选修机械振动PPT学习教案

1、会计学1第1页/共140页【知识梳理】知识点1简谐运动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_。正弦函数正弦曲线第2页/共140页2.平衡位置: 第3页/共140页(1)如图所示,平衡位置是物体在振动过程中_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。 回复力为零合外力平衡位置效果力第4页/共140页3.描述简谐运动的物理量: 物理量物理量定义定义意义意义位移位移由由_指向指向质点质点_的的有向线段有向线段描述质点振动中某时描述质点振

2、动中某时刻的位置相对于刻的位置相对于_的位移的位移振幅振幅振动物体离开平振动物体离开平衡位置的衡位置的_描述振动的描述振动的_和和能量能量平衡位置所在位置平衡位置最大距离强弱第5页/共140页物理量物理量定义定义意义意义周期周期振动物体完成一次振动物体完成一次_所需时间所需时间描述振动的快慢描述振动的快慢, ,两者互为倒数两者互为倒数:T:T= = 频率频率振动物体振动物体_内内完成全振动的次数完成全振动的次数相位相位t+t+描述周期性运动描述周期性运动在各个时刻所处在各个时刻所处的不同状态的不同状态全振动单位时间1f第6页/共140页知识点2简谐运动的公式和图象1.表达式:(1)动力学表达式

3、:F=-kx,其中“-”号表示回复力与位移的方向_。(2)运动学表达式:x=Asin(t+),其中A代表振幅,=2f表示简谐运动的_, _代表简谐运动的相位,叫作初相。相反快慢(t+)第7页/共140页2.图象: 第8页/共140页(1)从平衡位置开始计时,函数表达式为x=_,图象如图甲所示。(2)从最大位移处开始计时,函数表达式为x=_,图象如图乙所示。(3)如图丙所示,从任意位置处开始计时,函数表达式为_。(4)根据简谐运动的图象可以知道质点在任意时刻离开平衡位置的_。 AsintAcostx=Asin(t+)位移第9页/共140页知识点3单摆、周期公式简谐运动的两种模型的比较: 第10页

4、/共140页模型模型弹簧振子弹簧振子单摆单摆简谐运简谐运动条件动条件(1)(1)弹簧质量可忽略弹簧质量可忽略(2)(2)无摩擦等无摩擦等_(3)(3)在弹簧弹性限度内在弹簧弹性限度内(1)(1)摆线为不可伸缩摆线为不可伸缩的轻细线的轻细线(2)(2)无空气阻力无空气阻力(3)(3)最大摆角最大摆角_阻力很小第11页/共140页模型模型弹簧振子弹簧振子单摆单摆回复力回复力 弹簧的弹簧的_提供提供摆球摆球_沿圆弧切线方沿圆弧切线方向的分力向的分力平衡平衡位置位置弹簧处于弹簧处于_处处_点点周期周期与与_无关无关T=_ T=_ 弹力重力原长最低振幅2gl第12页/共140页知识点4受迫振动和共振1.

5、三种振动形式的比较: 振动类型振动类型比较项目比较项目自由振动自由振动受迫振动受迫振动共振共振受力情况受力情况仅受回复仅受回复力力周期性周期性_作用作用周期性周期性_作用作用驱动力驱动力第13页/共140页振动类型振动类型比较项目比较项目自由振动自由振动受迫振动受迫振动共振共振振动周期振动周期或频率或频率由系统由系统_决定决定, ,即即固有周期或固有周期或固有频率固有频率由驱动力的由驱动力的周期或频率周期或频率决定决定, ,即即T=T=_或或=_=_T T驱驱=_=_或或 驱驱=_=_振动能量振动能量振动物体的振动物体的机械能机械能_由产生驱动力由产生驱动力的物体提供的物体提供振动物体获得振动

6、物体获得的能量的能量_本身性质T驱f驱T00不变最大第14页/共140页2.受迫振动中系统能量的变化:受迫振动系统的_,系统与外界时刻进行能量交换。 机械能不守恒第15页/共140页【易错辨析】(1)振幅就是简谐运动物体的位移。()(2)简谐运动的回复力可以是恒力。()(3)简谐运动的平衡位置就是质点所受合力为零的位置。()(4)做简谐运动的质点先后通过同一点,回复力、速度、加速度、位移都是相同的。()第16页/共140页(5)做简谐运动的质点,速度增大时,其加速度一定减小。()(6)简谐运动的图象描述的是振动质点的轨迹。()(7)根据简谐运动的图象可以判断质点在某一时刻的位移大小、振动方向。

7、()(8)物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率无关。() 第17页/共140页提示:(1)。振幅是振动过程中最大位移的大小,不随振动改变,位移随振动改变。(2)。简谐运动回复力与位移成正比,方向与位移方向相反,不可能是恒力。(3)。单摆最低点是曲线运动的平衡位置,合力不为零。第18页/共140页(4)。同一点回复力、加速度、位移均相同,速度方向相反。(5)。简谐运动速度增大,位移减小,回复力减小,加速度减小。(6)。简谐运动图象描述的是物体位移随时间变化的规律。 第19页/共140页(7)。简谐运动的图象可以判断质点在某一时刻的位移大小、振动方向。(8)。受迫振动时,其振动频率与固有频率无关

8、,频率等于驱动力频率。 第20页/共140页考点1简谐运动的规律【核心要素精讲】简谐运动的规律五个特征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。 第21页/共140页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,而方向相反,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。3.运动的周期性特征:相隔T或nT的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同。 第22页/共140页4.对称性特征:(1)相隔 或 (n为正整数)的两个时刻,振子位置关于平衡位置对称,位移、速度、加速度大小

9、相等,方向相反。T2(2n 1)T2第23页/共140页(2)如图所示,振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P(OP=OP)时,速度的大小、动能、势能相等,相对于平衡位置的位移大小相等。第24页/共140页(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。第25页/共140页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。 第26页/共140页【高考命题探究】【典例1】(2017杨浦区模拟)弹簧振子做机械振动,若从平衡位置O开始计时,经过0.3

10、s时,振子第一次经过P点,又经过了0.2s,振子第二次经过P点,则该振子第三次经过P点时所需的时间为()世纪金榜导学号30992288 A.1.6sB.1.1sC.0.8sD.0.33s第27页/共140页【解析】选D。若从O点开始向右振动,则按下面路线振动,作出示意图如图,则振子的振动周期为T1=4(0.3+ 0.2)s=1.6s,则该振子在时间t1=T1-0.2s=1.4s时,第三次经过P点。12第28页/共140页若振子从O点开始向左振动,则按下面路线振动,作出示意图如图,设从P到O的时间为t,则 0.2s+t=解得:t= s则周期T=4( +0.1)s= s则该振子在时间t2=T-0.

11、2s= s0.33s时,第三次经过P点。故D正确,A、B、C错误。120.3 st2130130131.63第29页/共140页【强化训练】1.(2017崇明模拟)一弹簧振子振幅为A,从最大位移处经过时间t0第一次到达平衡位置,若振子从平衡位置处经过 时的加速度大小和动能分别为a1和E1,而振子位移为 时加速度大小和动能分别为a2和E2,则a1、a2和E1、E2的大小关系为()0t3A3第30页/共140页A.a1a2,E1a2,E1E2C.a1a2,E1E2D.a1E2 第31页/共140页【解析】选A。从平衡位置向最大位移处运动,速度减小,加速度增大,所以经过 ,通过的位移大于 ,所以a1

12、a2,E1E2。故A正确,B、C、D错误。 0t3A3第32页/共140页2.(2017万州区模拟)水平弹簧振子,每隔时间t,振子的位移总是大小和方向都相同,每隔 的时间,振子的速度总是大小相等,方向相反,则有()A.弹簧振子的周期一定小于 B.每隔 的时间,振子的加速度总是相同的C.每隔 的时间,振子的动能总是相同的D.每隔 的时间,弹簧的长度总是相同的 t2t2t2t2t2第33页/共140页【解析】选C。水平弹簧振子,每隔时间t,振子的位移总是大小和方向都相同,说明时间t为周期的整数倍;每隔 的时间,振子的速度总是大小相等,方向相反,说明 是半个周期的奇数倍;故t为周期的奇数倍,即t=(

13、2n+1)T(其中n=0,1,2,3,);故T= (其中n=0,1,2,3,);t2t2t2n1第34页/共140页当n=0时,周期T=t,故A错误;每隔 的时间,振子的速度总是大小相等、方向相反,说明位移大小相等、方向相反,根据a=- ,振子的加速度总是大小相等、方向相反,故B错误;每隔 的时间,振子的速度总是大小相等、方向相反,故动能相同,故C正确;每隔 的时间,振子的速度总是大小相等、方向相反,t2kxmt2t2第35页/共140页说明位移大小相等、方向相反,回复力方向不同,弹力方向不同,弹簧的长度不同(可能一次压缩、一次拉长),故D错误。 第36页/共140页【规律总结】分析简谐运动中

14、各物理量的变化情况的技巧(1)分析简谐运动中各物理量的变化情况时,一定要以位移为桥梁,位移增大时,振动质点的回复力、加速度、势能均增大,速度、动能均减小;反之,则产生相反的变化。另外,各矢量均在其值为零时改变方向。第37页/共140页(2)分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性。位移相同时,回复力、加速度、动能、势能可以确定,但速度可能有两个方向,由于周期性,运动时间也不确定。(3)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。 第38页/共140页【加固训练】1.一弹簧振子做简谐振动,周期为T,下列叙述正确的是()A.若t时刻和(t+t)时刻的位移大小相等,方

15、向相同,则t一定等于T的整数倍B.若t时刻和(t+t)时刻的动能相等,则t一定等于 的整数倍T2第39页/共140页C.若t=T,则t时刻和(t+t)时刻的动能一定相等D.若t= ,则t时刻和(t+t)时刻弹簧长度一定相等 T2第40页/共140页【解析】选C。t时刻和(t+t)时刻的位移大小相等,方向相同,表示质点经过同一位置,经过的时间t不一定等于T的整数倍,故A错误;当振子经过同一位置或关于平衡位置对称时动能相同,t不一定等于 的整数倍,故B错误;经过t=T,t时刻和(t+t)时刻的速度一定相同,动能一定相等,故C正确;t= ,振子位移大小相等,方向相反,但弹簧长度不一定相等,故D错误。

16、 T2T2第41页/共140页2.表中给出的是做简谐振动的物体的位移x或速度v与时刻的对应关系,T是振动周期。则下列选项中正确的是() 第42页/共140页第43页/共140页A.若甲表示位移x,则丙表示相应的速度vB.若乙表示位移x,则丙表示相应的速度vC.若丙表示位移x,则甲表示相应的速度vD.若丁表示位移x,则乙表示相应的速度v第44页/共140页【解析】选A。若甲表示位移x,振子从平衡位置向正向最大位移处运动,速度从正向最大开始减小到零,所以丙可以表示相应的速度v,故A正确;若乙表示位移x,振子从平衡位置向负向最大位移处运动,速度从负向最大开始减小到零,所以丁可以表示相应的速度v,故B

17、错误;若丙表示位移x,位移从正向最大位移变化到零,振子从正向最大位移处向平衡位置运动,速度从零开始向负向第45页/共140页最大速度变化,所以乙表示相应的速度v,故C错误;丁表示位移x,位移从负向最大位移变化到零,振子从负向最大位移处向平衡位置运动,速度从零开始向正向最大速度变化,所以甲表示相应的速度v,故D错误。 第46页/共140页考点2简谐运动的公式和图象【核心要素精讲】1.对简谐运动图象的认识:(1)简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线,如图所示。 第47页/共140页(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

18、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正方向,负时沿x负方向。 第48页/共140页2.图象信息:(1)由图象可以得出质点做简谐运动的振幅、周期。(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。(3)可以根据图象确定某时刻质点回复力、加速度和速度的方向。 第49页/共140页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断,下一时刻位移如增加,振动质点的速度方向就是远离t轴,下一时刻位移如减小,振动质点的速度方向就是指向t轴。 第50页/共140页3.简谐运动图象问题的两种分析方法:方

19、法一:图象运动结合法解此类题时,首先要理解x-t图象的意义,其次要把x-t图象与质点的实际振动过程联系起来。图象上的一个点表示振动中的一个状态(位置、振动方向等),图象上的一段曲线对应振动的一个过程,关键是判断好平衡位置、最大位移及振动方向。 第51页/共140页方法二:直观结论法简谐运动的图象表示振动质点的位移随时间变化的规律,即位移时间的函数关系图象,不是物体的运动轨迹。 第52页/共140页【高考命题探究】【典例2】(2016北京高考)如图所示,弹簧振子在M、N之间做简谐运动。以平衡位置O为原点,建立Ox轴,向右为x轴正方向。若振子位于N点时开始计时,则其振动图象为世纪金榜导学号3099

20、2289()第53页/共140页第54页/共140页【解析】选A。N点在O点的右侧,而本题以平衡位置O为原点,向右为x轴正方向,振子位于N点时开始计时,故0时刻振子在正向最大位移处,将向左运动,即向负方向运动,位移减小,故A正确。 第55页/共140页【强化训练】1.(2017锦州模拟)劲度系数为20N/cm的水平弹簧振子,它的振动图象如图所示,在图中A点对应的时刻() 第56页/共140页A.振子所受的弹力大小为0.5N,方向指向x轴的正方向B.振子的速度方向指向x轴的正方向C.振子的加速度方向指向x轴的正方向D.振子的速度和加速度都在增大第57页/共140页【解析】选B。由图可知A点对应时

21、刻振子的位移x=0.25cm,所以弹簧的弹力F=-kx=-200.25N=-5N,即弹力大小为5N,方向指向x轴负方向,故A错误;由图可知过A点的切线与x轴的正方向的夹角小于90,切线的斜率为正值,即振子的速度方向指向x轴的正方向,故B正确;根据a=- 知,振子的加速度方向指向x轴的负方向,故C错误;振子正远离平衡位置,位移在增大,则速度在减小,加速度在增大,故D错误。 kxm第58页/共140页2.(2017乐山模拟)一个质点经过平衡位置O,在A、B间做简谐运动,如图甲所示,它的振动图象如图乙所示,设向右为正方向,下列说法正确的是() 第59页/共140页A.第0.2s末质点的速度方向是AO

22、B.在4s内完成6次全振动C.第0.4s末质点的加速度方向是AOD.第0.7s时质点位置在O点与A点之间 第60页/共140页【解析】选C。位移时间图象切线的斜率等于速度,根据数学知识知,第0.2s末质点的速度方向为负向,即从OA,故A错误;质点的振动周期为T=0.8s,则在4s内质点完成全振动次数为n= =5(次),故B错误;第0.4s末质点的位移为负向最大,由a=- ,知质点的加速度为正向,即AO,故C正确;第0.7s时,质点位置在O与B两点之间,故D错误。 t4T0.8kxm第61页/共140页【加固训练】如图甲是演示简谐运动图象的装置,当盛沙漏斗下面的薄木板N被匀速地拉出时,摆动着的漏

23、斗中漏出的沙在板上形成的曲线显示出摆的位移随时间变化的关系,板上直线OO代表时间轴。图乙是一次实验中用同一个摆长不变的摆作出的两组操作下形成的曲线,若板N1和N2拉动速度用v1和v2表示,板N1和N2上曲线所代表的摆动周期用T1和T2表示,则() 第62页/共140页A.T1=2T2B.2T1=T2C.v1=2v2D.2v1=v2 第63页/共140页【解析】选C。同一单摆的周期是一定的,则T1=T2。设单摆的周期为T,板长为L,则有:T= ,2T= 根据题意,有:v1=2v2,故选C。 1Lv2Lv第64页/共140页考点3单摆模型及其周期公式【核心要素精讲】1.单摆模型指符合单摆规律的模型

24、,满足条件:(1)圆弧运动。(2)小角度摆动。(3)回复力满足F=-kx。 第65页/共140页2.对单摆周期公式T= 的理解:(1)公式成立的条件是单摆的摆角必须小于5。(2)单摆的振动周期在振幅较小的条件下,与单摆的振幅无关,与摆球的质量也无关。(3)周期公式中摆长为l:摆长l是指摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离,而不一定为摆线的长。(4)单摆周期公式中的g值。 2gl第66页/共140页只受重力和线拉力,且悬点静止或做匀速直线运动的单摆,g为当地重力加速度,在地球上不同位置g的取值不同,不同星球表面g值也不相同。单摆处于超重或失重状态时等效重力加速度g=g0a,如在轨道上运动的卫星加速度a

25、=g0,为完全失重,等效重力加速度g=0。 第67页/共140页【高考命题探究】【典例3】(多选)(2017株洲模拟)摆球质量相等的甲、乙两单摆悬挂点高度相同,其振动图象如图所示。选悬挂点所在水平面为重力势能的参考面,由图可知()世纪金榜导学号30992290 第68页/共140页A.甲、乙两单摆的摆长之比是4 9B.ta时刻甲、乙两单摆的摆角相等C.tb时刻甲、乙两单摆的势能差最大D.tc时刻甲、乙两单摆的速率相等 第69页/共140页【解析】选A、C。由振动图象得到甲、乙两个单摆的周期之比为T甲 T乙=2 3,根据单摆周期公式T=得T2l,故甲、乙两个单摆的摆长之比为4 9,故A正确;根据

26、摆长不同,摆动幅度相同,故摆角不等,故B错误;由图可知tb时刻甲、乙两单摆的偏离平衡位置的差值最大,故势能差最大,故C正确;由于甲偏离平衡位置高2gl第70页/共140页度差大于乙的,由摆动过程中机械能守恒得甲经过平衡位置时速度大于乙,D错误。 第71页/共140页【迁移训练】第72页/共140页迁移1:单摆的实际应用惠更斯利用摆的等时性原理制成了第一座摆钟。如图1所示为日常生活中我们能见到的一种摆钟,图2所示为摆的结构示意图,圆盘固定在摆杆上,螺母可以沿摆杆上下移动。在甲地走时准确的摆钟移到乙地未做其他调整时摆动加快了,下列说法正确的是() 第73页/共140页第74页/共140页A.甲地的

27、重力加速度较大,若要调准可将螺母适当向下移动B.甲地的重力加速度较大,若要调准可将螺母适当向上移动C.乙地的重力加速度较大,若要调准可将螺母适当向下移动D.乙地的重力加速度较大,若要调准可将螺母适当向上移动 第75页/共140页【解析】选C。由甲地到乙地摆动加快则说明周期变小,因T= ,则重力加速度变大,要使周期不变小,则应增加摆长,即将螺母适当向下移动。 2gl第76页/共140页迁移2:摆线发生突变的单摆如图所示,一单摆悬于O点,摆长为L,若在O点正下方的O点钉一个光滑钉子,使OO= ,将单摆拉至A处释放,小球将在A、B、C间来回振动,若振动中摆线与竖直方向夹角小于5,则此摆的周期是()

28、L2LLA 2 B.2g2gLLLLC 2 () D()g2gg2g.第77页/共140页【解析】选D。根据公式T= ,该单摆有 周期摆长为L, 周期摆长为 L,故T=故D正确。 2gl121212LLLL(),g2gg2g第78页/共140页迁移3:类单摆运动如图所示,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,则: 第79页/共140页(1)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至Q所需时间为t,则小球由Q至

29、N的最短时间为多少?第80页/共140页(3)若在圆弧的最低点O的正上方h处由静止释放小球B,让其自由下落,同时A球从圆弧右侧由静止释放,欲使A、B两球在圆弧最低点O处相遇,则B球下落的高度h是多少? 第81页/共140页【解析】(1)由单摆周期公式T= 知:小球A的运动周期T=2 所以tMO= ,在由MO的过程中小球A的重力势能转化为动能。 (2)由对称性可知tOQ= t,tOQ+tQN= T,代入数据解得Q至N的最短时间tQN= 2glRg1RT42g1214R1t2g2。第82页/共140页(3)欲使A、B相遇,则两球运动时间相同,且必须同时到达O点,A球到O点的时间可以是 T,也可以是

30、 T。故由简谐运动的周期性可知两球相遇所经历时间可以是( +n)T或( +n)T(n=0,1,2,3)。所以A、B两球运动的时间必为 T的奇数倍,即1434143414222hRt(2n 1)g2g2n1hR(n0,1,2,3)8所以 。第83页/共140页答案:(1) 球A的重力势能转化为动能R2g 22R12t2g22n13R(n0,1,2,3)8第84页/共140页【加固训练】(多选)长为L的轻质细线悬挂着质量为m的小而重,且电荷量为+q的带电小球,现将其由左端最高点a处由静止释放(aO与竖直方向的夹角小于5),空间存在竖直向下的匀强电场,场强大小为E,当地重力加速度大小为g,则小球在摆

31、动过程中下列说法正确的是() 第85页/共140页A.小球摆动的周期为 B.小球摆动的周期为 C.在空间加垂直于纸面的匀强磁场前后,小球过最低点的速度发生变化D.在空间加垂直于纸面向里的匀强磁场后,小球向左与向右两次过最低点时细线所示拉力差与所加磁场的磁感应强度大小B成正比 L2gmL2mgqE第86页/共140页【解析】选B、D。小球在重力场和电场的复合场中加速度为a,则:ma=qE+mg由单摆公式知:T=2 联立解得,T=2 ,故A选项错误,B选项正确; LamLmgqE第87页/共140页因为洛伦兹力不做功,故在空间加垂直于纸面的匀强磁场前后,小球过最低点的速度不发生变化,故C选项错误;

32、假设所加磁场方向垂直纸面向里,在小球运动到最低点时,当小球向右运动时,洛伦兹力竖直向上,细线所受拉力F1=mg+qE-Bqv当小球向左运动时,洛伦兹力竖直向下,细线所受拉力F2=mg+qE+Bqv第88页/共140页由联立得小球向左与向右两次过最低点时细线所示拉力差F=F2-F1=2Bqv。由上式可知在空间加垂直于纸面向里的匀强磁场后,小球向左与向右两次过最低点时细线所示拉力差与所加磁场的磁感应强度大小B成正比,故D选项正确。第89页/共140页考点4受迫振动和共振【核心要素精讲】自由振动、受迫振动和共振的比较: 第90页/共140页第91页/共140页【高考命题探究】【典例4】一个单摆在地面

33、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()世纪金榜导学号30992291 第92页/共140页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 第93页/共140页【解析】选B。由共振曲线知此单摆的固有频率为0.5Hz,则固有周期为2s;再由T=2 ,得此单摆的摆长约为1m;若摆长增大,单摆的固有周期增大,固有频率减小,则共振曲线的峰将向左移动。 gl第94页/共140页【强化训练】1.如图所示,在一根张紧的绳子上挂几个摆,其中A、B的摆长相等。当A摆振动的时候,通过张紧的绳子给B、C、

34、D摆施加驱动力,使其余各摆做受迫振动。观察B、C、D摆的振动发现() 第95页/共140页A.C摆的频率最小B.D摆的周期最大C.B摆的摆角最大D.B、C、D的摆角相同 第96页/共140页【解析】选C。由A摆摆动从而带动其他3个单摆做受迫振动,受迫振动的频率等于驱动力的频率,故其他各摆振动周期跟A摆相同,频率也相等,故A、B错误;受迫振动中,当固有频率等于驱动力频率时,出现共振现象,振幅达到最大,由于B摆的固有频率与A摆的相同,故B摆发生共振,振幅最大,故C正确,D错误。 第97页/共140页2.一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子,图1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

35、给弹簧振子以驱动力,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,给砝码一向下的初速度,砝码便做简谐运动,振动图线如图2所示。当把手以某一速度匀速转动,受迫振动达到稳定时,第98页/共140页砝码的振动图线如图3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() 第99页/共140页A.由图线可知T0=4s,振幅为8cmB.由图线可知T0=8s,振幅为2cmC.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

36、多或大得多时,Y很小 第100页/共140页【解析】选C。图2是弹簧振子自由振动时的振动图线,故由图2可知,弹簧振子的固有周期为T0=4s,振幅为4cm,故A、B错误;当物体的驱动力的频率等于物体的固有频率时,物体的振动达到最强,故当T在4s附近时,振幅显著增大,当T比4s小得多或大得多时,Y很小,故C正确、D错误。 第101页/共140页【加固训练】(多选)把一个筛子用四根弹簧支撑起来,筛子上装一个电动偏心轮,它每转一周,给筛子一个驱动力,这就做成了一个共振筛,如图甲所示。该共振筛的共振曲线如图乙所示。已知增大电压,可使偏心轮转速提高,增加筛子质量,可增大筛子的固有周期。现在,在某电压下电动

37、偏心轮转速是54r/min。为了使筛子的振幅增大,下列做法正确的是() 第102页/共140页A.提高输入电压B.降低输入电压C.减少筛子质量D.增加筛子质量 第103页/共140页【解析】选B、C。根据题意,电动偏心轮在某电压下,转速是54r/min,即为:T= ,所以驱动力的频率:f= Hz=0.9Hz,筛子的固有频率为f0=0.8Hzf;由于驱动力的频率大于筛子的固有频率;故要使振幅变大,要减小驱动力的频率,或增大筛子的固有频率,即可以降低输入电压或减少筛子的质量。 6010 s s54919T10第104页/共140页考点5实验:探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度【核心要素精讲】1.

38、实验原理:由单摆的周期公式T=2 ,可得出g= ,测出单摆的摆长l和振动周期T,就可求出当地的重力加速度g。2.实验器材:单摆、游标卡尺、毫米刻度尺、停表。gl224Tl第105页/共140页3.实验步骤:(1)做单摆:取约1m长的细丝线穿过带中心孔的小钢球,并打一个比小孔大一些的结,然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上,让摆球自然下垂。 第106页/共140页(2)测摆长:用毫米刻度尺量出摆线长L(精确到毫米),用游标卡尺测出小球直径D,则单摆的摆长 (3)测周期:将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5),然后释放小球,记下单摆摆动3050次的总时间,算出平均每摆动一次的时间,即为单摆的振动周

39、期。(4)改变摆长,重做几次实验。 DL2。l第107页/共140页(5)数据处理的两种方法:根据公式 将测得的几次周期T和摆长l代入公式 中算出重力加速度g的值,再算出g的平均值,即为当地的重力加速度的值。224T2,ggT 。ll224gTl第108页/共140页图象法:由单摆的周期公式T=2 可得l= ,因此以摆长l为纵轴,以T2为横轴作出的l-T2图象是一条过原点的直线,如图所示,求出图线的斜率k,即可求出g值。g=42k,k= gl22gT422TT。ll第109页/共140页【高考命题探究】【典例5】(2013安徽高考)根据单摆周期公式T=2 ,可以通过实验测量当地的重力加速度。如

40、图甲所示,将细线的上端固定在铁架台上,下端系一小钢球,就做成了单摆。世纪金榜导学号30992292gl第110页/共140页(1)用游标卡尺测量小钢球直径,示数如图乙所示,读数为_mm。 第111页/共140页(2)以下是实验过程中的一些做法,其中正确的有_。a.摆线要选择细些的、伸缩性小些的,并且尽可能长一些b.摆球尽量选择质量大些、体积小些的c.为了使摆的周期大一些,以方便测量,开始时拉开摆球,使摆线相距平衡位置有较大的角度第112页/共140页d.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于5,在释放摆球的同时开始计时,当摆球回到开始位置时停止计时,此时间间隔t即为单摆周期Te.拉开摆球,使摆线偏

41、离平衡位置不大于5,释放摆球,当摆球振动稳定后,从平衡位置开始计时,记下摆球做50次全振动所用的时间t,则单摆周期 tT50第113页/共140页【解析】(1)(18+60.1)mm=18.6mm(2)选a、b、e。摆线要选择细些的、伸缩性小些的,并且尽可能长一些,摆球尽量选择质量大些、体积小些的,都是为了更加符合单摆的构成条件,故a、b是正确的;摆线相距平衡位置的角度,以不大于5为宜,故c是错误的;拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于5,释放摆球,当摆球振动稳定后,从平衡位置开始计时,记下摆第114页/共140页球做50次全振动所用的时间t,则单摆周期 ,故d错,e对。答案:(1)18.6(2

42、)a、b、e tT50第115页/共140页【强化训练】1.某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。(1)他组装单摆时,在摆线上端的悬点处,用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线,再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧,如图所示。这样做的目的是_。(填字母) 第116页/共140页A.保证摆动过程中摆长不变B.可使周期测量得更加准确C.需要改变摆长时便于调节D.保证摆球在同一竖直平面内摆动 第117页/共140页(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下,用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L=0.9 990m,再用游标卡尺测量摆球直径,结果如图所示,则该摆球的直径为_mm,单摆摆长为_m。 第118页/共1

43、40页(3)下列振动图象真实地描述了对摆长约为1m的单摆进行周期测量的四种操作过程,图中横坐标原点表示计时开始,A、B、C均为30次全振动的图象,已知sin5=0.087,sin15=0.26,这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是_。(填字母) 第119页/共140页第120页/共140页【解析】(1)选A、C。实验中要注意减小实验误差和便于实验操作,题目中的措施可以保证摆动过程中摆长不变,并且便于改变摆长,故选项A、C正确。(2)游标卡尺主尺上的读数为12.0mm,游标尺上第0条刻度线与主尺刻度线对齐,所以游标卡尺的读数为12.0mm+0=12.0mm,单摆的摆长为l=L- =0.9 9

44、90m- m=0.9930m。D2312.0 102第121页/共140页(3)用单摆测量周期时,为了减小误差,需使摆角小于5,且从摆球经过最低点时开始计时,故振幅Alsin5=8.7cm,只有选项A符合要求。答案:(1)A、C(2)12.00.9930(3)A第122页/共140页2.某小组在做“用单摆测定重力加速度”实验后,为进一步探究,将单摆的轻质细线改为刚性重杆。通过查资料得知,这样做成的“复摆”做简谐运动的周期T=2 ,式中Ic为由该摆决定的常量,m为摆的质量,g为重力加速度,r为转轴到重心C的距离。如图甲,实验时在杆上不同位置打上多个小孔,将其中一个小孔穿在光滑水平轴O上,使杆做简谐运动,测量并记录r和2cImrmgr第123页/共140页相应的运动周期T;然后将不同位置的孔穿在轴上重复实验,实验数据见表,并测得摆的质量m=0.50kg。第124页/共140页r/mr/m0.450.450.400.400.350.350.300.300.250.250.200.20T/sT/s2.112.112.142.142.202.202.302.302.432.432.642.64第125页/共140页(1)由实