高考物理新一轮复习（热点视角+对点自测+讲练互动）第十二章第一节 机械振动课件 新人教版.pptVIP

第十二章机械振动与机械波光电磁波与相对论 2015高考导航 第一节机械振动 实验 探究单摆的运动 用单摆测定重力加速度 一 简谐运动1 概念 质点的位移与时间的关系遵从 的规律 即它的振动图象 x t图象 是一条 的振动 2 简谐运动的表达式 1 动力学表达式 f 其中 表示回复力与 的方向相反 2 运动学表达式 x asin t 其中a代表振幅 表示简谐运动的快慢 t 代表简谐运动的 叫做初相 正弦函数 正弦曲线 kx 位移 2 f 相位 3 回复力 1 定义 使物体返回到 的力 2 方向 时刻指向 3 来源 振动物体所受的沿 的合力 平衡位置 平衡位置 振动方向 4 描述简谐运动的物理量 最大距离 强弱 全振动 单位时间 快慢 不同状态 二 单摆1 定义 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 和 都不计 球的直径比 短得多 这样的装置叫做单摆 2 视为简谐运动的条件 伸缩 质量 线的长度 5 三 受迫振动及共振1 受迫振动 系统在 作用下的振动 做受迫振动的物体 它的周期 或频率 等于 周期 或频率 而与物体的固有周期 或频率 关 2 共振 做受迫振动的物体 它的固有频率与驱动力的频率越接近 其振幅就越大 当二者 时 振幅达到最大 这就是共振现象 共振曲线如图所示 驱动力 驱动力 无 相等 c 1 2 如图所示为某弹簧振子在0 5s内的振动图象 由图可知 下列说法中正确的是 a 振动周期为5s 振幅为8cm b 第2s末振子的速度为零 加速度为负向的最大值c 第3s末振子的速度为正向的最大值d 从第1s末到第2s振子在做加速运动 c 2 1 关于单摆运动的下列说法中 正确的是 a 单摆的回复力是摆线的拉力与摆球重力的合力b 单摆的回复力是摆球重力沿运动轨迹切向的分力c 单摆的周期与摆球质量 振幅无关 与摆长和当地的重力加速度有关d 在山脚下走时准确的摆钟移到高山上走时将变慢 bcd 2 2 如图所示 一单摆悬于o点 摆长为l 若在o点的竖直线上的o 点钉一个钉子 使oo f l 2 将单摆拉至a处释放 小球将在a b c间来回振动 若振动中摆线与竖直方向夹角小于5 则此摆的周期是 d 3 2013 高考江苏卷 如图所示的装置 弹簧振子的固有频率是4hz 现匀速转动把手 给弹簧振子以周期性的驱动力 测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1hz 则把手转动的频率为 a 1hzb 3hzc 4hzd 5hz a 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 简谐运动的五个特征 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 2 如图所示 振子经过关于平衡位置o对称的两点p p op op 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tpo top 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top tpo 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 acd 审题指导 当两时刻振子的位移相同 则两时刻的差可能为周期的整数倍 也可能不是周期的整数倍 尝试解答 ad 某质点的振动图象如图所示 通过图象可以确定以下各量 1 确定振动物体在任意时刻的位移 2 确定振动的振幅 3 确定振动的周期和频率 振动图象上一个完整的正弦 余弦 图形在时间轴上拉开的 长度 表示周期 4 确定质点在各时刻的振动方向 5 比较各时刻质点加速度的大小和方向 简谐运动的图象的应用 2014 江苏启东中学高三质检 一质点做简谐运动的图象如图所示 下列说法正确的是 a 质点振动频率是4hzb 在10s内质点经过的路程是20cmc 第4s末质点的速度是零d 在t 1s和t 3s两时刻 质点位移大小相等 方向相同 b 尝试解答 总结提升 1 简谐运动的图象不是振动质点的轨迹 它表示的是振动物体的位移随时间变化的规律 2 因回复力总是指向平衡位置 故回复力和加速度在图象上总是指向t轴 3 速度方向可以通过下一个时刻位移的变化来判定 下一个时刻位移如果增加 振动质点的速度方向就远离t轴 下一个时刻的位移如果减小 振动质点的速度方向就指向t轴 解析 读图可知 该简谐运动的周期为4s 频率为0 25hz 在10s内质点经过的路程是2 5 4a 20cm 第4s末的速度最大 在t 1s和t 3s两时刻 质点位移大小相等 方向相反 bc 2 2014 河北衡水中学高三质检 一质点做简谐运动 其位移x与时间t的关系曲线如图所示 由图可知 a 质点振动频率是4hzb t 2s时 质点的加速度最大c 质点的振幅为2cmd t 3s时 质点所受的合外力最大 解析 质点振动的周期是4s 频率是0 25hz t 2s时 质点的位移最大 回复力最大 加速度最大 质点的振幅为2cm t 3s时 质点的位移为零 所受的合外力为零 选项b c正确 1 自由振动 受迫振动和共振的关系比较 受迫振动和共振 仅受回复力 受驱动力作用 受驱动力作用 由系统本身性质决定 即固有周期t0或固有频率f0 由驱动力的周期或频率决定 即t t驱或f f驱 t驱 t0或f驱 f0 振动物体的机械能不变 由产生驱动力的物体提供 振动物体获得的能量最大 弹簧振子或单摆 0 5 机械工作时底座发生的振动 共振筛 声音的共鸣等 2 对共振的理解 1 共振曲线 如图所示 横坐标为驱动力频率f 纵坐标为振幅a 它直观地反映了驱动力频率对某振动系统受迫振动振幅的影响 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 受迫振动系统机械能不守恒 系统与外界时刻进行能量交换 2014 江西重点中学联考 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4hzc 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 bd 尝试解答 规律总结 1 无论发生共振与否 受迫振动的频率都等于驱动力的频率 但只有发生共振现象时振幅才能达到最大 2 受迫振动系统中的能量转化不再只有系统内部动能和势能的转化 还有驱动力对系统做正功补偿系统因克服阻力而损失的机械能 3 如图所示 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 cd 实验 用单摆测定重力加速度 2 实验器材单摆 游标卡尺 毫米刻度尺 停表 5 注意事项 1 悬线顶端不能晃动 需用夹子夹住 保证悬点固定 2 单摆必须在同一平面内振动 且摆角小于10 3 选择在摆球摆到平衡位置处时开始计时 并数准全振动的次数 4 小球自然下垂时 用毫米刻度尺量出悬线长l 用游标卡尺测量小球的直径 然后算出摆球的半径r 则摆长l l r 5 选用一米左右的细线 2012 高考天津卷 某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素 1 他组装单摆时 在摆线上端的悬点处 用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线 再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧 如图所示 这样做的目的是 填字母代号 a 保证摆动过程中摆长不变b 可使周期测量得更加准确c 需要改变摆长时便于调节d 保证摆球在同一竖直平面内摆动 ac 2 他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下 用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度l 0 9990m 再用游标卡尺测量摆球直径 结果如图所示 则该摆球的直径为 mm 单摆摆长为 m 12 0 0 9930 3 下列振动图象真实地描述了对摆长约为1m的单摆进行周期测量的四种操作过程 图中横坐标原点表示计时开始 a b c