（鲁京津琼）2020版高考物理总复习第十三章振动与波光电磁波与相对论第1讲机械振动课件.pptx

高考导航,第1讲 机械振动,知识排查,简谐运动 单摆、单摆的周期公式,平衡位置,回复力,一一,简谐运动的两种模型,弹力,重力,原长,加速度,固有频率,固有频率,最大,小题速练,(1)简谐运动是匀变速运动。( ) (2)振幅就是简谐运动物体的位移。( ) (3)简谐运动的回复力是恒力。( ) (4)做简谐运动的质点先后通过同一点，回复力、速度、加速度、位移都是相同的。( ) (5)简谐运动的图象描述的是振动质点的轨迹。( ) (6)物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关。( ),1.思考判断,答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6),A.在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比 B.弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变 C.在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单摆做简谐振动的周期越小 D.系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率,2.(多选)下列说法正确的是( ),答案 ABD,图1,3.(多选)如图1所示，A球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动，振动达到稳定时，下列说法中正确的是( ),A.只有A、C的振动周期相等 B.C的振幅比B的振幅小 C.C的振幅比B的振幅大 D.A、B、C的振动周期相等,解析 由题意知，A做自由振动，其振动周期就等于其固有周期，而B、C在A产生的驱动力作用下做受迫振动，受迫振动的周期等于驱动力的周期，即等于A的固有周期，所以三个单摆的振动周期相等。由于C、A的摆长相等，则C的固有周期与驱动力周期相等，产生共振，其振幅比B摆大，所以选项C、D正确，A、B错误。,答案 CD,简谐运动的规律,简谐运动的规律五个特征 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。 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.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。,图2,4.对称性特征,(2)如图2所示，振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P(OPOP)时，速度的大小、动能、势能相等，相对于平衡位置的位移大小相等。 (3)振子由P到O所用时间等于由O到P所用时间，即tPOtOP。 (4)振子往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等，即tOPtPO。,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。,A.h1.7 m B.简谐运动的周期是0.8 s C.0.6 s内物块运动的路程是0.2 m D.t0.4 s时，物块与小球运动方向相反,【例1】 (多选)如图3所示，轻弹簧上端固定，下端连接一小物块，物块沿竖直方向做简谐运动。以竖直向上为正方向，物块简谐运动的表达式为y0.1sin(2.5t) m。t0时刻，一小球从距物块h高处自由落下；t0.6 s 时，小球恰好与物块处于同一高度。取重力加速度的大小g10 m/s2。以下判断正确的是( ),图3,答案 AB,分析简谐运动的技巧 (1)分析简谐运动中各物理量的变化情况时要抓住：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；位移增大时，各量则产生相反的变化；各矢量均在其值为零时改变方向。 (2)分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性。,1.(多选)如图4所示，一轻质弹簧上端固定在天花板上，下端连接一物块，物块沿竖直方向以O点为中心点，在C、D两点之间做周期为T的简谐运动。已知在t1时刻物块的速度大小为v、方向向下，动能为Ek。下列说法正确的是( ),图4,答案 ACD,图5,2. (多选)一个质点以O点为平衡位置在a、b两点之间做简谐运动。若从质点在O点开始计时，经过3 s 质点第一次经过M点(如图5所示)；再继续运动，又经过2 s它第二次经过M点；则该质点第三次经过M点还需要的时间是( ),答案 CD,简谐运动的图象的理解及应用,1.对简谐运动图象的理解,(1)简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线，如图6所示。,图6,(2)图象反映了位移随时间变化的规律，但不是质点运动的轨迹。,图7,2.根据简谐运动图象可获取的信息,(1)确定振动的振幅A和周期T。(如图7所示) (2)可以确定振动物体在任一时刻的位移。 (3)确定各时刻质点的振动方向。判断方法：振动方向可以根据下一时刻位移的变化来判定。下一时刻位移若增加，质点的振动方向是远离平衡位置；下一时刻位移如果减小，质点的振动方向指向平衡位置。,(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。,(4)比较各时刻质点的加速度(回复力)的大小和方向。,图8,【例2】 (2017北京理综)某弹簧振子沿x轴的简谐运动图象如图8所示，下列描述正确的是( ),A.t1 s时，振子的速度为零，加速度为负的最大值 B.t2 s时，振子的速度为负，加速度为正的最大值 C.t3 s时，振子的速度为负的最大值，加速度为零 D.t4 s时，振子的速度为正，加速度为负的最大值,答案 A,解析 当t1 s时，振子位于正向位移最大处，速度为零，加速度为负向最大，故A正确；当t2 s时，振子位于平衡位置并向负向运动，速度为负向最大，加速度为零，故B错误；当t3 s时，振子位于负向位移最大处，速度为零，加速度为正向最大，故C错误；当t4 s时，振子位于平衡位置并向正向运动，速度为正向最大，加速度为零，故D错误。,应用振动图象的技巧 (1)简谐运动图象中，任意时刻图线上某点切线的斜率表示该时刻质点的速度；斜率的大小表示速度的大小，斜率的正负反映速度的方向。 (2)振动质点的加速度的大小变化规律与质点的位移的大小变化规律相同，两者方向始终相反。在振动图象中，根据位移的大小和方向比较加速度的大小比较直观。,1.如图9甲所示，水平的光滑杆上有一弹簧振子，振子以O点为平衡位置，在a、b两点之间做简谐运动，其振动图象如图乙所示。由振动图象可以得知( ),图9,A.振子的振动周期等于2t1 B.在t0时刻，振子的位置在a点 C.在tt1时刻，振子的速度为零 D.在tt1时刻，振子的速度最小,答案 A,解析 弹簧振子先后经历最短时间到达同一位置时，若速度相同，则这段时间间隔就等于弹簧振子的振动周期，从振动图象可以看出振子的振动周期为2t1，选项A正确；在t0时刻，振子的位移为零，所以振子应该在平衡位置O，选项B错误；在tt1时刻，振子在平衡位置O，该时刻振子速度最大，选项C、D错误。,图10,2.(多选)如图10所示为同一地点的两个单摆甲、乙的振动图象，下列说法正确的是( ),A.甲、乙两单摆的摆长相等 B.甲摆的振幅比乙摆的大 C.甲摆的机械能比乙摆的大 D.在t0.5 s时有正向最大加速度的是乙摆,答案 ABD,受迫振动和共振,1.自由振动、受迫振动和共振的关系比较,(1)共振曲线：如图11所示，横坐标为驱动力频率f，纵坐标为受迫振动的振幅A。其特点：,2.对共振的理解,反映了驱动力频率对某固有频率为f0的振动系统受迫振动振幅的影响； 反映了f与f0越接近，受迫振动的振幅A越大； 当ff0时，振幅A最大。 (2)能量转化：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。发生共振时系统的能量最高。,图11,图12,【例3】 (多选)一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力频率f的关系)如图12所示，则下列说法正确的是( ),A.此单摆的固有周期约为2 s B.此单摆的摆长约为1 m C.若摆长增大，单摆的固有频率增大 D.若摆长增大，共振曲线的峰将向左移动,答案 ABD,1.(多选)下列说法正确的是( ),A.若驱动力的频率为5 Hz，则受迫振动稳定后的振动频率不一定为5 Hz B.在连续均匀的海浪冲击下，停在海面的小船上下振动，是共振现象 C.部队要便步通过桥梁，是为了防止桥梁发生共振而坍塌 D.声音可震碎玻璃杯，是因为玻璃杯发生了共振,解析 若驱动力的频率为5 Hz，则振动系统稳定后的振动频率也一定为5 Hz，选项A错误；在连续均匀的海浪冲击下，停在海面的小船上下振动，是受迫振动，选项B错误；部队便步通过桥梁，不能产生较强的驱动力，就避免桥梁发生共振现象，选项C正确；当声音频率等于玻璃杯固有频率时，杯子发生共振而破碎，选项D正确。,答案 CD,图13,2.(多选)(2019郑州模拟)如图13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2 Hz。现匀速转动摇把，转速为240 r/min。则( ),A.当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5 s B.当振子稳定振动时，它的振动频率是4 Hz C.当转速增大时，弹簧振子的振幅增大 D.振幅增大的过程中，外界对弹簧振子做正功,答案 BD,实验：用单摆测量重力加速度的大小,1.基本原理与操作,2.数据处理与误差分析,图14,(2)误差分析,图15,【例4】 用单摆测定重力加速度的实验装置如图15所示。,(1)组装单摆时，应在下列器材中选用_(填选项前的字母)。 A.长度为1 m左右的细线 B.长度为30 cm左右的细线 C.直径为1.8 cm的塑料球 D.直径为1.8 cm的铁球,(2)测出悬点O到小球球心的距离(摆长)L及单摆完成n次全振动所用的时间t，则重力加速度g_(用L、n、t表示)。 (3)下表表示某同学记录的3组实验数据，并做了部分计算处理。,请计算出第3组实验中的T_s，g_m/s2。,图16,(4)用多组实验数据做出T2L图象，也可以求出重力加速度g。已知三位同学做出的T2L图线的示意图如图16中的a、b、c所示，其中a和b平行，b和c都过原点，图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值。则相对于图线b，下列分析正确的是_(选填选项前的字母)。,A.出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长L B.出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次 C.图线c对应的g值小于图线b对应的g值,图17,(5)某同学在家里测重力加速度。他找到细线和铁锁，制成一个单摆，如图17所示，由于家里只有一根量程为30cm的刻度尺，于是他在细线上的A点做了一个标记，使得悬点O到A点间的细线长度小于刻度尺量程。保持该标记以下的细线长度不变，通过改变O、A间细线长度以改变摆长。实验中，当O、A间细线的长度分别为l1、l2时，测得相应单摆的周期为T1、T2。由此可得重力加速度g_(用l1、l2、T1、T2表示)。,解析 (1)单摆模型需要满足的两个基本条件是摆线长远大于小球的直径和小球的密度越大越好。所以应选A、D。,1.(2019临沂月考)(1)在利用单摆测量重力加速度的实验中。若测得的重力加速度偏大，可能的原因是( ),A.摆球质量过大 B.单摆振动时振幅较小 C.测量摆长时，只考虑了线长，忽略了摆球的半径 D.测量周期时，把n个全振动误认为(n1)个全振动，使周期偏小 E.测量周期时，把n个全振动误认为(n1)个全振动，使周期偏大,(3)实验中停表的读数如图18，为_。,图18,(3)由题图可知，分针示数为1 min60 s，秒针示数为10.8 s，则停表读数为60 s10.8 s70.8 s。,图19,2.(2019邯郸模拟)