高考物理一轮复习 第十三章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第1讲 机械振动课件.ppt

第十三章机械振动与机械波光电磁波与相对论 第1讲机械振动 一 简谐运动1 简谐运动的表达式 1 动力学表达式 f kx 其中 表示回复力与位移的方向相反 2 运动学表达式 x asin t 其中a代表振幅 2 f 表示简谐运动的快慢 t 代表简谐运动的相位 叫做初相 2 回复力 1 定义 使物体返回到平衡位置的力 2 方向 时刻指向平衡位置 3 来源 振动物体所受的沿振动方向的合力 3 描述简谐运动的图象 1 物理意义 表示振动质点的位移随时间的变化规律 2 横轴 表示振动时间 3 纵轴 表示某时刻质点的位移 提示 回复力的两点注意 1 回复力属于效果力 它可以是某一个力 也可以是几个力的合力或某个力的分力 2 公式f kx中的k指的是回复力与位移的比例系数 它由振动系统自身决定 不一定是弹簧的劲度系数 二 简谐运动的两种模型 三 受迫振动和共振1 受迫振动 1 概念 振动系统在周期性驱动力作用下的振动 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 驱动力的频率等于固有频率 3 特征 共振时振幅最大 考点二 考点三 考点一 考点一简谐运动的基本特征1 简谐运动具有对称性 1 振子经过同一位置时 位移 回复力 加速度 速率 动能一定相同 但速度和动量只是大小一定相同 方向可能相同 也可能相反 2 振子经过关于平衡位置o对称的两点p p 时 位移 回复力 加速度大小相等 但方向不同 动能和势能相同 速度 动量大小相同 方向可能相同也可能不同 3 振子往返经过同一段路程所用的时间相同 如 top tpo 4 振子从关于平衡位置o对称的两点p p 到o点所用的时间相同 考点二 考点三 考点一 2 简谐运动具有周期性相隔t或者nt的两个时刻的振子处于同一位置 且振动状态相同 3 运动学特征简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比 但方向相反 为变加速运动 远离平衡位置时 x f a ep均增大 v ek均减小 靠近平衡位置时则相反 考点二 考点三 考点一 典例1一弹簧振子沿x轴做简谐运动 平衡位置在坐标原点 t 0时刻开始分析 此时振子的位移x 0 1m t 1 2s时刻刚好第2次经过x 0 1m的位置且速度为零 下列有关该振子的运动问题的说法中正确的是 a 振幅为0 2mb 周期为1 2sc 1 2s内的路程是0 6md t 0 6s时刻的位移为0 1m 解题思路 t 1 2s时刻振子速度为零 即处在正向最大位移处 得t 0时刻在负向最大位移处 且振幅为0 1m a项错误 由于是第二次到正向最大位移处 所以1 5t 1 2s t 0 8s b项错误 一个周期经过的路程是4个振幅 t 1 2s 1 5t 此过程中路程为6a 0 6m c项正确 t 0 6s时刻振子位于平衡位置 d项错误 参考答案 c 考点二 考点三 考点一 名师归纳 1 速度为零 意味着振子运动到最大位移处 2 振动的质点的位移不再是用从初位置指向末位置的有向线段表示 而应该是用从平衡位置指向质点所在位置的有向线段来表示 考点二 考点三 考点一 如图 一轻弹簧一端固定 另一端连接一物块构成弹簧振子 该物块是由a b两个小物块粘在一起组成的 物块在光滑水平面上左右振动 振幅为a0 周期为t0 当物块向右通过平衡位置时 a b之间的粘胶脱开 以后小物块a振动的振幅和周期分别为a和t 则a 或 考点二 考点三 考点一 考点二简谐运动的图象及运动规律振动图象的信息 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 若下一时刻位移增加 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 考点二 考点三 考点一 典例2一质点做简谐运动 其位移和时间的关系如图所示 1 求t 0 25 10 2s时的位移 2 在t 1 5 10 2s到t 2 10 2s的振动过程中 质点的位移 回复力 速度 动能如何变化 3 在t 0到t 8 5 10 2s时间内 质点的路程 位移各多大 考点二 考点三 考点一 考点三受迫振动和共振的应用自由振动 受迫振动和共振的关系比较 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 典例3 多选 一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子 如图甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动 匀速转动把手时 曲杆给弹簧振子驱动力 使振子做受迫振动 把手匀速转动的周期就是驱动力的周期 改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期 若保持把手不动 给砝码一个向下的初速度 砝码便做简谐运动 振动图线如图乙所示 当把手以某一速度匀速转动 受迫振动达到稳定时 砝码的振动图线如图丙所示 若用t0表示弹簧振子的固有周期 t表示驱动力的周期 y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅 则 a 由图线可知t0 4sb 由图线可知t0 8sc 当t在4s附近时 y显著增大 当t比4s小得多或大得多时 y很小d 当t在8s附近时 y显著增大 当t比8s小得多或大得多时 y很小 考点二 考点三 考点一 解题思路 若保持把手不动 砝码以一初速度做简谐振动 为自由振动 图乙为砝码自由振动的图象 由图可知周期t0 4s 为砝码的固有周期 a项正确 b项错误 当物体的驱动力的周期等于物体的固有周期时 物体的振动最强 故当t在4s附近时 y显著增大 离4s越远 y就很小 c项正确 d项错误 参考答案 ac 考点二 考点三 考点一 多选 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 cd 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 典例 2015 天津高考 某同学利用单摆测量重力加速度 1 为了使测量误差尽量小 下列说法正确的是 a 组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球b 组装单摆须选用轻且不易伸长的细线c 实验时须使摆球在同一竖直面内摆动d 摆长一定的情况下 摆的振幅尽量大 2 如图所示 在物理支架的竖直立柱上固定有摆长约1m的单摆 实验时 由于仅有量程为20cm 精度为1mm的钢板刻度尺 于是他先使摆球自然下垂 在竖直立柱上与摆球最下端处于同一水平面的位置做一标记点 测出单摆的周期t1 然后保持悬点位置不变 设法将摆长缩短一些 再次使摆球自然下垂 用同样方法在竖直立柱上做另一标记点 并测出单摆的周期t2 最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上两标记点之间的距