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.ppt
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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:質點的位移與時間的關系遵從_規(guī)律,質點的振動圖象(xt圖象)是一條_。,簡諧運動,正弦函數,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,2f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,函數表達式為xAsint,圖象如圖甲所示。 (2)從_開始計時,函數表達式為xAcost,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,驅動力,驅動力,本身性質,T驅,f驅,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。( ) (8)簡諧運動的圖象描述的是振動質點的軌跡。( ),B,C,解析 彈簧振子做簡諧運動,先后經過M、N兩點時速度v(v0)相同,根據對稱性可知M、N兩點關于平衡位置對稱,兩點相對于平衡位置的位移大小相等、方向相反,根據Fkx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 Fkx,“”表示回復力的方向與位移方向相反,k是比例系數,不一定是彈簧的勁度系數。 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用,(3)振子由P到O所用時間等于由O到P所用時間,即tPOtOP。 (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tOPtPO。,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)動能與勢能相互轉化,系統(tǒng)的機械能守恒。,ACD,解題導思:(1)題目中所對應的情況有幾種可能? (2)請作出示意圖,并在圖中找出對應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,圖象不代表質點運動的軌跡。 (3)任一時刻圖線上過該點切線的斜率數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)由圖象可以看出質點振動的振幅、周期。 (2)可以確定某時刻質點離開平衡位置的位移。 (3)可以確定某時刻質點的回復力、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質點的位移、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8cm B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)隨驅動力頻率f(橫坐標)的變化而變化。驅動力的頻率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4s B由圖乙可知該彈簧振子的固有周期為8s C由圖乙可知外力的周期為8s D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T04s,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)構成單擺的條件:細線的質量要小、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“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n1,單擺每經過最低點記一次數,當數到n60時秒表的示數如圖乙所示,該單擺的周期是T_s(結果保留三位有效數字)。,2.28,(3)測量出多組周期T、擺長L的數值后,畫出T2l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的長度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,并且要讓單擺在_平面內擺動。,類題演練 4 ,5,同一豎直,(2)某同學測出不同擺長對應的周期T,作出LT2圖線,如圖所示,再利用圖線上任意兩點A、B的坐標(x1,y1)、(x2,y2),可求得g_。 (3)若該同學測量擺長時漏加了小球半徑,而其他測量、計算均無誤,則用上述方法求得的g值和真實值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”) 解析 (1)單擺模型是一種理想化的模型,只有在擺角小于5的范圍內,其運動才近似為簡諧運動,同時要注意不能做圓錐擺運動,要讓單擺在同一豎直平面內擺動,不變,- 配套講稿:
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