幅比乙擺大C.甲擺的機械能比乙擺大D.在t=0.5 s時有正向最大加速度的是乙擺ABD【針對訓(xùn)練2】 若兩個單擺的擺長相等,擺球經(jīng)過平衡位置時的動能大小也相等,則( )A.兩單擺的振動頻率相等,擺球質(zhì)量較大的振幅較小B.兩單擺的振幅相等,擺球質(zhì)量較大的振動頻率較小C.擺球質(zhì)量較大的振動頻率較小,振幅也較小D.兩

15、單擺的振動頻率相等,振幅也相等A考點四受迫振動和共振1.阻尼振動和受迫振動(1)阻尼振動是振動系統(tǒng)在阻力的作用下,振幅逐漸減小的振動.說明:阻尼振動中振幅雖然逐漸減小,但振動的頻率不會變化,此頻率稱為固有頻率,由振動系統(tǒng)決定.(2)受迫振動是指系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動.做受迫振動的物體的振動頻率等于驅(qū)動力的頻率,與物體的固有頻率無關(guān).2.對共振的理解(1)共振曲線:如圖所示,橫坐標(biāo)為驅(qū)動力頻率f,縱坐標(biāo)為振幅A.它直觀地反映了驅(qū)動力頻率對某固有頻率為f0的振動系統(tǒng)受迫振動振幅的影響,由圖可知,f與f0越接近,振幅A越大,當(dāng)f=f0時,振幅A最大.(2)受迫振動中系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化:做受迫振動的系統(tǒng)

16、的機械能不守恒,系統(tǒng)與外界時刻進(jìn)行能量交換.【典例4】 在實驗室可以做“聲波碎杯”的實驗,用手指輕彈一只酒杯,可以聽到清脆的聲音,測得這個聲音的頻率為 500 Hz.將這只酒杯放在兩只大功率的聲波發(fā)生器之間,操作人員通過調(diào)整其發(fā)出的聲波,就能使酒杯碎掉,下列說法中正確的是( )A.操作人員一定是把聲波發(fā)生器的功率調(diào)到很大B.操作人員可能是使聲波發(fā)生器發(fā)出了頻率很高的超聲波C.操作人員一定是同時增大了聲波發(fā)生器發(fā)出聲波的頻率和功率D.操作人員一定是將聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波頻率調(diào)到了 500 HzD解析:用聲波將酒杯擊碎,利用的是共振現(xiàn)象,而物體發(fā)生共振現(xiàn)象的條件為驅(qū)動力頻率與物體固有頻率相同.之前

17、人用手指輕彈酒杯測得聲音頻率為500 Hz,此頻率就是酒杯的固有頻率,所以操作人員應(yīng)該將聲波發(fā)生器的頻率調(diào)到500 Hz,才能擊碎酒杯.故選項D正確.【針對訓(xùn)練】 (多選)一洗衣機在正常工作時非常平穩(wěn),當(dāng)切斷電源后發(fā)現(xiàn)先是振動越來越劇烈,然后振動逐漸減弱,對這一現(xiàn)象下列說法正確的是( )A.正常工作時,洗衣機波輪的運轉(zhuǎn)頻率大于洗衣機的固有頻率B.正常工作時,洗衣機波輪的運轉(zhuǎn)頻率比洗衣機的固有頻率小C.當(dāng)洗衣機振動最劇烈時,波輪的運轉(zhuǎn)頻率恰好等于洗衣機的固有頻率D.當(dāng)洗衣機振動最劇烈時,固有頻率最大AC解析:洗衣機做受迫振動,當(dāng)波輪的運轉(zhuǎn)頻率恰好等于洗衣機的固有頻率時,振動最劇烈,C正確;切斷電

18、源后,洗衣機波輪轉(zhuǎn)動頻率逐漸減小的過程中發(fā)生了共振,因此,正常工作時的頻率大于洗衣機的固有頻率,A正確,B錯誤,洗衣機的固有頻率是不變的,D錯誤.考點五探究單擺的運動用單擺測重力加速度1.原理與操作2.處理與分析(1)誤差分析(2)注意事項擺線要選1 m左右,不要過長或過短.擺長要待懸掛好球后再測,計算擺長時要將懸線長加上擺球半徑.單擺要在豎直平面內(nèi)擺動,不要使之成為圓錐擺.要從平衡位置開始計時,并數(shù)準(zhǔn)全振動的次數(shù).【典例5】 某同學(xué)用實驗的方法探究影響單擺周期的因素.(1)他組裝單擺時,在擺線上端的懸點處,用一塊開有狹縫的橡皮夾牢擺線,再用鐵架臺的鐵夾將橡皮夾緊,如圖(甲)所示.這樣做的目的

19、是 (填字母代號).A.保證擺動過程中擺長不變B.可使周期測量得更加準(zhǔn)確C.需要改變擺長時便于調(diào)節(jié)D.保證擺球在同一豎直平面內(nèi)擺動答案:(1)AC解析:(1)在“探究影響單擺周期的因素”實驗中,要使單擺在擺動過程中擺長不變,而且擺長便于調(diào)節(jié),故選項A,C正確,B,D錯誤.(2)他組裝好單擺后在擺球自然懸垂的情況下,用毫米刻度尺從懸點量到擺球的最低端的長度L=0.999 0 m,再用游標(biāo)卡尺測量擺球直徑,結(jié)果如圖(乙)所示,則該擺球的直徑為mm,單擺擺長為m.答案:(2)12.00.993 0 (3)下列振動圖像真實地描述了對擺長約為1 m的單擺進(jìn)行周期測量的四種操作過程,圖中橫坐標(biāo)原點表示計時開始,A,B,C均為30次全振動的圖像,已知sin 5=0.087,sin 15=0.26,這四種操作過程合乎實驗要求且誤差最小的是(填字母代號).答案:(3)A解析:(3)單擺振動的擺角5,當(dāng)=5時單擺振動的振幅 A=lsin 5=0.086 m=8.6 cm,且為計時準(zhǔn)確,在擺球擺至平衡位置時開始計時,故選項A正確,選項B,C,D錯誤.【針對訓(xùn)練】 在探究單擺周期與擺長關(guān)系的實驗中,(1)關(guān)于實驗器材安裝及測量時的一些操作,下列說法中正確的是.A.用米尺測出擺線的長度,記為擺長lB.先將擺球和擺線放