高考物理一轮复习 第12章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第1讲 机械振动课件 新人教版.ppt

走向高考 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 高考总复习 机械振动与机械波光电磁波与相对论 第十二章 第1讲机械振动 第十二章 1 知道简谐运动的概念 理解简谐运动的表达式和图象 2 知道什么是单摆 知道在摆角较小的情况下单摆的运动是简谐运动 熟记单摆的周期公式 3 理解受迫振动和共振的概念 掌握产生共振的条件 1 定义 物体在跟位移大小成 并且总是指向 的回复力作用下的振动 2 描述的物理量 1 位移 x 由 位置指向振动质点所在处的有向线段 其最大值等于振幅 2 振幅 a 振动物体离开 位置的最大距离 等于振动位移的最大值 它反映了振动的 振幅是标量 简谐运动 正比 平衡位置 平衡 平衡 强弱 3 周期 t 和频率 f 描述振动 的物理量 其大小由振动系统本身的性质决定 所以又叫固有周期和固有频率 二者关系 快慢 简谐运动的图象 1 物理意义 表示振动物体的位移随 变化的规律 注意振动图象不是质点的 轨迹 2 特点 只有简谐运动的图象才是正弦 或余弦 曲线 3 作图 以横轴表示时间 纵轴表示位移 用平滑曲线连接各时刻对应的位移末端即可 如图所示 时间 运动 单摆 1 用细线悬挂一小球 上端固定 如果悬挂小球的细线的形变和质量可以忽略 线长又比球的直径大得多 这样的装置叫做单摆 单摆是实际摆的 的物理模型 2 回复力为摆球重力沿 方向的分力 单摆做简谐振动的条件是最大摆角 3 周期公式t 单摆的等时性是指周期与 无关 理想化 圆弧切线 小于10 振幅 1 简谐运动的能量与振幅有关 振幅越大 能量 2 受迫振动和共振 1 受迫振动 物体在周期性 作用下的振动叫受迫振动 做受迫振动的物体 它的周期或频率等于 的周期或频率 而与物体的 或固有频率无关 受迫振动与共振 越大 驱动力 驱动力 固有周期 2 共振 做受迫振动的物体 它的固有频率与 的频率越接近 其振幅就越大 当二者相等时 振幅达到 这就是共振现象 驱动力 最大 答案 1 简谐运动平衡位置处质点所受合力不一定为零 如单摆模型 平衡位置处质点所受回复力为零 2 回复力 加速度 位移是相同的 但速度只是大小相等 方向相反 3 答案 d解析 振子从b o c仅完成了半次全振动 所以周期t 2 1s 2s 振幅a bo 5cm 弹簧振子在一次全振动过程中通过的路程为4a 20cm 所以两次全振动中通过路程为40cm 3s的时间为1 5t 所以振子通过的路程为30cm 解析 根据图象可知 弹簧振子的周期t 4s 振幅a 8cm 选项a错误 第2s末振子到达负向位移最大处 速度为零 加速度最大 且沿x轴正方向 选项b错误 第3s末振子经过平衡位置 速度达到最大 且向x轴正方向运动 选项c正确 从第1s末到第2s末振子经过平衡位置向下运动到达波谷位置 速度逐渐减小 选项d错误 答案 c解析 在t 1 4s至t 1 5s的时间内 摆球在向左从平衡位置向最大位移处运动的过程中 所以速度向左在减小 加速度向右在增大 简谐运动的五个特征 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 但加速度方向与位移方向相反 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 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 思路引导 1 题目中所对应的情况有几种可能 2 请作出示意图 并在图中找出对应几个时刻的振动位置 答案 1 由题目所给条件可知有两种可能 开始速度指向平衡位置 开始速度背离平衡位置 名师归纳 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 一定要以位移为桥梁 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 反之则产生相反的变化 另外 各矢量均在其值为零时改变方向 2 分析简谐运动的过程时 要特别注意其周期性和对称性 简谐运动的图象 1 简谐运动的图象 2 振动图象的信息 1 由图象可以看出振幅 周期 2 可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移 3 可以根据图象确定某时刻质点回复力 加速度和速度的方向 回复力和加速度的方向 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 速度的方向 速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定 若下一时刻位移增大 振动质点的速度方向就是远离t轴 若下一时刻位移减小 振动质点的速度方向就是指向t轴 思路引导 1 具有沿x轴正方向最大加速度的位置 2 具有沿x轴负方向的最大加速度的位置 3 从平衡位置到最大位移处所用时间最少为多少 解析 振子具有沿x轴正方向的最大加速度时 其位移为负的最大值 也就是经过四分之一的周期 振子从平衡位置到负的最大位移处 故符合条件的是图象a 答案 a 3 确定振动的周期和频率 振动图象上一个完整的正弦 或余弦 图形在时间轴上拉开的 长度 表示周期 由图可知 od ae bf的间隔都等于振动周期 t 0 2s 频率f 1 t 5hz 4 确定各质点的振动方向 例如图中的t1时刻 质点正远离平衡位置向正方向运动 在t3时刻 质点正向着平衡位置运动 5 比较各时刻质点加速度的大小和方向 例如在图中t1时刻质点位移x1为正 则加速度a1为负 t2时刻质点位移x2为负 则加速度a2为正 又因为 x1 x2 所以 a1 a2 解析 从图象的横坐标和纵坐标可以知道此图是机械振动图象 将它与机械波的图象区分开 它所描述的是一个质点在不同时刻的位置 t2和t4是在平衡位置处 t1和t3是在最大位移处 头脑中应出现一幅弹簧振子振动的实物图象 根据弹簧振子振动的特征 弹簧振子在平衡位置时的速度最大 加速度为零 即弹性力为零 在最大位移处 速度为零 加速度最大 即弹性力为最大 所以b正确 类单摆模型 思路引导 1 圆弧的最高点到a点的距离远小于r说明小球c做何运动 2 如何求小球c运动的时间 答案 1 小球c做类单摆运动 2 等效摆长为半径r 利用单摆周期公式求时间 受迫振动和共振 1 共振曲线 如图所示的共振曲线 曲线表示受迫振动的振幅a 纵坐标 随驱动力频率f 横坐标 的变化而变化 驱动力的频率f跟振动系统的固有频率f0相差越