xx届高考物理第一轮机械振动与机械波复习学案

1 / 9 XX 届高考物理第一轮机械振动与机械波复习学案 本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址 第十四章机械振动与机械波 1.本章主要描述的是机械振动的公式和图象，波的图象，波长，频率，波速关系。 2.高考中以选择题形式考查为主，考查对基础知识的掌握与理解。复习时要真正搞懂振动与波的关系及两个图象的物理意义，明确振动与波的关系，注意其空间和时间上的周期性。 第一课时简谐振动和图象 【教学要求】 1会用简谐运动的公式和图象描述简谐运动 2掌握简谐运 动各物理量的变化规律 【知识再现】 一机械振动 1定义：物体（或物体的一部分）在某一中心位置附近所做的往复运动 2回复力：使振动物体返回平衡位置的力 回复力是以命名的力，时刻指向 2 / 9 回复力可能是几个力的合力，可能是某一个力，还可能是某一个力的分力因而回复力不一定等于物体的合外力 3平衡位置：振动过程中回复力为零的位置 二简谐运动 1定义：物体在跟成正比，并且总是指向的回复力作用下的振动 2简谐运动的特征 受力特征：回复力满足 F= 运动特征：加速度 工能力 3表达式： x=Asin(t+), 其中表示初相 ,表示相位。 4描述简谐运动的物理 位移：由指向振动质点所在位置的有向线段，它是量 振幅：振动物体离开平衡位置的，它是量 周期 T 和频率 f：物体完成所需的时间叫周期，单位时间内完成的次数叫频率，二者的关系。 知识点一简谐振动的平衡位置 平衡位置的特点： (1)平衡位置的回复力为零； (2)平衡位置不一定是合力为零的位置，如单摆当摆球运动到平衡位置时受力是不平衡； (3)同一振子在不同振动系统中平衡位置不一定相同：如 弹3 / 9 簧振子水平放在光滑静止地面上的平衡位置，弹簧的平衡位置处于原长，在竖直方向的弹簧振子，平衡位置是其弹力等于重力的位置 【应用 1】简谐运动的平衡位置是指（） A.速度为零的位置 B.回复力为零的位置 c.加速度为零的位置 D.位移最大的位置 知识点二简谐运动的周期性和对称性 简谐运动的特点 1动力学特点： F=-kx，负号表示回复力方向跟位移方向相反， k 表示回复力系数。 2.运动学特征：简谐运动是变加速运动，运动物体的位移、速度、加速度的变化具有周期性和对称性 (1)位移：振动物体的 位移是物体相对平衡位置的位移；它总是由平衡位置指向物体所在位置的有向线段。 注意：区分振动物体的某时刻的位移跟某段时间内的位移，两者 “ 起始点 ” 的意义不同 (2)速度：简谐运动是变加速运动物体经平衡位置时速度最大，物体在最大位移处时速度为零，且物体的速度在最大位移处改变方向 (3)加速度：由力与加速度的瞬时对应关系可知，加速度与回复力的变化步调相同，即物体处在最大位移处时加速度最大，物体处于平衡位里时加速度最小（为零）物体经平衡4 / 9 位里时，加速度方向发生变化 【应用 2】一弹簧振子做简谐运动周期 为 T，下列说法正确的有（） A若 t 时刻和（ t+t ）时刻振子运动速度的大小相等、方向相反，则 t 一定等于 T/2的整数倍 B若 t 时刻和（ t+t ）时刻振子运动位移的大小相等、方向相同，则 t 一定等于 T 的整数倍 c若 t T 2，则在 t 时刻和（ t t ）时刻弹簧的长度一定相等 D若 t T，则在 t 时刻和（ t+t ）时刻振子运动的加速度一定相同 导示 :若 t T 2 或 t nT T/2，（ n 1， 2， 3），则在 t 和（ t t ）两时刻振子必在关于干衡位置对称的两位置（包括平衡位置），这两时 刻振子的位移、回复力、加速度、速度等均大小相等，方向相反。但在这两时刻弹簧的长度并不一定相等（只有当振子在这两时刻均在平衡位置时，弹簧长度才相等）反过来若在 t 和（ t+t ），两时刻振子的位移（回复力、加速度）和速度（动量）均大小相等，方向相反，则 t 一定等于 t T 2 的奇数倍。如果仅仅是振子的速度在 t 和（ t t ），两时刻大小相等方向相反，那么不能得出 t 与 T/2的关系，根据以上分析 A、c 选项均错 5 / 9 若 t 和（ t t ）时刻，振子的位移（回复力、加速度）、速度（动量）等均相同，则 t nT（ n 1， 2， 3 ），但仅仅根据两时刻振子的位移相同，不能得出 t nT所以 B这项错， D 选项正确。 （ 1）简谐运动的物体经过 1 个或 n 个周期后，能回复到原来的状态，各物理量均又相同因此，在解题时要注意到多解的可能性或需要写出解答结果的通式 （ 2）在关于平衡位置对称的两个位置，动能、势能对应相等，回复力、加速度大小相等，方向相反；速度大小相等，方向可相同，也可相反，以及运动时间的对称性。 知识点三简谐运动的图象 1物理意义 表示振动物体偏离平衡位置的位移 x 随时间 t 的变化规律 注意：振动图象不是质点的运动轨迹 2.图象的特点 简谐运动的图象是正弦（或余弦）曲线 3.振动图象的应用 (1)可直观地读取振幅 A、周期 T 及各时刻的位移 x 及各时刻振动速度方向 (2)判定回复力、加速度方向（总指向时间轴） (3)判定某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况 6 / 9 (4)某段时间内振子的路程 类型一简谐振动的证明问题 【例 1】证明竖直方向的弹簧振子所做的运动是简谐振动。 导示 :设物体的重为 G，弹簧的劲度系数为 k，物体处于平衡位置时弹簧的伸长 量为 l1，则 G=kl1 当物体偏离平衡位置的位移为 l 时，弹簧的伸长量为 l2，则 l=l2-l1 取竖直向下为正，此时弹簧振子的回复力为 F 回 =G-kl2=kl1-kl2=-kl 所以，竖直方向的弹簧振子所做的运动是简谐振动。 判断某振动是否属于简谐运动，关键在于受力分析先找出回复力的来源，然后取平衡位置为坐标原点，并规定正方向，得出回复力的表达式；再对照判别式 F=一 kx 作出判断在判断时要注意，回复力是指振动物体在振动方向上的合外力。 类型二振动的表达式及相位考查 【例 2】物体沿 x 轴做简谐运动 ，振幅为 8cm，频率为 0 5Hz，在 t=0 时，位移是 4cm，且向 x 轴负方向运动，试写出用正弦函数表示的振动方程。 导示 :A=， =2f=Hz ，所以 x=(t+ ）（ m），将 t=0时x代入得 = ，初相 =/6 或 5/6 ，因为 t=0 时速度方7 / 9 向沿 x 轴负方向，即位移在减小，所以取 =5/6 。 所以振动方程 x=0 08sin(t+5/6)(m) 同一振动用不同函数表示时，相位不同，而且相位 t+是随时间 t 变化的一个变量。 类型三简谐振动的图象问题 【例 3】（山东省沂源一中 08高三物理检测试题 ）劲度系数为 20N cm的弹簧振子，它的振动图象如图所示，在 A图中 A 点对应的时刻，振子所受的弹力大小为 0 5N，方向指向 x 轴的负方向 B图中 A 点对应的时刻，振子的速度方向指向 x 轴的正方向 c在 0 4s内振子作了 1 75次全振动 D在 0 4s内振子通过的路程为 3cm，位移为 0 导示 :由图可知 A 在 t 轴上方，位移 x 0 25cm，所以弹力F kx 5N，即弹力大小为 5N，方向指向 x 轴负方向，选项 A 不正确；由图可知过 A 点作图线的切线，切线斜率为正值，即振子的速度方向指向 x 轴的正方向，选项 B 正 确由图可看出，振子振动 T=2s，在 0 4s内完成两次全振动，选项 c 错误同理在 0 4s内振子的位移为零，又 A=0 5cm，所以在这段时间内振子通过的路程为 240 50cm 4cm，故选项 D 错误 综上所述，该题的正确选项为 B 8 / 9 1一质点做简谐运动的图象如图所示，该质点在 t=时刻（） A速度为正、加速度为正 B速度为负、加速度为负 c速度为负、加速度为正 D速度为正、加速度为负 2 (XX年苏锡常镇四市一模 )一个作简谐运动的物体，位移随时间的变化规律 x=Asint ，在 1/4 周期内通过的路程可能是 () A小于 AB等于 A c等于 2AD等于 3一个做简谐运动的物体连续通过某一位置的时间间隔为1s，紧接着再经过到达平衡位置，则简谐运动的周期为（） A 4如下图所示的简谐运动图象中，在 t1 和 t2 时刻，运动质点相同的量为（） A加速度 B位移 c速度 D回复力 5水平放置作简谐运动的弹簧振子，质量为 m，振动过程中的最大速率为 v，下列正确的有（ Bc） 9 / 9 A任半个周期内，弹力做的功可能是 0 mv2/2之间的某个值 B任半 个周期内，弹力做的功一定为零 c任半个周期内，速度的变化量大小可能为 0 2v 间的某个值