高考物理一轮复习 第十二章 机械振动与机械波（第1课时）机械振动课件.ppt

第1课时机械振动 考点一简谐运动的规律 1 受力特征 简谐运动的回复力满足f kx 位移x与回复力的方向相反 由牛顿第二定律知 加速度a与位移大小成正比 方向相反 2 运动特征 当物体靠近平衡位置时 x f a都减小 但v增大 到达平衡位置时v最大 当物体远离平衡位置时 x f a都增大 v减小 3 能量特征 对单摆和弹簧振子来说 振幅越大 能量越大 在运动过程中 动能和势能相互转化 机械能守恒 4 周期性特征 物体做简谐运动时 其位移 回复力 加速度 速度等矢量都随时间做周期性变化 它们的变化周期就是简谐运动的周期 t 物体的动能和势能也随时间做周期性变化 其变化周期为t 2 5 对称性特征 1 速率的对称性 物体在关于平衡位置对称的两位置具有相等的速率 2 时间的对称性 物体通过关于平衡位置对称的两段位移的时间相等 在振动过程中 物体通过任意两点a b的时间与逆向通过这两点的时间相等 3 加速度的对称性 物体在关于平衡位置对称的两位置具有等大 反向的加速度 例1 多选 2015 山东卷 如图所示 轻弹簧上端固定 下端连接一小物块 物块沿竖直方向做简谐运动 以竖直向上为正方向 物块简谐运动的表达式为y 0 1sin 2 5 t m t 0时刻 一小球从距物块h高处自由落下 t 0 6s时 小球恰好与物块处于同一高度 取重力加速度的大小为g 10m s2 以下判断正确的是 a h 1 7mb 简谐运动的周期是0 8sc 0 6s内物块运动的路程是0 2md t 0 4s时 物块与小球运动方向相反 规律总结 1 做简谐运动的物体经过平衡位置时 回复力一定为零 但所受合外力不一定为零 2 由于简谐运动具有周期性和对称性 因此涉及简谐运动时往往出现多解 分析时应特别注意 位移相同时回复力 加速度 动能和势能等可以确定 但速度可能有两个方向 由于周期性 运动时间也不能确定 1 多选 2016 开封模拟 弹簧振子做简谐运动 o为平衡位置 当它经过点o时开始计时 经过0 3s 第一次到达点m 再经过0 2s第二次到达点m 则弹簧振子的周期为 a 0 53sb 1 4sc 1 6sd 3s 考点二简谐运动的图象 1 简谐运动的图象 2 振动图象的信息 1 由图象可以看出振幅 周期 2 可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移 3 可以根据图象确定某时刻质点回复力 加速度和速度的方向 回复力和加速度的方向 因回复力总是指向平衡位置 故回复力和加速度在图象上总是指向t轴 速度的方向 速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定 若下一时刻位移增大 振动质点的速度方向就是远离t轴 若下一时刻位移减小 振动质点的速度方向就是指向t轴 例2 2014 重庆卷 一竖直悬挂的弹簧振子 下端装有一记录笔 在竖直面内放置有一记录纸 当振子上下振动时 以速率v水平向左匀速拉动记录纸 记录笔在纸上留下如图所示的图象 y1 y2 x0 2x0为纸上印迹的位置坐标 由此图求振动的周期和振幅 2 多选 2016 徐州质检 一质点做简谐运动的振动图象如图所示 质点的速度方向与加速度方向相同的时间段是 a 0 0 3sb 0 3 0 6sc 0 6 0 9sd 0 9 1 2s解析 质点做简谐运动时加速度方向与回复力方向相同 与位移方向相反 总是指向平衡位置 位移增大时速度方向与位移方向相同 位移减小时速度方向与位移方向相反 答案 bd 考点三受迫振动和共振的应用 1 受迫振动 1 概念 振动系统在周期性外力作用下的振动 2 特点 受迫振动的频率等于驱动力的频率 跟系统的固有频率无关 2 共振 1 现象 当驱动力的频率等于系统的固有频率时 受迫振动的振幅最大 2 条件 驱动力的频率等于系统的固有频率 3 特征 共振时振幅最大 4 共振曲线 如图所示 3 自由振动 受迫振动和共振的关系比较 例3 2016 太原模拟 一个单摆在地面上做受迫振动 其共振曲线 振幅a与驱动力频率f的关系 如图所示 则 a 此单摆的固有周期约为0 5sb 此单摆的摆长约为1mc 若摆长增大 单摆的固有频率增大d 若摆长增大 共振曲线的峰将向右移动 3 多选 2016 苏州模拟 如图所示 a球振动后 通过水平细绳迫使b c振动 振动达到稳定时 下列说法中正确的是 a 只有a c的振动周期相等b c的振幅比b的振幅小c c的振幅比b的振幅大d a b c的振动周期相等 单摆模型问题的特点和应用单摆是一种理想化的物理模型 其周期公式t 2 其中l为等效摆长 摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离 如图甲所示的双线摆的摆长l r lcos 乙图中小球 可看作质点 在半径为r的光滑圆槽中靠近a点振动 其等效摆长为l r 方法技巧思维提升 典例 如图所示 在水平地面上有一段光滑圆弧形槽 弧的半径是r 所对圆心角小于10 现在圆弧的右侧边缘m处放一个小球a 使其由静止下滑 1 求小球由m至o的过程中所需时间t为多少 在此过程中能量如何转化 定性说明 2 若在mn圆弧上存在两点p q 且p q关于o对称 且已测得小球a由p