高中物理机械振动及单摆实验

1、考纲点击, 1. 简谐运动2. 简谐运动的公式和图象3. 单摆及周期公式4. 受迫振动和共振5. 机械波6. 横波和纵波7. 横波的图象8. 波速、波长和频率(周期)的关系9. 波的干涉和衍射现象10. 多普勒效应实验一：探究单摆的运动，用单摆测定重力加速度,备考导读1. 本章综合运用运动学、动力学和能的转化等方面的知识讨论了两种常见的运动形式机械振动和机械波的特点和规律，以及它们之间的联系与区别因此概念较多，考点较多，而且对图象要求层次较高在复习时，应注意对概念的理解和记忆，在理解和掌握简谐运动的运动学特征和动力学特征的基础上，进而掌握机械波的相关知识2. 高考命题频率较高的知识点是波的图象

2、、频率、波长及波速的关系，其次是单摆，题型多以选择题、填空题的形式出现，题目信息容量大，综合性强，往往考查多个概念和规律，特别是通过图象考查对波的理解能力、推理能力和空间想像能力等题型多以选择题、填空题形式出现第第1节机械振动节机械振动一、振动及描述振动的物理量1. 位移x：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段，是矢量2. 振幅A：振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量表示振动的强弱3. 周期T和频率f：做简谐运动的物体完成一次全振动所需的时间叫做周期，而频率则等于单位时间内完成全振动的次数它们是表示振动快慢的物理量二者互为倒数关系，即T1/f.当T和f是由振动系统本身的性质决定时(非受迫

3、振动)，则分别叫做固有周期和固有频率4. 回复力F：使物体回到平衡位置的合力它是按力的效果命名的，它可以由某一个力提供，也可以由几个力的合力提供，或由某一个力的分力提供模型比较项目 ,弹簧振子 ,单摆模型 示意图 特点 ,忽略摩擦力，弹簧对小球的弹力提供回复力弹簧的质量可以忽略 ,细线的质量可忽略偏角很小(小于5)重力的切向分力提供向心力公式 回复力：F回kx 平衡位置, F回0位置，弹簧处于原长 F回0位置，小球摆动的最低点(此时F向0) 能量转化关系, 动能和弹性势能相互转化，机械能守恒 重力势能与动能的相互转化，机械能守恒三、受迫振动与共振1. 受迫振动(1)定义：系统在周期性驱动力作用

4、下的振动(2)特点：物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关物体做受迫振动的振幅由驱动力频率和物体的固有频率共同决定两者越接近，受迫振动的振幅越大；两者相差越大受迫振动的振幅越小2. 共振：做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大当二者相等时振幅达到最大，这就是共振现象简谐运动描述与图象的应用 弹簧振子以O点为平衡位置，在B、C两点间做简谐运 动，在t0时刻，振子从O、B间的P点以速度v向B点运动；在t0.20 s时，振子速度第一次变为v；在t0.50 s时，振子速度第二次变为v.(1)求弹簧振子振动周期T.(2)若B、C之间的距离为25 cm，求振子

5、在4.00 s内通过的路程(3)若BC间的距离为25 cm，从振子经过平衡位置开始计时写出其位移表达式，并画出运动图象【点拨】(1)根据运动的对称性确定周期(2)根据一个周期的路程为4A确定总路程(3)从平衡位置计时，简谐运动的表达式xAsin t，并据此画出图象1. 一个质点做简谐运动的图象如图所示，下列说法错误的是()A质点振动频率为4 HzB在10 s内质点经过的路程是20 cmC在5 s末，质点速度为零，加速度最大D在t1.5 s和t4.5 s两时刻质点位移大小相等单摆周期规律的应用 如图所示为一单摆及其振动图象，由图回答： (1)单摆的振幅为_，频率为_，摆长为_，一周期内位移x(F

6、回、a、Ep)最大的时刻为_(2)单摆摆球多次通过同一位置时，下列物理量变化的是_2. (2010海南海口调研)有一摆长为L的单摆，悬点正下方某处有一小钉，当摆球经过平衡位置向左摆动时，摆线的上部将被挡住，使摆长发生变化现使摆球做小角度摆动，图为摆球从右边最高点M摆到左边最高点N的闪光照片(悬点与小钉未被摄入)，P为摆动中的最低点，每相邻两次的时间隔相等，则小钉距悬点的距离为()受迫振动的规律应用(1)(2009宁夏卷)某振动系统的固有频率为f0，在周期性驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为f.若驱动力的振幅保持不变，下列说法正确的是_(填入选项前的字母)A当ff0时，该振动系统的振幅随f

7、增大而减小B当f f0时，该振动系统的振幅随f减小而增大C该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0D该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f(2)现代共振技术普遍应用于机械、化学、力学、电磁学、光学及分子、原子物理学、工程技术等几乎所有的科技领域若是利用共振，应该让驱动力的频率_物体的固有频率，若是消除共振，应该让驱动力的频率_物体的固有频率(填“接近”、“远离”)【点拨】(1)受迫振动的频率由驱动力的频率决定(2)受迫振动的振幅由驱动力的频率与固有频率的差决定(3)当驱动力的频率等于固有频率时，物体的振幅最大，达到共振【解析】(1)做受迫振动的物体，振动频率等于驱动力的频率；当驱动力的频率

8、等于振动系统的固有频率时，振动系统的振幅最大，故B、D正确(2)当驱动力的频率等于固有频率时，物体的振幅最大，达到共振利用共振应该让驱动力的频率接近物体的固有频率，消除共振，应该让驱动力的频率远离物体的固频率【答案】(1)BD(2)接近远离3. (2010东北师大附中模拟)如图所示为两个单摆做受迫振动中的共振曲线，则下列说法正确的是()A. 两个单摆的固有周期之比为TT2 5B. 若两个受迫振动是在地球上同一地点进行，则两个摆长之比为ll4 25C. 图线若是在地面上完成的，则该摆摆长约为1 mD. 若两个受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相等，则图线是月球上单摆的共振曲线简谐运动不同于

9、前面复习的直线运动，不能用以往的思维模式分析新问题，不要形成思维定势，要善于接受新知识、新方法，并将其运用到实际问题中去，进而开阔我们分析、解决问题的思路，如自由振动的周期与振幅无关等知识一个弹簧振子，第一次被压缩x后释放做自由振动，周期为T1，第二次被压缩2x后释放做自由振动，周期为T2，则两次振动周期之比T1 T2为()A1 1 B1 2 C2 1 D1 4【错解】B【正解】把振子的运动看成是匀速运动或加速度恒定的匀加速直线运动用匀速或匀加速运动的规律，压缩x时，振幅为x，完成一次全振动的路程为4x.压缩2x时，振幅即为2x，完成一次全振动的路程为8x.由于两种情况下全振动的路程的差异，第

10、二次是第一次的2倍所以，第二次振动的周期一定也是第一次的2倍，所以错选B.事实上，只要是自由振动，其振动的周期只由自身因素决定，对于弹簧振子而言，就是只由弹簧振子的质量m和弹簧的劲度系数k决定的，而与形变大小、也就是振幅无关所以只要弹簧振子这个系统不变(m，k不变)，周期就不会改变，所以正确答案为A.【答案】A 实验一探究单摆的运动用单摆测重力加速度实验一探究单摆的运动用单摆测重力加速度 实验器材铁架台(带铁夹)、中心有孔的金属小球、约1 m长的细线，刻度尺、游标卡尺(选用)、停表实验步骤1. 制单摆：在细线的一端打一个比小球上的孔径稍大些的结，将细线穿过球上的小孔，制成一个单摆2. 固定摆：

11、将铁夹固定在铁架台的上端，铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，把单摆固定在铁夹上，使摆球自由下垂3. 测摆长：用刻度尺测出悬点到球心间的距离；或用游标卡尺测出摆球直径2r，再用刻度尺测出从悬点至小球上端的悬线长l，则摆长llr.4. 测周期：把单摆从平衡位置拉开一个小角度(不大于10)，使单摆在竖直平面内摆动，用停表测量单摆完成全振动30至50次所用的时间，求出完成一次全振动所用的平均时间，这就是单摆的周期T.5. 计算g：将测出的摆长l和周期T代入公式g求出重力加速度g的值，或根据lT2图象的斜率求解(斜率 )6. 重复实验：变更摆长重做两次，并求出三次所得的g的平均值误差分析1. 系统

12、误差主要来源于单摆模型本身是否符合要求即悬点是否固定，摆球是否可看做质点，球、线是否符合要求，摆动是圆锥摆还是在同一竖直平面内摆动以及测量哪段长度作为摆长等只要注意上面这些问题，就能使系统误差减小到符合实验要求的程度2. 偶然误差主要来自时间(即单摆周期)的测量上因此要注意测准时间(周期)要从摆球通过平衡位置开始计时，并采用倒计时计数的方法，即4,3,2,1,0,1,2在数“零”的同时按下停表开始计时，不能多计或漏计振动次数为了减小偶然误差，应进行多次测量后取平均值实验改进为防止实验过程中出现圆锥摆的现象，可采用如图的方法将单摆变为双线摆，但要注意摆长的测量 (2009浙江卷)(1)在“探究单

13、摆周期与摆长的关系”实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示测量方法正确的是_(选填“甲”或“乙”) (2)实验时，若摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻与某一自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化图线如图所示，则该单摆的振动周期为_若保持悬点到小球顶点的绳长不变，改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验，则该单摆的周期将_(选填“变大”、“不变”或“变小”)，图中的t将_(选填“变大”、“不变”或“变小”)【解析】(1)应将待测物体正确地放在外测量爪中如图乙(2)单摆一个周期遮光两次；单摆周期与小球质量、大小无关，但若用直径为原小球直径两倍的小球后摆长变长，周期变大，遮光时间t变大【答案】(1)乙(2)2t0变大变大(实验创新设计)假设我们已经进入了航天时代，一个由三名高中学生组成的航天兴趣小组正乘外星科学考察飞船前往X星球，准备用携带的下列器材测量X星球表面的重力加速度gX，这些器材是：A. 钩码1盒，质量未知且各钩码质量不等B. 重锤1个，质量未知C. 带孔金属小球一个，直径已知为dD. 太阳能电池板一块，输出的直流电压可满足测量要求E. 无弹性丝线若干根F. 导线，开关若干G. 刻度尺1把H. 测力计1个I.