高中物理 第十一章 机械振动课件 新人教版选修34.ppt

第十一章 机械振动 章末整合提升 机械运动 简谐振动 特征 运动特征 往复运动 周期性受力特征 回复力f kx 描述简谐运动的物理量 位移 x asin t 振幅a 偏离平衡位置的位移大小的最大值周期t 完成一次全振动所用的时间频率f 单位时间内完成全振动的次数初相 用角度描述振子的初始位置 机械运动 简谐振动 简谐运动的图象 正弦曲线 纵坐标表示位移 横坐标表示时间物理意义 描述振子的位移随时间变化的规律从图象可获得的信息 振幅 周期 位移等 机械运动 简谐振动 两个重要模型 弹簧振子 合力为回复力 单摆 回复力来源 重力的切向分力做简谐运动的条件 摆角很小周期公式 t 2 实验 用单摆测定重力加速度g 简谐运动的能量 振幅决定振动的能量 机械运动 阻尼振动 特征 振幅递减能量转化 机械能转化为内能 受迫振动 定义 在周期性驱动力作用下的振动频率 振动频率等于驱动力的频率共振 f驱 f固时振幅最大 一 简谐运动的图象及应用由简谐运动的图象可以获得的信息 1 确定振动质点在任一时刻的位移 2 确定振动的振幅 3 确定振动的周期和频率 4 确定各时刻质点的振动方向 5 比较各时刻质点加速度的大小和方向 例1一质点做简谐运动的位移x与时间t的关系如图1所示 由图可知 a 频率是2hzb 振幅是5cmc t 1 7s时的加速度为正 速度为负d t 0 5s时质点所受的合外力为零 图1 e 图中a b两点速度大小相等 方向相反f 图中a b两点的加速度大小相等 方向相反解析由题图可知 质点振动的周期为2s 经计算得频率为0 5hz 振幅为5m 所以a b错误 t 1 7s时的位移为负 加速度为正 速度为负 因此c正确 t 0 5s时质点在平衡位置 回复力零 但所受合外力不一定为零 如单摆 d错误 a b两点速度大小相等 方向相反 但加速度大小相等 方向相同 加速度方向都为负方向 指向平衡位置 故e正确 f错误 答案ce 针对训练悬挂在竖直方向上的弹簧振子 周期t 2s 从最低点位置向上运动时开始计时 在一个周期内的振动图象如图2所示 关于这个图象 下列说法正确的是 图2 a t 1 25s 振子的加速度为正 速度也为正b t 1s 弹性势能最大 重力势能最小c t 0 5s 弹性势能为零 重力势能最小d t 2s 弹性势能最大 重力势能最小 解析由图象可知t 1 25s时 位移为正 加速度为负 速度也为负 a错误 竖直方向的弹簧振子 其振动过程中机械能守恒 在最高点重力势能最大 动能为零 b错误 在平衡位置 动能最大 由于弹簧发生形变 弹性势能不为零 c错误 在最低点重力势能最小 动能为零 所以弹性势能最大 d正确 答案d 二 简谐运动的周期性和对称性1 周期性做简谐运动的物体在完成一次全振动后 再次振动时则是重复上一个全振动的形式 所以做简谐运动的物体经过同一位置可以对应不同的时刻 做简谐运动的物体具有周期性 2 对称性 1 速率的对称性 振动物体在关于平衡位置对称的两位置具有相等的速率 2 加速度和回复力的对称性 振动物体在关于平衡位置对称的两位置具有等大反向的加速度和回复力 3 时间的对称性 振动物体通过关于平衡位置对称的两段位移的时间相等 振动过程中通过任意两点a b的时间与逆向通过的时间相等 例2某质点做简谐运动 从平衡位置开始计时 经0 2s第一次到达m点 如图3所示 再经过0 1s第二次到达m点 求它再经多长时间第三次到达m点 图3 解析第一种情况 质点由o点沿x轴正向经过t1 0 2s直接到达m 再经过t2 0 1s由c回到m 由对称性可知 质点由m到达c所需要的时间与由c返回m所需要的时间相等 所以质点由m到达c的时间为t 0 05s 质点由o到达c的时间为从o到达m和从m到达c的时间之和 这一时间恰好是 所以该振动的周期为 t 4 t1 t 4 0 2 0 05 s 1s 第二种情况 质点由o向b运动 然后返回到m 历时t1 0 2s 再由m到达c又返回m的时间为t2 0 1s 设振动周期为t 由对称性可知t1 三 单摆周期公式的应用1 单摆的周期公式t 2 该公式提供了一种测定重力加速度的方法 2 注意 1 单摆的周期t只与摆长l及g有关 而与摆球的质量及振幅无关 2 l为等效摆长 表示从悬点到摆球球心的距离 要区分摆长和摆线长 摆球在光滑圆周上小角度振动和双线摆也属于单摆 l 实际为摆球球心到摆动所在圆弧的圆心的距离 3 g为当地的重力加速度或 等效重力加速度 例3有两个同学利用假期分别去参观北京大学和南京大学的物理实验室 并各自在那里利用先进的dis系统较准确地探究了 单摆的周期t与摆长l的关系 他们通过校园网交换实验数据 并由计算机绘制了t2l图象 如图4甲所示 去北大的同学所测实验结果对应的图线是 填 a 或 b 另外