上海高中物理機(jī)械振動(dòng)

上海高中物理機(jī)械振動(dòng)上海高中物理機(jī)械振動(dòng)上海高中物理機(jī)械振動(dòng)資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月上海高中物理機(jī)械振動(dòng)版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)：定義：物體(或物體的一部分)在某一中心位置兩側(cè)所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)叫做機(jī)械振動(dòng)。例如：枝頭上的小鳥飛離枝頭時(shí)，樹枝會(huì)發(fā)生振動(dòng)；蕩秋千時(shí)的來回運(yùn)動(dòng)；人走路時(shí)，兩只手臂會(huì)自然地、有節(jié)奏地前后擺動(dòng)……2、機(jī)械振動(dòng)主要特點(diǎn)：固定的“中心位置”即平衡位置；周期性的“往復(fù)運(yùn)動(dòng)”即周期性和往復(fù)性；這也是判斷物體是否做機(jī)械振動(dòng)的依據(jù)。中心位置又稱為平衡位置，即當(dāng)物體不再做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所最終停下來的位置。平衡位置是指運(yùn)動(dòng)過程中一個(gè)明顯的分界點(diǎn)，一般是振動(dòng)停止時(shí)靜止的位置，并不是所有往復(fù)運(yùn)動(dòng)的中點(diǎn)都是平衡位置。存在平衡位置是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的必要條件，有很多運(yùn)動(dòng)，盡管也是往復(fù)運(yùn)動(dòng)，但并不存在明顯的平衡位置，所以并非機(jī)械振動(dòng)。例如：拍皮球、人來回走動(dòng)。3、機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的條件：每當(dāng)物體離開平衡位置就會(huì)受到回復(fù)力的作用且所受到的阻力足夠小。二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1、彈簧振子——理想化模型（1）概念：小球和彈簧所組成的系統(tǒng)稱作彈簧振子，有時(shí)也把這樣的小球稱做彈簧振子或簡(jiǎn)稱振子。（2）理性化模型的條件：①彈簧的質(zhì)量比小球小很多，可以認(rèn)為質(zhì)量集中于振子（小球）。②小球需體積很小，可當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)處理。③忽略一切的摩擦及阻力作用。④小球從平衡位置拉開的位移在彈簧的彈性限度內(nèi)?；貜?fù)力有一種玩具狗，它的頭部和尾部用較軟的彈簧跟身體相連。如果輕拍一下玩具狗，它便會(huì)不停地?fù)u頭晃尾起來，這就是彈簧引起的機(jī)械振動(dòng)。如右圖：當(dāng)彈簧既不拉伸也不被壓縮時(shí)，小球靜止在桿上的點(diǎn)，這時(shí)小球所受合力為零。點(diǎn)就是彈簧振子的平衡位置。振子在平衡位置點(diǎn)右側(cè)時(shí)，有一個(gè)向左的力；在平衡位置點(diǎn)左側(cè)時(shí)，有一個(gè)向右的力，這個(gè)力總是促使物體回到平衡位置。結(jié)論：物體做機(jī)械振動(dòng)時(shí)，一定受到指向平衡位置的力，這個(gè)力的作用效果總能使物體回到中心位置，這個(gè)力叫回復(fù)力?；貜?fù)力是根據(jù)力的效果命名的思考：以下兩種說法正確嗎？振動(dòng)的物體始終受到回復(fù)力的作用；水面浮木上下振動(dòng)時(shí)受到重力、水的浮力和回復(fù)力的作用。分析：彈簧振子在振動(dòng)過程中，當(dāng)偏離平衡位置時(shí)，總是受到一個(gè)跟運(yùn)動(dòng)方向（位移方向）相反、能使振子返回平衡位置的回復(fù)力，且這個(gè)回復(fù)力就是彈簧的彈力。由于彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈力跟形變量成正比，對(duì)彈簧振子來說，也就是回復(fù)力跟振子的位移成正比，而回復(fù)力總是指向平衡位置，所以回復(fù)力的方向始終與位移方向相反，它們之間的關(guān)系：其中，是一個(gè)常數(shù)，對(duì)于彈簧振子而言就是彈簧的勁度系數(shù)。負(fù)號(hào)表示回復(fù)力的方向始終跟位移的方向相反。注意：①在平衡位置時(shí)，回復(fù)力為零；②回復(fù)力：使物體返回平衡位置的力，方向總是指向平衡位置?；貜?fù)力特點(diǎn)：?回復(fù)力是效果按效果命名的力；?回復(fù)力可以是某個(gè)力，也可以是幾個(gè)力的合力，還可以是某個(gè)力的分力。補(bǔ)充說明：①由于振子總是在平衡位置兩側(cè)移動(dòng)，如果我們以平衡位置作為參考點(diǎn)來研究振子的位移就更為方便。這樣表示出的位移稱為偏離平衡位置的位移。它的大小等于物體與平衡位置之間的距離，方向由平衡位置指向物體所在位置。（由初位置指向末位置）用ｘ表示。②偏離平衡位置的位移與某段時(shí)間內(nèi)位移的區(qū)別：偏離平衡位置的位移是以平衡位置為起點(diǎn)，以平衡位置為參考位置。③某段時(shí)間內(nèi)的位移，是默認(rèn)以這段時(shí)間內(nèi)的初位置為起點(diǎn)。3、彈簧振子運(yùn)動(dòng)過程中各物理量的變化情況分析：結(jié)合右圖分析振子在一次全振動(dòng)中回復(fù)力、偏離平衡位置的位移、加速度、速度的大小變化情況及方向。所謂全振動(dòng)，做振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)從某位置出發(fā)再次回到該位置，并保持與出發(fā)時(shí)相同運(yùn)動(dòng)方向的過程稱為全振動(dòng)。１）Ａ→Ｏ x↓，方向由Ｏ向Ａ F↓，方向由Ａ向Ｏ a↓，方向由Ａ向Ｏ V↑，方向由Ｏ向Ａ振子做加速度不斷減小的加速運(yùn)動(dòng) A′ O A２）在O位置，x＝０，F(xiàn)＝０，a＝０，V最大；３）Ｏ→Ａ′ x↑，方向由Ｏ向Ａ′ F↑，方向由Ａ′向Ｏ a↑，方向由Ａ′向Ｏ V↓，方向由Ｏ向Ａ′振子做加速度不斷增大的減速運(yùn)動(dòng)４）在Ａ′位置，x最大，F(xiàn)最大，a最大，V＝０５）Ａ′→Ｏ x↓，方向由Ｏ向Ａ′ F↓，方向由Ａ′向O a↓，方向由Ａ′向O V↑，方向由O向Ａ′振子做加速度不斷減小的加速運(yùn)動(dòng)６）在O位置，x＝０，F(xiàn)＝０，a＝０，V最大；７）Ｏ→Ａ x↑，方向由Ｏ向Ａ F↑，方向由Ａ向Ｏ a↑，方向由Ａ向Ｏ V↓，方向由Ｏ向Ａ振子做加速度不斷增大的減速運(yùn)動(dòng)８）在Ａ位置，x最大，F(xiàn)最大，a最大，V＝０4、簡(jiǎn)諧振動(dòng)：彈簧振子由于偏離平衡位置的位移和回復(fù)力具有明顯的對(duì)稱性，導(dǎo)致其速度、加速度等都具有明顯的對(duì)稱性，形成的運(yùn)動(dòng)是一種簡(jiǎn)單而和諧的運(yùn)動(dòng)。我們稱之為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。定義：質(zhì)點(diǎn)在大小與位移成正比，方向始終指向平衡位置的回復(fù)力作用下的振動(dòng)稱為簡(jiǎn)諧振動(dòng)?；貜?fù)力：簡(jiǎn)諧振動(dòng)是一種最簡(jiǎn)單、最基本的機(jī)械振動(dòng)。例如：敲擊音叉后，兩個(gè)股叉上的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)；浮標(biāo)漂浮在水平面時(shí)的上、下浮動(dòng)。練習(xí)：1、物體（或者物體的一部分）在某一位置兩側(cè)附近做周期性運(yùn)動(dòng)，我們稱之為；從小朋友蕩秋千、彈簧振子的運(yùn)動(dòng)可知，物體振動(dòng)時(shí)受的阻力，必須受到一個(gè)指向位置的力，我們稱之為。2、彈簧振子振動(dòng)中的位移定量描述的參照點(diǎn)是，是量。3、對(duì)應(yīng)理想的彈簧振子，當(dāng)在外力作用下把球拉至B點(diǎn)釋放，在受到拉力作用下向O點(diǎn)做加速度、速度的非勻變速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)最大，小球有質(zhì)量，所以具有，還要繼續(xù)向C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)而壓縮彈簧，在向C的運(yùn)動(dòng)中，速度，加速度，運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，速度變?yōu)?。由于作用，又要從C點(diǎn)做的運(yùn)動(dòng)達(dá)到O點(diǎn)，并且速度又達(dá)到，于是再向B點(diǎn)做的運(yùn)動(dòng)，完成一次全振動(dòng)。4、彈簧振子振動(dòng)的回復(fù)力是提供的，大小為，方向?yàn)?。所以運(yùn)動(dòng)過程中的加速度大小a=，所以彈簧振子振動(dòng)的加速度。由此知?jiǎng)蜃兯僦本€的規(guī)律對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)應(yīng)用。彈簧振子的振動(dòng)全過程，從能量的角度看，實(shí)際上是彈簧的和小球的動(dòng)能的轉(zhuǎn)化過程，在平衡位置最大，在兩側(cè)的位置最大。5、下列哪些物體的運(yùn)動(dòng)屬于機(jī)械振動(dòng)（）A、在水面上隨波運(yùn)動(dòng)的小舟B、在地面上拍打的籃球C、摩托車行駛時(shí)的顛簸D、秋千的運(yùn)動(dòng)6、關(guān)于振動(dòng)的平衡位置，下列說法正確的是（）A、位移為零B、回復(fù)力為零C、加速度為零D、合力為零E、速度最大7、彈簧振子在光滑的水平地面上做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，在振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)的過程中（）A、振子受回復(fù)力逐漸增大B、振子的位移逐漸增大C、振子的速度逐漸減小D、振子的加速度逐漸減小8、一個(gè)彈簧振子沿水平方向的x軸做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，原點(diǎn)O為平衡位置，在震動(dòng)中某個(gè)時(shí)刻可能出現(xiàn)的情況是（）A、位移與速度均為正，加速的度為負(fù)B、位移為負(fù)值，加速度為正值C、位移與加速度均為正值，速度為負(fù)值D、位移、速度、加速度均為負(fù)值9、關(guān)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體的位移，加速度和速度之間的關(guān)系下列說法正確的是（）A、位移減小時(shí)，加速度減小，速度增大B、位移的方向總跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同C、物體的運(yùn)動(dòng)方向指向平衡位置時(shí)，速度的方向跟位移的方向相同D、物體的運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí)，加速度的方向不變10、做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的水平彈簧振子，從彈簧伸長(zhǎng)的最大位置向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)和彈簧壓縮的最大位置向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說法正確的是（）A、都做加速運(yùn)動(dòng)B、加速度都增大C、位移、回復(fù)力、動(dòng)能都減小D、位移、回復(fù)力、勢(shì)能都減小11、彈簧振子關(guān)于平衡位置對(duì)稱的兩個(gè)點(diǎn)（除端點(diǎn)外）一定相同的物理量有哪些（）A、位移B、速度C、回復(fù)力D、加速度E、動(dòng)能F、動(dòng)量G、勢(shì)能提高練習(xí)：1、關(guān)于機(jī)械振動(dòng)，下列正確的是（）A、每當(dāng)物體離開平衡位置就受到回復(fù)力的作用B、回復(fù)力的方向總是不變的C、回復(fù)力不可能是恒力D、在機(jī)械震動(dòng)中，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力足夠小2、下列運(yùn)動(dòng)屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的是（）A、活塞在汽缸中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)B、拍皮球時(shí)，皮球的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)C、音叉叉股的振動(dòng)D、小球在左右對(duì)稱的兩個(gè)斜面上的來回滾動(dòng)3、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的平衡位置是指（）A、速度為零的位置B、回復(fù)力為零的位置C、加速度為零的位置D、位移最大的位置5、下列圖像中能正確反映簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的加速度與位移關(guān)系的圖像是（）0X0Xa0XaAB0Xa0XaCD6、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是（）A、回復(fù)力跟位移成正比且方向相反B、速度跟位移成正比且方向相反C、加速度跟位移成正比且方向相反D、動(dòng)能跟位移成正比且方向相反7、做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振子每次通過同一個(gè)位置時(shí)，一定相同的物理量有（）A、位移相同B、速度相同C、加速度相同D、回復(fù)力相同E、動(dòng)能相同F(xiàn)、動(dòng)量相同8、做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，下列說法正確的是（）Ａ、速度增大時(shí)，加速度減?。?、速度增大時(shí)，加速度增大Ｃ、加速度增大時(shí)，速度減小Ｄ、加速度減小時(shí)，速度減小9、如下圖所示，小球自A點(diǎn)由靜止自由下落，到B點(diǎn)時(shí)與彈簧接觸，到C點(diǎn)時(shí)彈簧被壓縮到最短，若不計(jì)彈簧的質(zhì)量與空氣的阻力，則小球在C點(diǎn)的加速度ag（選填>、<、=）10、如下圖所示，在光滑的水平面上有一個(gè)彈簧振子，已知輕彈簧的精度系數(shù)為k，開始時(shí)振子被拉到平衡位置的右側(cè)某處，此時(shí)拉力的大小為F，振子靜止，撤去拉力后，振子經(jīng)過實(shí)踐t，剛好可以通過平衡位置O點(diǎn)，此時(shí)振子的瞬時(shí)速度為v，則在此過程中，振子運(yùn)動(dòng)的平均速度為多少？

11、如圖所示，輕彈簧上端固定，下端掛一個(gè)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)，它在O點(diǎn)靜止時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量為,現(xiàn)用力將質(zhì)點(diǎn)拉到A點(diǎn)，撤去拉力后試證明質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。（彈簧的勁度系數(shù)為k）12、如下圖所示，在光滑的水平桌面上有一個(gè)質(zhì)量為M的小球，固定在一勁度系數(shù)為k的彈簧上。一質(zhì)量為m的子彈射入小球，在碰撞前瞬間子彈的速度為，方向沿彈簧的軸線。若碰后子彈與小球獲得共同速度，并忽略彈簧的質(zhì)量和空氣的阻力，求小球向左運(yùn)動(dòng)的最大距離（

已知彈簧的形變量為時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能為）課后練習(xí)1、做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)位移為負(fù)值時(shí)，以下說法正確的是（）A．速度一定為正值，加速度一定為正值B．速度不一定為正值，但加速度一定為正值C．速度一定為負(fù)值，加速度一定為正值D．速度不一定為負(fù)值，加速度一定為負(fù)值2、在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，振子每次經(jīng)過同一位置時(shí)，下列各組中描述振動(dòng)的物理量總是相同的是（）A．速度、加速度、動(dòng)能B．加速度、回復(fù)力和位移C．加速度、動(dòng)能和位移D．位移、動(dòng)能、回復(fù)力3、當(dāng)一彈簧振子在豎直方向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說法正確的（）A．振子在振動(dòng)過程中，速度相同時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度一定相等B．振子從最低點(diǎn)向平衡位置運(yùn)動(dòng)過程中，彈簧彈力始終做負(fù)功C．振子在振動(dòng)過程中的回復(fù)力由彈簧的彈力和振子的重力的合力提供D．振子在振動(dòng)過程中，系統(tǒng)的機(jī)械能一定守恒4、關(guān)于彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，下列說法正確的有（）A．等于在平衡位置時(shí)振子的動(dòng)能B．等于在最大位移時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能C．等于任意時(shí)刻振子動(dòng)能與彈簧彈性勢(shì)能之和D．位移越大振動(dòng)能量也越大5．彈簧振子作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，以下說法正確的是：（）A．振子通過平衡位置時(shí)，回復(fù)力一定為零B．振子做減速運(yùn)動(dòng)，加速度卻在增大C．振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度方向與速度方向相反D．振子遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度方向與速度方向相反6.如圖所示，是