【优化方案】浙江省高考物理总复习 第11章第一节 机械振动课件 大纲人教版.ppt

第一节机械振动 课堂互动讲练 经典题型探究 知能优化演练 第一节机械振动 基础知识梳理 基础知识梳理 一 简谐运动1 回复力 1 定义 使振动物体返回到 的力 2 方向 时刻指向 3 来源 振动物体所受的沿振动方向的合外力 2 简谐运动 1 受力特征 f 回复力 x 位移 负号表示回复力方向与位移方向相反 平衡位置 平衡位置 f kx 2 描述简谐振动的物理量 振幅 反映质点 的物理量 它是标量 周期和频率 描述振动 的物理量 其大小由振动系统本身决定 与 无关 振动强弱 快慢 振幅 三 受迫振动及共振1 受迫振动 1 概念 物体在 驱动力作用下的振动 2 振动特征 受迫振动的频率等于 的频率 与系统的 无关 2 共振 1 概念 当驱动力的频率等于 时 受迫振动的振幅最大的现象 2 共振的条件 驱动力的频率等于 3 共振的特征 共振时 最大 周期性 驱动力 固有频率 固有频率 固有频率 振幅 4 共振曲线 如图11 1 1所示 f f0时 a f与f0差别越大 物体做受迫振动的振幅 越小 图11 1 1 am 课堂互动讲练 一 简谐运动的几个重要特征1 受力特征 简谐运动的回复力满足f kx 位移x与回复力的方向相反 由牛顿第二定律知 加速度a与位移大小成正比 方向相反 2 运动特征 当物体靠近平衡位置时 x f a都减小 但v增大 到达平衡位置时v最大 当物体远离平衡位置时 x f a都增大 v减小 5 对称性特征 1 如图11 1 2所示 振子经过关于平衡位置o对称 op op 的两点p p 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 2 振子由p到o所用时间等于o到p 所用时间 即tpo top 3 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 图11 1 2 特别提醒 由于简谐运动具有周期性和对称性 因此 涉及简谐运动时 往往出现多解 分析问题时应特别注意物体在某一位置时的速度的大小和方向 位移的大小和方向 二 简谐运动的分析方法1 对称法 1 远离平衡位置的过程 由f kx ma可知 x增大 f增大 a增大 但a与v反向 故v减小 动能减小 2 靠近平衡位置的过程 由f kx ma可知 x减小 f减小 a减小 但a与v同向 故v增大 动能增大 3 经过同一位置时 位移 回复力 加速度 速率 动能一定相同 但速度 动量不一定相同 方向可能相反 2 图象法 1 确定振动物体在任一时刻的位移 如图11 1 3所示 对应t1 t2时刻的位移分别为x1 7cm x2 5cm 图11 1 3 2 确定振动的振幅 图象中最大位移的值就是振幅 如图11 1 3所示 振动的振幅是10cm 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 由图11 1 3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11 1 3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11 1 3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 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2011年绍兴模拟 一质点做简谐运动的振动图象如图11 1 4所示 质点的速度与加速度方向相同的时间段是 图11 1 4 a 0s 0 3sb 0 3s 0 6sc 0 6s 0 9sd 0 9s 1 2s解析 选bd 质点做简谐运动时加速度方向与回复力方向相同 与位移方向相反 总是指向平衡位置 位移增加时速度与位移方向相同 位移减小时速度与位移方向相反 经典题型探究 2011年温州模拟 如图11 1 5所示为一弹簧振子的振动图象 试完成以下问题 1 写出该振子简谐运动的表达式 2 在第2s末到第3s末这段时间内 弹簧振子的加速度 速度 动能和弹性势能各是怎样变化的 3 该振子在前100s的总位移是多少 路程是多少 图11 1 5 思路点拨 分析该题时可关注以下四点 1 振子的初始位置及运动方向 2 振子位移的大小 方向及其变化趋势 3 由位移变化判断a v ek ep的变化 4 由运动特点确定位移和路程 2 由题图可知 在t 2s时 振子恰好通过平衡位置 此时加速度为零 随着时间的延续 位移值不断加大 加速度的值也变大 速度值不断变小 动能不断减小 弹性势能逐渐增大 当t 3s时 加速度的值达到最大 速度等于零 动能等于零 弹性势能达到最大值 3 振子经过一个周期位移为零 路程为5 4cm 20cm 前100s刚好经过了25个周期 所以前100s振子位移x 0 振子路程s 20 25cm 500cm 5m 答案 见解析 满分样板8分 如图11 1 6所示 光滑圆弧槽半径为r a为最低点 c到a的距离远小于r 两个可视为质点的小球b和c都由静止开始释放 要使b c两球在a点相遇 问b到a点的距离h应满足什么条件 图11 1 6 思路点拨 将c球的运动与单摆的运动类比 可知c球做简谐运动 又因c球运动的周期性和重复性 b c相遇的时间必有多解 一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子 如图11 1 7甲所示该装置可用于研究弹簧振子的受迫振动 匀速转动把手时 曲杆给弹簧振子以驱动力 使振子做受迫振动 把手匀速转动的周期就是驱动力的周期 改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期 若保持把手不变 给砝码一向下的初速度 砝码便做简谐运动 振动图象如图乙所示 图11 1 7 当把手以某一速度匀速转动 受迫振动达到稳定时 砝码的振动图象如图丙所示 若用t0表示弹簧振子的固有周期 t表示驱动力的周期 x表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅 则 1 稳定后 物体振动的频率f hz 2 欲使物体的振动能量最大 需满足什么条件 答 3 某同学提出 我国