高中物理 第11章 機(jī)械振動(dòng)本章整合課件 新人教版選修3-4.ppt

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本章整合,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,1.力學(xué)特征:F=-kx。 2.運(yùn)動(dòng)特征:加速度 ,方向與位移方向相反,總指向平衡位置。 3.能量特征:對(duì)于兩種典型的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)——彈簧振子和單擺,其振動(dòng)的能量與振幅有關(guān),振幅越大,能量越大。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。 4.周期特征:物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí),其位移、回復(fù)力、加速度、速度等矢量都隨時(shí)間做周期性變化,它們的變化周期就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期T。物體的動(dòng)能和勢(shì)能也隨時(shí)間做周期性的變化,其變化周期為 T。,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,【例題1】 如圖所示,輕彈簧的一端固定在地面上,另一端與質(zhì)量為m的物體A相連,豎直向下的力F作用在A上,A靜止。問(wèn):若突然撤去力F,A運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),彈簧對(duì)A的作用力怎樣?,解析:解決本題的關(guān)鍵是利用振動(dòng)物體在對(duì)稱(chēng)位置的回復(fù)力大小相等這一性質(zhì)。撤去力F后,A將在豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。撤去力F的瞬間,A處在振動(dòng)的最低點(diǎn),此時(shí)回復(fù)力大小為F,方向豎直向上。由對(duì)稱(chēng)性可知,A運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),A受到的回復(fù)力大小也為F,方向豎直向下。由于A受到的回復(fù)力是其重力與彈簧對(duì)它的彈力的合力,所以在最高點(diǎn)處可分為兩種情況:,,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,(1)彈力方向向上,則: F回=mg-F彈, F彈=mg-F回=mg-F。 (2)彈力方向向下,則: F回=mg+F彈, F彈=F回-mg=F-mg。 答案:mg-F,方向向上;F-mg,方向向下,,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,變式訓(xùn)練1 導(dǎo)學(xué)號(hào)38190030一質(zhì)點(diǎn)在平衡位置O附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),從它經(jīng)過(guò)平衡位置起開(kāi)始計(jì)時(shí),經(jīng)0.13 s質(zhì)點(diǎn)第一次通過(guò)M點(diǎn),再經(jīng)0.1 s第二次通過(guò)M點(diǎn),則質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期的可能值為多大? 解析:質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期共存在兩種可能性:將物理過(guò)程模型化,畫(huà)出具體的情境如圖甲所示。設(shè)質(zhì)點(diǎn)從平衡位置O向右運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn),那么質(zhì)點(diǎn)從O到M運(yùn)動(dòng)時(shí)間為0.13 s,再由M經(jīng)最右端A返回M經(jīng)歷時(shí)間為0.1 s,如圖乙所示。 可以看出O→M→A歷時(shí)0.18 s。,,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性,可得到T1=4×0.18 s=0.72 s; 另有一種可能就是M點(diǎn)在O點(diǎn)左方,如圖丙所示,質(zhì)點(diǎn)由O點(diǎn)經(jīng)最右方A點(diǎn)后向左經(jīng)過(guò)O點(diǎn)到達(dá)M點(diǎn)歷時(shí)0.13 s,再由M向左經(jīng)最左端A'點(diǎn)返回M歷時(shí)0.1 s。 所以M→A'歷時(shí)為0.05 s, 設(shè)M→O歷時(shí)為t,則4(t+0.05)=0.13+0.1+t 解得t=0.01 s。 則T2=4×0.06 s=0.24 s。 答案:0.72 s或0.24 s,,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象描述了振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律。從圖象中可以確定位移、速度、加速度、動(dòng)能和勢(shì)能等物理量以及它們的變化規(guī)律,具體分析如下: 1.可以確定振動(dòng)物體在任一時(shí)刻的位移。如圖所示,對(duì)應(yīng)t1、t2時(shí)刻的位移分別是x1=7 cm、x2=-5 cm。,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,2.確定振動(dòng)的振幅。圖中最大位移的值就是振幅,如圖表示的振幅是10 cm。 3.確定振動(dòng)的周期和頻率,振動(dòng)圖象上一個(gè)完整的正弦(余弦)圖形在時(shí)間軸上拉開(kāi)的“長(zhǎng)度”表示周期,由圖可知,OD、AE、BF的時(shí)間間隔都等于振動(dòng)周期T=0.2 s,頻率f= =5 Hz。 4.確定各時(shí)刻物體的振動(dòng)方向。例如圖中在t1時(shí)刻,物體正遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng);在t3時(shí)刻,物體正向著平衡位置運(yùn)動(dòng)。 5.比較各時(shí)刻物體的加速度(回復(fù)力)的方向和大小。例如在圖中t1時(shí)刻物體位移x1為正,則加速度a1為負(fù),兩者方向相反;t2時(shí)刻,位移x2為負(fù),則加速度a2為正,又因?yàn)閨x1||x2|,所以|a1||a2|。 6.比較不同時(shí)刻物體的勢(shì)能、動(dòng)能的大小。因物體離平衡位置的位移越大,它所具有的勢(shì)能越大,動(dòng)能則越小,如圖所示,在t1時(shí)刻物體的勢(shì)能Ep1大于t2時(shí)刻的勢(shì)能Ep2,而動(dòng)能則有Ek1Ek2。,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,【例題2】 如圖甲所示,以O(shè)點(diǎn)為平衡位置,在A、B兩點(diǎn)間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子,圖乙為這個(gè)彈簧振子的振動(dòng)圖象,由圖可知下列說(shuō)法中正確的是( ) A.在t=0.2 s時(shí),彈簧振子可能運(yùn)動(dòng)到B位置 B.在t=0.1 s與t=0.3 s兩個(gè)時(shí)刻,彈簧振子的速度相同 C.從t=0到t=0.2 s的時(shí)間內(nèi),彈簧振子的動(dòng)能持續(xù)地增加 D.在t=0.2 s與t=0.6 s兩個(gè)時(shí)刻,彈簧振子的加速度相同,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,解析:在t=0.2 s時(shí),彈簧振子位移最大,彈簧振子可能運(yùn)動(dòng)到B位置,選項(xiàng)A正確;在t=0.1 s與t=0.3 s兩個(gè)時(shí)刻,速度的方向正好相反,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;從t=0到t=0.2 s的時(shí)間內(nèi),彈簧振子背離平衡位置運(yùn)動(dòng),動(dòng)能減小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;在t=0.2 s與t=0.6 s兩個(gè)時(shí)刻,彈簧振子的加速度大小相同,方向相反,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:A,,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,變式訓(xùn)練2 如圖所示,下列說(shuō)法正確的是( ) A.振動(dòng)圖象上的A,B兩點(diǎn)的速度相同 B.在t=0.1 s和t=0.3 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)的加速度大小相等、方向相反 C.振動(dòng)圖象上A、B兩點(diǎn)的速度大小相等、方向相反 D.質(zhì)點(diǎn)在t=0.2 s和t=0.3 s時(shí)的動(dòng)能相等,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,解析:A、B兩點(diǎn)位移相同,但在A點(diǎn)時(shí)質(zhì)點(diǎn)正遠(yuǎn)離平衡位置,在B點(diǎn)時(shí)質(zhì)點(diǎn)正靠近平衡位置,所以圖象上A、B兩點(diǎn)速度大小相等、方向相反,A錯(cuò),C對(duì);t=0.1 s和t=0.3 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)分別處在正、負(fù)最大位移處,加速度為最大值,但方向相反,B對(duì);t=0.2 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)速度最大,動(dòng)能最大,t=0.3 s 時(shí),質(zhì)點(diǎn)速度最小為零,動(dòng)能為零,D錯(cuò)。 答案:BC,,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,變式訓(xùn)練3 導(dǎo)學(xué)號(hào)38190031 一水平彈簧振子,規(guī)定水平向右為正方向,它的振動(dòng)圖象如圖所示,則( ) A.在0~3 s內(nèi)振子做了1.25次全振動(dòng) B.在0~3 s內(nèi)振子通過(guò)的路程為3.5 cm,位移為0 C.圖中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,振子所受彈力方向水平向右 D.圖中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,振子的位移方向水平向右,專(zhuān)題一,專(zhuān)題二,解析:由題圖知T=2 s,0~3 s內(nèi)振子做了1.5次全振動(dòng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;0~3 s內(nèi)振子通過(guò)路程為4A+2A=3 cm,位移為-0.5 cm,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,位移為正,彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài),彈力方向水平向左,振子的位移方向水平向右,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。 答案:D,,