2024届高考物理总复习第五编：机械振动课件

第十二章|机械振动机械波第1讲机械振动一、简谐运动1．简谐运动(1)简谐运动的定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x-t图像)是一条__________，这样的振动就是简谐运动。(2)平衡位置：物体在振动过程中________为零的位置。正弦曲线回复力(3)回复力定义质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成______，并且总是指向___________表达式F＝_______来源是________，不是性质力；可以由某一个力提供，也可以由几个力的______或某个力的_______提供平衡位置正比－kx效果力合力分力2．两种模型(1)弹簧振子

①水平方向：如图甲所示，回复力由弹簧的弹力提供。

②竖直方向：如图乙所示，回复力由重力和弹簧弹力的合力提供。

(2)单摆：

如图所示，在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，

如果细线的长度不可改变，细线的质量与小球相比可以忽略，球的直

径比摆线短得多，这样的装置叫作单摆。二、简谐运动的公式和图像1．表达式2．振动图像(1)从__________开始计时，振动表达式为x＝Asinωt，图像如图甲所示。(2)从__________处开始计时，振动表达式为x＝Acosωt，图像如图乙所示。动力学表达式F＝______，其中“－”表示回复力与位移的方向相反运动学表达式x＝____________，其中A代表振幅，ω＝2πf代表简谐运动振动的快慢，ωt＋φ0代表简谐运动的相位，φ0叫作______。－kx初相平衡位置最大位移Asin(ωt＋φ0)三、受迫振动和共振1．受迫振动2．共振(1)

定义：做受迫振动的物体受到的驱动力的频率与其固有频率越接

近，其振幅就_____，当二者_____时，振幅达到最大，这就是共

振现象。(2)共振曲线：如图所示。定义系统在周期性_______作用下的振动特点物体做受迫振动的周期(或频率)等于________的周期(或频率)，与物体的固有周期(或频率)______驱动力驱动力无关越大相等微点判断

(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。

()×√××√×√

(一)简谐运动的规律及应用考法(一)简谐运动的规律续表[多维训练]1．[简谐运动的理解]关于简谐运动以及完成一次全振动的意义，以下说法正确的是

(

)A．位移的方向总跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同B．动能或势能第一次恢复为原来的大小所经历的过程为一次全振动C．速度和加速度第一次同时恢复为原来的大小和方向所经历的过程为一次全振动D．物体运动方向指向平衡位置时，速度的方向与位移的方向相同；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相反解析：回复力与位移方向相反，故加速度和位移方向相反，但速度与位移方向可以相同，也可以相反，物体运动方向指向平衡位置时，速度的方向与位移的方向相反，背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同，A、D错误；一次全振动过程中，动能和势能可以多次恢复为原来的大小，B错误；速度和加速度第一次同时恢复为原来的大小和方向所经历的过程为一次全振动，C正确。答案：C答案：B考法(二)简谐运动的两种模型续表[多维训练]3．[弹簧振子模型](多选)弹簧振子做简谐运动，O为平衡位置，从它经过O点时开始计时，经过0.3s第一次到达点M，再经过0.2s第二次到达点M，则弹簧振子的周期可能为

(

)A．0.53sB．1.4sC．1.6s D．2s答案：AC

答案：D(二)简谐运动图像的理解及应用1．对简谐运动图像的两点认识(1)简谐运动的图像是一条正弦或余弦曲线，如图所示。(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。2．由图像可获取的五个信息(1)判定振动的振幅A和周期T。(如图所示)(2)判定振动物体在某一时刻的位移。(3)判定某时刻质点的振动方向：①下一时刻位移若增加，质点的振动方向是远离平衡位置；②下一时刻位移若减小，质点的振动方向是指向平衡位置。(4)判定某时刻质点的加速度(回复力)的大小和方向。(5)比较不同时刻质点的势能和动能的大小。质点的位移越大，它所具有的势能越大，动能则越小。

[多维训练]1．[对简谐运动图像的理解](2023·浙江1月选考)

主动降噪耳机能收集周围环境中的噪声信号，并产生相应的抵消声波。某一噪声信号传到耳膜的振动图像如图所示，取得最好降噪效果的抵消声波(声音在空气中的传播速度为340m/s) (

)A．振幅为2AB．频率为100HzC．波长应为1.7m的奇数倍D．在耳膜中产生的振动与图中所示的振动同相答案：B

2．[两个简谐运动图像的对比]如图是质量相等的甲、乙两个物体分别做简谐运动时的图像，下列说法错误的是

(

)A．甲、乙两物体的振幅分别是2m和1mB．甲的振动频率比乙的大C．前2s内，两物体的加速度均为负值D．第2s末，甲的速度最大，乙的加速度最大解析：由题图知，甲、乙两物体的振幅分别为2cm和1cm，A错误；8s内甲完成2次全振动，乙完成1次全振动，甲的振动频率比乙的大，B正确；前2s内，甲、乙的位移均为正，所以加速度均为负值，C正确；第2s末甲在平衡位置，速度最大，乙在最大位移处，加速度最大，D正确。答案：A

答案：A

(三)受迫振动和共振1．三种振动的比较2．对共振的理解(1)共振曲线

如图所示，横坐标为驱动力的频率f，纵坐标为振幅A。它直观地

反映了驱动力的频率对某固有频率为f0的振动系统做受迫振动时

振幅的影响，由图可知，f与f0越接近，振幅A越大；当f＝f0时，

振幅A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。[多维训练]1．[受迫振动的理解]如图所示，曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动。开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2Hz。现匀速转动摇把，转速为240r/min。则

(

)A．当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5sB．当振子稳定振动时，它的振动频率是6HzC．当转速增大时，弹簧振子的振幅增大D．当转速减小时，弹簧振子的振幅增大答案：D

2．[受迫振动和共振的理解]如图所示，在一条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、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

(

)A．C摆的频率最小

B．D摆的周期最大C．B摆的振幅最大

D．B、C、D的振幅相同解析：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摆的频率相同，故B摆发生共振，振幅最大，故C正确，D错误。答案：C

3．[单摆的共振曲线的理解]如图所示为两单摆分别在受迫振动中的共振曲线，则下列说法错误的是

(

)A．若两摆的受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相同，

则图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线B．若两摆的受迫振动是在地球上同一地点进行，则两摆摆长之比LⅠ∶LⅡ＝25∶4C．图线Ⅱ若表示在地面上完成的，则该单摆摆长约为1mD．若摆长均为1m，则图线Ⅰ表示在地面上完成的答案：D4．[共振现象的应用](2021·浙江1月选考)(多选)为了提高松树上

松