2011届高考物理一轮复习1机械振动全程课件课件新人教版选修.ppt

温故自查查 1定义义：物体(或物体的一部分)在某一 中心位置附近做 运动动称为为机械振动动 2振动产动产 生的条件 (1)物体偏离平衡位置后要受到 的作 用 (2)阻力足够够小 往复 回复力 3回复力 使振动动物体 的力 回复力是按来命名的力，它可以是重力 在某方向的分力，可以是弹弹力，也可以 是振动动物体所受的几个实际实际 力的合力 4振动动的特点 (1)存在某一中心位置 (2)往复运动动 5平衡位置：是振动动物体所受 等 于零的位置 回到平衡位置 效果 回复力 考点精析 关于平衡位置需认清的几个问题： (1)平衡位置是回复力为零的位置 (2)平衡位置不一定是合力为零的位置， 单摆当摆球运动到平衡位置时受力是不平 衡的；处在加速上升电梯里的单摆停止摆 动仍存在向上的加速度，受力是不平衡的 (3)不同振动动系统统平衡位置不同：弹弹簧振 子处处于平衡位置时时，弹弹簧不一定处处于原 长长，比如在竖竖直方向的弹弹簧振子，平衡 位置是其弹弹力等于重力的位置；而单摆单摆 的平衡位置也不一定是在竖竖直的最低点 ，如在水平匀强电场电场 和重力场场共同作用 的单摆单摆 ，平衡位置在电场电场 力与重力的合 力方向上. 温故自查查 1定义义：物体在跟位移大小成，并且 总总是指向 的回复力作用下的振 动动 2描述的物理量 (1)位移(x)：由 位置指向振动质动质 点所在处处的有向线线段，其最大值值等于振 幅 (2)振幅(A)：振动动物体离开 位置的最 大距离，等于振动动位移的最大值值它反 映了振动动的 振幅是标标量 正比 平衡位置 平衡 平衡 强弱 (3)周期(T)和频频率(f)：描述振动动的物理 量其大小由振动动系统统本身的性质质决定 ，所以又叫固有周期和固有频频率 二者关系： 快慢 考点精析 简谐运动的五个特征： (1)动力学特征：Fkx，“”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 Fkx是判定一个物体是否做简谐运动 的依据 (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)运动动的周期性特征：相隔T或nT的两 个时时刻振子处处于同一位置且振动动状态态相 同 (4)对对称性特征： 相隔T/2或(2n1)T/2(n为为正整数)的两 个时时刻，振子位置关于平衡位置对对称 位移、速度、加速度大小相等，方向相反 质质点在距平衡位置等距离的两个点上 具有相等大小的速度、加速度，在平衡位 置左右相等距离上运动时间动时间 也是相同的 (5)能量特征：振动动的能量包括动动能和势势 能，简谐简谐 运动过动过 程中，系统动统动 能EK与势势 能EP相互转转化，系统统的机械能守恒. 温故自查查 1物理意义义：表示振动动物体的位移随 变变化的规规律注意振动图动图 象不是质质点的 轨轨迹 2特点：只有简谐简谐 运动动的图图象才是正弦 (或余弦)曲线线 3作图图：以横轴轴表示时间时间 ，纵轴纵轴 表示 位移，用平滑曲线连线连 接各时时刻对应对应 的位 移末端即可如图图所示 时间 运动 考点精析 应用简谐运动的图象可以获得的信息： 1振幅A、周期T(注意单位) 2某一时刻振动质点离开平衡位置的位 移 3某时刻质点的回复力、加速度和速度 的方向 判定方法： 因回复力总总是指向平衡位置，故回复力 和加速度在图图象上总总是指向t轴轴 速度方向可以通过过下一时时刻位移的变变化 来判定，下一时时刻位移如增加，振动质动质 点的速度方向就是远远离t轴轴下一时时刻位 移如减小，振动质动质 点的速度方向就是指 向t轴轴 4某段时间时间 内质质点的位移、回复力、加 速度、速度、动动能、势势能的变变化情况. 温故自查查 1用细线悬细线悬 挂一小球，上端固定，如果 悬悬挂小球的细线细线 的形变变和质质量可以忽略 ，线长线长 又比球的直径大得多，这样这样 的装 置叫做单摆单摆 单摆单摆 是实际摆实际摆 的 的物理模型 2回复力为摆为摆 球重力沿 方向的 分力，单摆单摆 做简谐简谐 振动动的条件是最大摆摆 角. 3周期公式T2 ；单摆单摆 的等时时性 是指周期与 无关 理想化 圆弧切线 小于10 振幅 考点精析 单摆周期公式T2 的理解 1公式成立的条件是单摆单摆 的摆摆角必须须小 于10. 2单摆单摆 的振动动周期在振幅较较小的条件下 ，与单摆单摆 的振幅无关，与摆摆球的质质量也 无关 3周期公式中摆长为摆长为 l：摆长摆长 l是指摆动摆动 圆圆弧的圆圆心到摆摆球重心的距离，而不一 定为摆线为摆线 的长长 4单摆单摆 周期公式中的g. (1)只受重力和绳绳拉力，且悬悬点静止或匀 速直线线运动动的单摆单摆 ，g为为当地重力加速 度，在地球上不同位置g的取值值不同，不 同星球表面g值值也不相同 (2)单摆处单摆处 于超重或失重状态态等效重力加 速度gg0a，如在轨轨道上运动动的卫卫星a g0，完全失重，等效g0. (3)含有其它作用力的单摆单摆 的周期 若该该作用力对单摆对单摆 的回复力没有影响 ，则则周期仍然不变变如悬悬点处处有带带正电电 的点电电荷，而摆摆球带带正电电，此时库仑时库仑 力 沿摆线摆线 方向，不影响回复力，周期与不 带电时带电时 一样样 如该该作用力为为一恒力，等效g的取值为值为 单摆单摆 不摆动时摆动时 ，摆线摆线 的拉力F与摆摆球质质 量的比值值，即等效gF/m. 温故自查查 1简谐简谐 运动动的能量与振幅有关，振幅越 大，能量 越大 2受迫振动动和共振 (1)受迫振动动：物体在周期性 作用下 的振动动叫受迫振动动，做受迫振动动的物体 ，它的周期或频频率等于 的周期或频频 率，而与物体的 或固有频频率无关 (2)共振：做受迫振动动的物体，它的固有 频频率与 的频频率越接近，其振幅就越 大，当二者相等时时，振幅达到，这这就 是共振现现象 驱动力 驱动力 固有周期 驱 动力 最大 考点精析 1机械振动的分类 (1)按受不受驱动驱动 力分类类 自由振动动：开始给给振动动系统统一定的能 量，使其振动动起来，以后振子自由运动动 ，不再受其他力的作用自由振动动的周 期(或频频率)等于它的固有周期(或频频率) 受迫振动动：物体在周期性驱动驱动 力作用 下的振动动，受迫振动动的周期(或频频率)等于 驱动驱动 力周期(或频频率)，与物体的固有周期 (或频频率)无关 (2)按振幅的变变化分类类 无阻尼振动动：振动动系统统的总总能量不变变( 可以适当补补充能量)，振幅不变变的振动动， 无阻尼自由振动动是一种理想化的振动动 阻尼振动动：振动动系统统的总总能量逐渐渐减 少，振幅逐渐渐减小的振动动 2共振(一种特殊的受迫振动) 条件 当驱动驱动 力的频频率(或周期)跟物体的固有频频 率(或周期)相等时时 现现象振幅A最大 共振 曲线线 坐标轴标轴 的意义义 横坐标标：表示驱动驱动 力的频频率 纵纵坐标标：表示物体做受迫振动动的振幅 利用与 防止 利用：使驱动驱动 力频频率接近或等于固有频频率 防止：使驱动驱动 力的频频率远远离固有频频率 命题规律 根据简谐运动的特征，确定回 复力的大小或加速度、位移等物理量 考例1 如图图所示，A、B叠放在光滑水 平地面上，B与自由长长度为为L0的轻弹轻弹 簧 相连连，当系统统振动时动时 ，A、B始终终无相 对对滑动动，已知mA3m，mBm，当振 子距平衡位置的位移x 时时，系统统的 加速度为为a，求A、B间间摩擦力Ff与位移x 的函数关系 解析 设弹簧的劲度系数为k，以A、B 整体为研究对象，系统在水平方向上做简 谐运动，其中弹簧的弹力作为系统的回复 力，所以对系统运动到距平衡位置 时 ， 当系统的位移为x时，A、B间的静摩擦力 为Ff，此时A、B具有共同加速度a，对 系统有kx(mAmB)a， 若物体做简谐简谐 运动动，则则下列说说法中正确 的是( ) A若位移为负值为负值 ，则则速度一定为为正值值 ，加速度也一定为为正值值 B物体通过过平衡位置时时，所受合力为为 零，回复力为为零，处处于平衡状态态 C物体每次通过过同一位置时时，其速度不 一定相同，但加速度一定相同 D物体的位移增大时时，动动能增加，势势 能减少 解析 可借助于弹簧振子和单摆这两个 做简谐运动的模型来研究如下图所示， 选水平向右为正方向，振子位于点P时， 位移为负值，速度可正可负，加速度方向 与回复力同向，一定为正值，选项A错误 ；物体通过平衡位置时，F回0，但合力 不一定为零，如单摆摆球通过平衡位置时 ，沿悬线方向有加速度，F合0，选项B 错误；物体通过同一位置时，速度方向有 两种可能，故速度不一定相同，但位移相 同，由牛顿第二定律知，加速度一定相同 ，选项C正确；做简谐运动的物体机械能 守恒，其位移增大时，势能增加，动能减 少，选项D错误 答案 C 命题规律 根据简谐运动的周期性和对称 性，确定经过一段时间后，物体的速度、 位移、动能、势能的变化情况，或求物体 运动的周期或振幅 考例2 一弹弹簧振子做简谐简谐 运动动，其振 动图动图 像如图图所示，那么在 (t是微小的时间时间 )两时时刻，振子的： 速度相同；加速度相同；相对对平 衡位置的位移相同；振动动的能量相同 以上叙述中正确的是 ( ) A B C D 解析 在时刻，振子正在沿x负 方向向平衡位置运动，加速度沿x负方向 指向平衡位置，位移为正， 时刻 ，振子正沿x负方向远离平衡位置运动， 加速度沿x正方向指向平衡位置，位移为 负，根据对称性，两个时刻速度相同简谐 振动的机械能守恒，因此两个时刻的能量 相同 答案 D (2009天津)某质质点做简谐简谐 运动动，其位移 随时间变时间变 化的关系式为为x 则质则质 点( ) A第1s末与第3s末的位移相同 B第1s末与第3s末的速度相同 C3s末至5s末的位移方向都相同 D3s末至5s末的速度方向都相同 解析 本题主要考查简谐运动的规律 由x 可得t1s时位移为x1 ，t3s时，x2 ，故A正确，第1s 末与第3s末的速度大小相等方向相反，B 错由w 知：周期T8s，由此可 知3s末与5s末的位移方向相反，C错， 3s末与5s末速度方向相同，D正确，正确 答案AD. 答案 AD 命题规律 (1)根据单摆的特点及周期公 式，确定摆长、周期、等效加速度、小球 的运动状态或受力情况(2)根据单摆的 周期性特点，确定有关运动的多解性 考例3 光滑斜面倾倾角为为，斜面上有一 辆辆挂有单摆单摆 的小车车，如图图所示，在小车车 下滑过过程中单摆单摆 同时摆动时摆动 ，已知摆长为摆长为 L，求单摆单摆 的振动动周期 解析 单摆处于失重状态，当单摆与小 车相对静止加速下滑时，悬线拉力为F mgcos，故单摆做简谐运动时的等效加 速度ggcos，如图所示，故振动周期 T. 总结评述 摆摆球处处于失重状态时态时 ，g减 小，T增大，若处处于完全失重状态态，则则g 为为零，故周期趋趋于无穷穷大实际实际 上单摆单摆 不会做简谐简谐 运动动 如右图图所示，ACB为为光滑弧形槽，弧形 槽半径为为R，R .甲球从弧形槽的球 心处处自由落下，乙球从A点由静止释释放， 问问两球第一次到达C点的时间时间 之比 解析 甲球做自由落体运动 乙球沿圆弧做简谐运动(由于 R，所 以5)，此振动与一个摆长为R的单摆 振动模型相同，故此等效摆长为R，因此 第一次到达C处的时间为 命题规律 根据受迫振动的特点和产生共 振的条件判断物体的振动情况 考例4 如图图所示是一个单摆单摆 做受迫振 动时动时 的共振曲线线，表示振幅A与驱动驱动 力 的频频率f的关系，下列说说法正确的是 ( ) A摆长约为摆长约为 10cm B摆长约为摆长约为 1m C若增大摆长摆长 ，共振曲线线的“峰”将向 右移动动 D若增大摆长摆长 ，共振曲线线的“峰”将向 左移动动 解析 由单摆做受迫振动时的共振曲线 可知，当单摆发生共振时，因有频率等于 驱动力的频率，即固有频率为0.5Hz，因 而固有周期为2s，由单摆的周期公式可 知，此单摆的摆长约为1m，B正确；若 增大摆长