2019届高考物理一轮复习第13章机械振动与机械波光电磁波与相对论第1讲机械振动课件新人教版.pptx

机械振动与机械波光电磁波与相对论 第十三章 考试说明 第1讲机械振动 知识梳理自测 1 简谐运动的规律 质点的位移与时间的关系遵从 规律 质点的振动图象 x t图象 是一条 简谐运动 正弦函数 正弦曲线 2 平衡位置 1 如图所示 平衡位置是物体在振动过程中 为零的位置 并不一定是 为零的位置 2 回复力 使振动物体返回到 的力 其方向总是指向平衡位置 属于 可以是某一个力 也可以是几个力的合力或某个力的分力 回复力 合力 平衡位置 效果力 3 描述简谐运动的物理量 平衡位置 所在位置 平衡位置 最大距离 强弱 全振动 单位时间 快慢 1 简谐运动的表达式 1 动力学表达式 F 其中 表示回复力与位移的方向相反 2 运动学表达式 x 其中A代表振幅 2 f表示简谐运动的快慢 简谐运动的表达式和图象 kx Asin t 2 简谐运动的图象 1 从 开始计时 函数表达式为x Asin t 图象如图甲所示 2 从 开始计时 函数表达式为x Acos t 图象如图乙所示 平衡位置 最大位移处 简谐运动的两种模型的比较 单摆 周期公式 阻力 弹力 重力 原长 最低 振幅 机械能 机械能 自由振动 受迫振动和共振的比较 受迫振动和共振 驱动力 驱动力 本身性质 T驱 f驱 T固 f固 不变 最大 思维诊断 1 简谐运动是匀变速运动 2 周期 频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量 3 振幅等于振子运动轨迹的长度 4 简谐运动的回复力可以是恒力 5 弹簧振子每次经过平衡位置时 位移为零 动能最大 6 单摆在任何情况下的运动都是简谐运动 7 物体做受迫振动时 其振动频率与固有频率无关 8 简谐运动的图象描述的是振动质点的轨迹 B C 解析 弹簧振子做简谐运动 先后经过M N两点时速度v v 0 相同 根据对称性可知M N两点关于平衡位置对称 两点相对于平衡位置的位移大小相等 方向相反 根据F kx可知 回复力大小相等 方向相反 故A B错误 振子在M N两点所受回复力大小相等 可知加速度大小相等 故C正确 从M点到N点 回复力先减小后增大 振子的加速度先减小后增大 所以振子先做变加速运动 后做变减速运动 故D错误 ACE 解析 飞机的机翼 翅膀 很快就抖动起来 是因为驱动力的频率接近机翼的固有频率发生共振 在飞机机翼前装置配重杆 是为了改变机翼的固有频率 使驱动力的频率远离机翼的固有频率 故D正确 D 核心考点突破 1 动力学特征F kx 表示回复力的方向与位移方向相反 k是比例系数 不一定是弹簧的劲度系数 2 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 但加速度方向与位移方向相反 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 简谐运动的基本特征及应用 3 振子由P到O所用时间等于由O到P 所用时间 即tPO tOP 4 振子往复过程中通过同一段路程 如OP段 所用时间相等 即tOP tPO 5 能量特征振动的能量包括动能Ek和势能Ep 简谐运动过程中 系统动能与势能相互转化 系统的机械能守恒 ACD 解题导思 1 题目中所对应的情况有几种可能 2 请作出示意图 并在图中找出对应几个时刻的振动位置 类题演练1 ACE 1 图象特征 1 简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线 是正弦曲线还是余弦曲线取决于质点初始时刻的位置 2 图象反映的是位移随时间的变化规律 随时间的增加而延伸 图象不代表质点运动的轨迹 3 任一时刻图线上过该点切线的斜率数值表示该时刻振子的速度大小 正负表示速度的方向 正时沿x轴正方向 负时沿x轴负方向 简谐运动的图象 2 图象信息 1 由图象可以看出质点振动的振幅 周期 2 可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移 3 可以确定某时刻质点的回复力 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 故回复力和加速度的方向在图象上总是指向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 速度方向就是远离t轴 若下一时刻位移减小 速度方向就是指向t轴 4 可以确定某段时间内质点的位移 回复力 加速度 速度 动能 势能等的变化情况 A 振动周期为5s 振幅为8cmB 第2s末振子的速度为零 加速度为负向的最大值C 从第1s末到第2s末振子在做加速运动D 第3s末振子的速度为正向的最大值 D 解析 由振动图象可得周期为4s 振幅为8cm A项错误 第2s末图象的斜率为零 则速度为零 位移为负向最大值 则加速度为正向的最大值 B项错误 从第1s末到第2s末振子在做减速运动 C项错误 第3s末斜率最大且为正值 则振子的速度为正向的最大值 D项正确 答案 1 如图所示 2 0 52m 类题演练2 解析 1 当振子振动到右方最大位移处时 位移最大为2cm 周期为0 4s 若以向右为位移的正方向 则振动图象如图所示 1 共振曲线 如图所示的共振曲线 曲线表示受迫振动的振幅A 纵坐标 随驱动力频率f 横坐标 的变化而变化 驱动力的频率f跟振动系统的固有频率f0相差越小 振幅越大 驱动力的频率f等于振动系统的固有频率f0时 振幅最大 受迫振动和共振 2 受迫振动中系统能量的转化 做受迫振动的系统的机械能不守恒 系统与外界时刻进行能量交换 B 解题导思 1 发生共振的条件是什么 2 单摆的周期公式是怎样的 周期和频率的关系是什么 类题演练3 ACD A 由图甲可知该弹簧振子的固有周期为4sB 由图乙可知该弹簧振子的固有周期为8sC 由图乙可知外力的周期为8sD 如果改变外力的周期 在外力周期接近4s时该弹簧振子的振幅较大 解析 题图甲是弹簧振子做简谐运动时的图象 故由题图甲可知 弹簧振子的固有周期为T0 4s A正确 题图乙是弹簧振子做受迫振动的图象 故外力的周期为8s C正确 B错误 当物体的驱动力频率等于物体的固有频率时 物体的振动达到最强 故当外力周期接近4s时 弹簧振子振幅较大 D正确 实验 用单摆测定重力加速度 2 注意事项 1 构成单摆的条件 细线的质量要小 弹性要小 选用体积小 密度大的小球 摆角不超过5 2 要使摆球在同一竖直面内摆动 不能形成圆锥摆 方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放 3 测周期的方法 要从摆球过平衡位置时开始计时 因为此处速度大 计时误差小 而最高点速度小 计时误差大 要测多次全振动的时间来计算周期 如在摆球过平衡位置时开始计时 且在数 零 的同时按下秒表 以后每当摆球从同一方向通过平衡位置时计数1次 1 用游标尺上有10个小格的游标卡尺测量摆球的直径如图甲所示 摆球直径为 cm 把摆球用细线悬挂在铁架台上 测量摆线长 通过计算得到摆长L 2 06 2 用秒表测量单摆的周期 当单摆摆动稳定且到达最低点时开始计时并记为n 1 单摆每经过最低点记一次数 当数到n 60时秒表的示数如图乙所示 该单摆的周期是T s 结果保留三位有效数字 2 28 3 测量出多组周期T 摆长L的数值后 画出T2 l图象如图丙 此图线斜率的物理意义是 C 4 在 3 中 描点时若误将摆线长当作摆长 那么画出的直线将不通过原点 由图线斜率得到的重力加速度与原来相比 其大小 A 偏大B 偏小C 不变D 都有可能 5 该小组的另一同学没有使用游标卡尺也测出了重力加速度 他采用的方法是 先测出一摆线较长的单摆的振动周期T1 然后把摆线缩短适当的长度 L 再测出其振动周期T2 用该同学测出的物理量表达重力加速度为g C 1 实验时必须控制摆角在 以内 并且要让单摆在 平面内摆动 类题演练4 5 同一竖直 2 某同学测出不同摆长对应的周期T 作出L T2图线 如图所示 再利用图线上