2019高考物理一輪復習 第十四章 機械振動 機械波 光學 第1節(jié) 機械振動課件 新人教版.ppt

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第十四章機械振動和機械波 選修3 4 第1節(jié)機械振動 一 簡諧運動1 概念質(zhì)點的位移與時間的關系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律 即它的振動圖象 x t圖象 是一條正弦曲線的振動 2 平衡位置物體在振動過程中回復力為零的位置 3 回復力 1 定義 使物體返回到平衡位置的力 2 方向 時刻指向平衡位置 3 來源 屬于效果力 可以是某一個力 也可以是幾個力的合力或某個力的分力 4 簡諧運動的兩種模型 5 描述簡諧運動的物理量 二 簡諧運動的公式和圖象1 簡諧運動的表達式 1 動力學表達式 F kx 其中 表示回復力與位移的方向相反 2 運動學表達式 x Asin t 其中A代表振幅 2 f表示簡諧運動的快慢 t 代表簡諧運動的相位 叫作初相位 2 簡諧運動的圖象 1 從平衡位置開始計時 函數(shù)表達式為x Asin t 圖象如圖甲所示 2 從最大位移處開始計時 函數(shù)表達式為x Acos t 圖象如圖乙所示 三 受迫振動及共振1 受迫振動系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動 做受迫振動的物體 它的周期 或頻率 等于驅(qū)動力的周期 或頻率 而與物體的固有周期 或頻率 無關 2 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 當二者相等時 振幅達到最大 這就是共振現(xiàn)象 共振曲線如圖所示 命題點一 命題點二 命題點三 簡諧運動的特征簡諧運動的五大特征 命題點一 命題點二 命題點三 命題點一 命題點二 命題點三 例1 2017 北京海淀區(qū)模擬 如圖所示 一輕質(zhì)彈簧上端固定在天花板上 下端連接一物塊 物塊沿豎直方向以O點為中心點 在C D之間做周期為T的簡諧運動 已知在t1時刻物塊的動量為p 動能為Ek 下列說法正確的是 A 如果在t2時刻物塊的動量也為p 則t2 t1的最小值為TB 如果在t2時刻物塊的動能也為Ek 則t2 t1的最小值為TC 當物塊通過O點時 其加速度最小D 物塊運動至C點時 其加速度最小 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 思維點撥解決本題的關鍵要抓住簡諧運動的對稱性和周期性 知道簡諧運動的特征 a 來分析各個物理量的變化 1 做簡諧運動的物體經(jīng)過平衡位置時 回復力一定為零 但所受合外力不一定為零 2 由于簡諧運動具有周期性和對稱性 因此涉及簡諧運動時往往會出現(xiàn)多解的情況 分析時應特別注意 位移相同時的回復力 加速度 動能和勢能等可以確定 但速度可能有兩個方向 由于周期性 運動時間也不能確定 命題點一 命題點二 命題點三 即學即練1 多選 一彈簧振子沿x軸做簡諧運動 平衡位置在坐標原點 t 0時刻振子的位移x 0 1m t 1 2s時刻振子剛好第2次經(jīng)過x 0 1m的位置且速度為零 下列有關該振子的運動問題的說法正確的是 A 振幅為0 2mB 周期為1 2sC 1 2s內(nèi)的路程是0 6mD t 0 6s時刻的位移為0 1mE t 0到t 1 2s時間內(nèi)的位移是0 2m 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 2 多選 2017 福建泉州期末 如圖所示 彈簧下面掛一質(zhì)量為m的物體 物體在豎直方向上做振幅為A的簡諧運動 當物體振動到最高點時 彈簧正好為原長 彈簧在彈性限度內(nèi) 則物體在振動過程中 A 彈簧的最大彈性勢能等于2mgAB 彈簧的彈性勢能和物體動能總和不變C 物體在最低點時的加速度大小應為gD 物體在最低點時的彈力大小應為mgE 物體在最低點時的彈力大小應為2mg 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 3 多選 2016 海南卷 下列說法正確的是 A 在同一地點 單擺做簡諧運動的周期的二次方與其擺長成正比B 彈簧振子做簡諧運動時 振動系統(tǒng)的勢能與動能之和保持不變C 在同一地點 當擺長不變時 擺球質(zhì)量越大 單擺做簡諧運動的周期越小D 系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動時 系統(tǒng)振動的頻率等于周期性驅(qū)動力的頻率E 已知彈簧振子初始時刻的位置及其振動周期 就可知振子在任意時刻運動速度的方向 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 簡諧運動的表達式及圖象1 根據(jù)簡諧運動圖象可獲取的信息 1 振幅A 周期T 或頻率f 和初相位 如圖所示 2 某時刻振動質(zhì)點離開平衡位置的位移 3 某時刻質(zhì)點速度的大小和方向 曲線上各點切線的斜率的大小和正負分別表示各時刻質(zhì)點的速度的大小和速度的方向 速度的方向也可根據(jù)下一時刻質(zhì)點的位移的變化來確定 4 某時刻質(zhì)點的回復力和加速度的方向 回復力總是指向平衡位置 回復力和加速度的方向相同 在圖象上總是指向t軸 命題點一 命題點二 命題點三 5 某段時間內(nèi)質(zhì)點的位移 回復力 加速度 速度 動能和勢能的變化情況 2 利用簡諧運動圖象理解簡諧運動的對稱性 1 相隔 t n T n 0 1 2 的兩個時刻 彈簧振子的位置關于平衡位置對稱 位移等大反向 速度也等大反向 2 相隔 t nT n 0 1 2 的兩個時刻 彈簧振子在同一位置 位移和速度都相同 命題點一 命題點二 命題點三 例2 2017 北京卷 某彈簧振子沿x軸的簡諧運動圖象如圖所示 下列描述正確的是 A t 1s時 振子的速度為零 加速度為負的最大值B t 2s時 振子的速度為負 加速度為正的最大值C t 3s時 振子的速度為負的最大值 加速度為零D t 4s時 振子的速度為正 加速度為負的最大值 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 1 簡諧運動的圖象不是振動質(zhì)點的軌跡 它表示的是振動物體的位移隨時間變化的規(guī)律 反映的是同一質(zhì)點在不同時刻離開平衡位置的位移 2 因回復力總是指向平衡位置 故回復力和加速度在圖象上總是指向t軸 3 速度方向可以通過下一個時刻位移的變化來判定 下一個時刻位移如果增加 振動質(zhì)點的速度方向就遠離t軸 下一個時刻的位移如果減小 振動質(zhì)點的速度方向就指向t軸 命題點一 命題點二 命題點三 即學即練4 多選 2017 山西統(tǒng)測 如圖甲所示 水平的光滑桿上有一彈簧振子 振子以O點為平衡位置 在a b兩點之間做簡諧運動 其振動圖象如圖乙所示 由振動圖象可以得知 A 振子的振動周期等于2t1B 在t 0時刻 振子的位置在a點C 在t t1時刻 振子的速度為零D 在t t1時刻 振子的速度最大E 從t1到t2 振子正從O點向b點運動 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 5 2016 北京卷 如圖所示 彈簧振子在M N之間做簡諧運動 以平衡位置O為原點 建立Ox軸 向右為x軸正方向 若振子位于N點時開始計時 則其振動圖象為 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 受迫振動和共振1 自由振動 受迫振動和共振的比較 命題點一 命題點二 命題點三 2 對共振的理解 1 共振曲線 如圖所示 橫坐標為驅(qū)動力頻率f 縱坐標為振幅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) 其機械能不守恒 系統(tǒng)與外界時刻進行能量交換 命題點一 命題點二 命題點三 例3 多選 2017 河北邢臺期末 如圖所示 在一根張緊的繩上掛著四個單擺 其中甲 丙兩單擺的擺長相等 現(xiàn)給甲擺一個初始能量 使其開始擺動 擺動穩(wěn)定后 關于乙 丙 丁三個單擺 下列說法正確的是 A 乙擺擺動的周期與甲擺擺動的周期相同B 丁擺擺動的周期與丙擺擺動的周期相同C 丁擺頻率最大D 乙擺振幅最大E 丙擺振幅最大 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 思維點撥受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率 由單擺的周期公式T 2 求固有周期 受迫振動和共振的兩點總結 1 無論發(fā)生共振與否 受迫振動的頻率都等于驅(qū)動力的頻率 但只有發(fā)生共振現(xiàn)象時振幅才能達到最大 2 受迫振動系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化不再只有系統(tǒng)內(nèi)部動能和勢能的轉(zhuǎn)化 還有驅(qū)動力對系統(tǒng)做正功補償系統(tǒng)因克服阻力而損失的機械能 命題點一 命題點二 命題點三 即學即練6 多選 2017 山東濰坊中學月考 把一個篩子用四根彈簧支撐起來 篩子上裝一個電動偏心輪 它每轉(zhuǎn)一周 給篩子一個驅(qū)動力 這就做成了一個共振篩 如圖甲所示 該共振篩的共振曲線如圖乙所示 已知增大電壓 可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高 增大篩子質(zhì)量 可增大篩子的固有周期 現(xiàn)在 在某電壓下電動偏心輪轉(zhuǎn)速是54r min 為了使篩子的振幅增大 下列做法正確的是 命題點一 命題點二 命題點三 A 提高輸入電壓B 降低輸入電壓C 減小篩子質(zhì)量D 增大篩子質(zhì)量 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 7 多選 2017 江西重點中學聯(lián)考 如圖所示 曲軸上掛一個彈簧振子 轉(zhuǎn)動搖把 曲軸可帶動彈簧振子上下振動 開始時不轉(zhuǎn)動搖把 讓振子自由振動 測得其頻率為2Hz 現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動搖把 轉(zhuǎn)速為240r min 則 A 當振子穩(wěn)定振動時 它的振動周期是0 5sB 當振子穩(wěn)定振動時 它的振動頻率是4HzC 當轉(zhuǎn)速增大時 彈簧振子的振幅增大D 當轉(zhuǎn)速減小時 彈簧振子的振幅增大E 振幅增大的過程中 外界對彈簧振子做正功 答案 解析