新人教版第7章第1讲机械振动课件（63张）

第七章机械振动与机械波课程标准1.通过实验，认识简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动。2．通过实验，探究单摆的周期与摆长的定量关系。知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。会用单摆测定重力加速度的大小。3．通过实验，认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件以及共振技术的应用。4．通过观察，认识波的特征。能区别横波和纵波。能用图像描述横波，理解波速、波长和频率的关系。5．通过实验，认识波的反射、折射、干涉及衍射现象。6．通过实验，认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。能列举多普勒效应的应用实例。命题热点(1)简谐运动的规律。(2)机械波的形成与传播。(3)波的图像、振动图像的应用。课程标准命题热点备考策略本章内容多以振动图像和波动图像为载体，综合考查机械振动和机械波。内容主要包括简谐运动的成因、图像和振动规律，波的形成、传播及图像。对于波的干涉、衍射、多普勒效应等机械波的特性问题也偶有涉及。从趋势上看，考生要对关于波的传播的多解性与不确定性问题加以重视。特别注意以下两点：1．理解波动图像和振动图像的相互转化，根据振动图像判断振动方向，根据波动图像确定波的传播方向、传播时间等。2．掌握结合简谐运动图像及波的图像考查波的传播的多解问题和波的叠加问题。第1讲机械振动知识梳理·双基自测核心考点·重点突破2年高考·1年模拟知识梳理·双基自测知识点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，质点的振动图像(x－t图像)是一条____________。2．平衡位置：

正弦函数正弦曲线(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：物理量定义意义位移(x)由____________指向质点____________的有向线段描述质点振动中某时刻的位置相对于____________的位移振幅(A)振动物体离开平衡位置的____________描述振动的______和能量周期(T)振动物体完成一次_________所需时间描述振动的______，两者互为倒数：T＝___。频率(f)振动物体____________内完成全振动的次数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知识点2简谐运动的表达式和图像1．简谐运动的表达式(1)动力学表达式：F＝______，其中“－”表示回复力方向与位移的方向相反。(2)运动学表达式：x＝_______________，其中A代表振幅，ω＝2πf表示简谐运动的快慢。－kxAsin(ωt＋φ)2．简谐运动的图像(1)从____________开始计时，函数表达式为x＝Asinωt，图像如图甲所示。(2)从_____________________开始计时，函数表达式为x＝Acosωt，图像如图乙所示。平衡位置正向最大位移处知识点3单摆、周期公式简谐运动的两种模型的比较模型弹簧振子单摆简谐运动条件(1)弹簧质量可忽略(2)无摩擦和____________(3)在弹簧弹性限度内(1)摆线为不可伸缩的轻细线(2)无空气阻力(3)最大摆角小于5°回复力弹簧的______提供摆球______沿与摆线垂直方向的分力平衡位置弹簧处于______处______点周期与______无关T＝_________能量转化弹性势能与动能的相互转化，_________守恒重力势能与动能的相互转化，_________守恒空气阻力弹力重力原长最低振幅机械能机械能知识点4受迫振动和共振自由振动、受迫振动和共振的比较

振动类型比较项目自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力周期性_________作用周期性_________作用驱动力驱动力

振动类型比较项目自由振动受迫振动共振振动周期或频率由系统_________决定，即固有周期或固有频率由驱动力的周期或频率决定，即T＝_____或f＝_______T驱＝_____或f驱＝_____振动能量振动物体的机械能______由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量______本身性质T驱f驱T固f固不变最大一、堵点疏通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．简谐运动的图像描述的是振动质点的轨迹。(

)×√××√×√×二、对点激活1．(2023·湖北武汉高三阶段练习)某简谐运动的振动图像如图所示，a、b、c、d是曲线上的四个点。下列选项中，表示振子动能最大的是(

)A.a

B.b

C.c

D.d[解析]振子在平衡位置速度最大、动能最大，C正确。C2．(2023·全国高三专题练习)在实验室可以做“声波碎杯”的实验，用手指轻弹一只玻璃酒杯，可以听到清脆的声音，测得这声音的频率为500Hz。将这只酒杯放在一个大功率的声波发生器前，操作人员通过调整其发出的声波，就能使酒杯碎掉。下列说法中正确的是(

)A．操作人员必须把声波发生器输出的功率调到很大B．操作人员必须使声波发生器发出频率很高的超声波C．操作人员必须同时增大声波发生器发出声波的频率和功率D．操作人员必须将声波发生器发出的声波频率调到500Hz，且适当增大其输出功率D[解析]由题可知用手指轻弹一只酒杯，测得这声音的频率为500Hz，就是酒杯的固有频率。当物体发生共振时，物体振动的振幅最大，甚至可能造成物体解体。将这只酒杯放在一个大功率的声波发生器前，操作人员通过调整其发出的声波，将酒杯碎掉是利用的共振现象，而发生共振的条件是驱动力的频率等于物体的固有频率，而酒杯的固有频率为500Hz，故操作人员要将声波发生器发出的声波频率调到500Hz，使酒杯产生共振，从而能将酒杯碎掉。D正确。3．(2023·辽宁高三模拟)在一些古典家居装饰中，会看到大摆钟。某大摆钟如图甲所示，可看成单摆，摆的振动图像如图乙所示，则大摆钟的摆长约为(

)A．0.64m B.1.28mC．1.5m D.2.25mD核心考点·重点突破考点一简谐运动的基本特征及应用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。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。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。(多选)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，则弹簧振子的周期不可能为()A．0.53s B.1.4sC．1.6s D.2s例1BD分析简谐运动的技巧名师点拨(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。(2)分析简谐运动的过程时，要特别注意其周期性和对称性。〔变式训练1〕

(2023·河北唐山模拟)如图所示，一轻弹簧上端与质量为m的物体A相连，下端与地面上质量为2m的物体B相连，开始时A和B均处于静止状态，现对A施加一向上的恒力F而使A从静止开始向上运动，弹簧始终处在弹性限度以内，重力加速度取g。为了保证运动中B始终不离开地面，则F最大不超过(

)B考点二简谐运动的图像1．图像特征(1)简谐运动的图像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)图像反映的是位移随时间的变化规律，随时间的增加而延伸，图像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。2．图像信息(1)由图像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。①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像上总是指向t轴。②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，若位移为正时，下一时刻位移大小增大，速度方向沿x轴正方向；位移减小，速度方向沿x轴负方向。若位移为负时，下一时刻位移大小增大，速度方向沿x轴负方向；位移减小，速度方向沿x轴正方向。(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。(2023·武汉高三模拟)如图所示为某质点做简谐运动的图像，若t＝0时，质点正经过O点向b运动，则下列说法正确的是(

)A．质点在0.7s时，正在远离平衡位置运动B．质点在1.5s时的位移最大C．～1.6s，质点的位移在增大D．～1.8s，质点的位移在增大例2B[解析]根据图像可知，质点在0.7s时的位移方向向右，且向平衡位置运动，A错误；质点在1.5s时达到负向最大位移，也就是运动到最左的位置，位移最大，B正确；～1.6s，质点的位移方向向左，其中在1.5s时质点的位移达到负向最大位移，也就是运动到最左的位置，则质点在～1.5s远离平衡位置运动，在～1.6s向平衡位置运动，质点的位移先增大后减小，C错误；～1.8s，质点的位移方向向左，且质点一直向平衡位置运动，位移减小，D错误。〔变式训练2〕

(2022·天津河西一模)如图所示，为一个水平弹簧振子的振动图像，下列说法不正确的是(

)A．t＝1s到t＝2s内，弹簧振子的动能不断减小C．t＝3s时，弹簧振子的加速度沿x轴负方向D．t＝0到t＝10s弹簧振子的路程为100cmA考点三受迫震动和共振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。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。(2023·湖南高三模拟)飞力士棒(Flexi－bar)是德国物理治疗师发明的一种康复器材，它由一根PVC软杆、两端的负重头和中间的握柄组成，棒的固有频率为4.5Hz，如图所示。下列说法正确的是(

)A．用力越大，棒振动的越快B．增大手驱动的频率，棒的振幅一定变大C．增大手驱动的频率，棒的振动频率可能减小D．双手驱动该棒每分钟振动270次，则棒的振幅最大例3D〔变式训练3〕

(2023·陕西高三专题练习)共振筛示意图如图所示，共振筛振动的固有频率为5Hz，为使共振筛发生共振，使其工作效率达到最高，则偏心轮的转速为(

)A．5r/s B.10r/sC．0.2r/s D.300r/sA考点四单摆及其周期公式2．等效摆长及等效重力加速度(1)l′——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＋Lcosα。乙图中小球(可看作质点)在半径为R的光滑圆槽中靠近A点的附近振动，其等效摆长为l′＝R。②单摆处于超重或失重状态下的等效重力加速度分别为g′＝g＋a和g′＝g－a，a为超重或失重时单摆系统整体竖直向上或竖直向下的加速度大小。单摆在斜面上加速运动时，等效重力加速度可用摆球相对于摆动圆弧的圆心静止时，摆线或圆弧轨道对摆球作用力可产生的加速度。(2023·山西高三月考)某同学将一根不可伸长的轻绳一端系上摆球，另一端系在力传感器上，测得轻绳的拉力大小F随时间t变化的图像如图所示，若已经测得摆长为L，摆