福建省高中物理第一轮总复习 第11章第1课时 机械振动课件鲁科版 新课标.ppt

机械振动 第1章 本章综合运用运动学 动力学和能的转化等方面的知识讨论了机械振动和机械波两种常见的运动形式的特点和规律 以及它们之间的联系和区别 既要认识到它们的共同点 运动的周期性 如振动物体的位移 速度 加速度 回复力 能量等都呈周期性变化 更重要的是搞清它们的区别 振动研究的是一个孤立质点的运动规律 而波动研究的是波的传播方向上参与波动的一系列质点的运动规律 其中振动的周期 能量 波速 波长与频率的关系及机械波的干涉 衍射等知识对后面电磁振荡及电磁波的干涉 衍射等内容的复习都具有较大的帮助 本章知识在福建省考纲中是必考内容 高考中多以选择题的形式进行考查 以中等难度的题目为主 主要考查振动图像和波动图像以及波的传播规律等 如09年全国卷 第20题 09年全国卷 第14题 09年福建卷第17题都考查了波动图像和振动图像的关系 通过对图像的考查可以综合考查学生的理解能力 推理能力和空间想象能力 本章在福建省考纲中属于必考内容 分值不高 预计今年的高考还将以中等难度题目的考查为主 从近年来的高考看 以振动图像 波动图像的考查居多 但对于基本概念 规律如波长 波速 频率及三者的关系等也有涉及 在复习中要特别注意对图像和概念的理解 还要注意波的多解问题 对于新课标中的 了解惠更斯原理 能用其分析波的反射和折射 新考纲没有将其列入考试范围 新考纲将 简谐运动的公式和图像 横波的图像 波速 波长和频率 周期 的关系 等3个考点列为 级要求 应引起重视 新考纲中 简谐运动的公式 不是指简谐运动的周期公式 而是指位移公式 单摆 周期公式 从原来 级要求降为 级要求 只要了解或能直接应用即可 旧考纲中 波的叠加 在新考纲中虽未单列 但实际上是涵盖在 波的干涉 考点中 声波 超声波及其应用 涵盖在 机械波 的考点中 复习时应注意 新考纲将旧考纲中的 用单摆测定重力加速度 的实验改为 探究单摆的运动 用单摆测定重力加速度 的实验 在原来的基础上 增加了探究能力的要求 复习时也要注意 一 振幅 周期和频率1 机械振动 物体在附近所做的往复运动 叫做机械振动 通常简称为振动 平衡位置 2 回复力 力的方向跟振子偏离的位移方向相反 总指向 它的作用是使振子能返回平衡位置 所以叫做回复力 3 简谐运动 物体在跟偏离的位移大小成比 并且总指向的回复力的作用下的振动 叫做简谐运动 平衡位置 平衡位置 正 4 振幅 振动物体离开的最大距离 叫做振动的振幅 是振动物体大小的标志 5 周期 做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间 叫做振动的周期 在国际单位制中 周期的单位是 平衡位置 能量 秒 6 频率 单位时间内完成的全振动的 叫做振动的频率 在国际单位制中 频率的单位是赫兹 符号是 7 简谐运动的表达式 x asin t 0 其中a是 t 0 是 0是t 0时的 即初相位 或初相 次数 hz 振幅 相位 相位 8 简谐运动的周期和频率由振动系统本身的性质所决定 与振动的振幅无关 因此又称为振动系统的固有周期和固有频率 9 简谐运动的图象是以轴为横坐标 轴为纵坐标 表示在不同时刻的位移 时间 位移 同一质点 二 单摆1 如果悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略 线长又比球的直径大得多 那么这样的装置叫做 它是理想化的物理模型 2 在偏角很小的情况下 单摆所受的与偏离平衡位置的位移成 而方向 单摆做简谐运动 单摆 回复力 正比 相反 3 荷兰物理学家惠更斯研究了单摆的振动 发现单摆做简谐运动的周期跟摆长的二次方根成正比 跟的二次方根成反比 跟摆球质量和振幅无关 并且确定了如下的单摆周期公式 重力加速度 三 简谐运动的能量阻尼振动 受迫振动1 简谐运动的能量 对简谐运动来说 一旦供给振动系统一定的能量 使它开始振动 由于守恒 它就会以一定的振幅永不停息地振动下去 简谐运动是一种理想化的振动 机械能 2 阻尼振动 实际的振动系统不可避免地要受到摩擦力和其他阻力 即受到阻尼的作用 系统克服阻尼的作用做功 系统的机械能就要 振动的振幅也要逐渐 直到最后振动停下来 这种逐渐减小的振动 叫做阻尼振动 损耗 减小 振幅 3 用周期性的外力作用于实际的振动系统 使系统持续地振动下去 这种周期性的外力叫做 物体在这种力的作用下的振动叫做 4 物体做受迫振动时 振动稳定后的频率等于的频率 跟物体的固有频率没有关系 驱动力 受迫振动 驱动力 5 当驱动力的频率等于物体的时 受迫振动的最大 这种现象叫做共振 声音的共振现象通常叫做 固有频率 振幅 共鸣 如图6 1 1所示为用频闪照相的方法拍到的一个水平放置的弹簧振子振动情况 图甲是振子静止在平衡位置的照片 乙图是振子被拉伸到左侧距平衡位置20mm处 放手后向右运动1 4周期内的频闪照片 已知频闪的频率为10hz 求 图6 1 1 弹簧振子的回复力来源及振动规律 1 相邻两次闪光的时间间隔t0 振动的周期t0 2 若振子的质量为20g 弹簧的劲度系数为50n m 则振子的最大加速度是多少 t 1 f 0 1s 即相邻两次闪光的时间间隔为t0 0 1s 振子从最大位移处运动到平衡位置经历时间为0 3s 故振子振动周期t0 1 2s 2 am fm m ka m 50m s2 对简谐运动类问题 应熟练掌握其运动过程和特点 如 对称性 善于利用其规律解题 如 f回 kx等 如图6 1 2所示 劲度系数为k的轻弹簧上端固定一个质量为m的小球 向下压小球后释放 使小球开始做简谐运动 该过程弹簧对水平面的最大压力是1 6mg 图6 1 2 求 1 当小球运动到最高点时 小球对弹簧的弹力大小和方向如何 2 小球做简谐运动的振幅a是多大 1 由题目已知条件可知 弹簧对水平面的最大压力是1 6mg 此时弹簧的弹力应等于1 6mg 处于压缩状态 则此时小球的回复力大小为0 6mg 方向向上 根据简谐运动的对称性可知 当小球运动到最高点时的回复力也是0 6mg 方向向下 小球在最高点受重力和弹簧弹力 经分析得到小球对弹簧的弹力大小为0 4mg 方向向下 2 该简谐运动的平衡位置在弹簧被压缩了x0 mg k处 而小球的最低点在弹簧被压缩了x 1 6mg k处 则振幅为a x x0 0 6mg k 简谐运动的振动方程有一弹簧振子在水平方向上的bc之间做简谐运动 已知bc间的距离为20cm 振子在2s内完成了10次全振动 若从某时刻振子经过平衡位置时开始计时 t 0 经过1 4周期振子有正向最大加速度 1 求振子的振幅和周期 2 写出振子的振动方程 1 振幅a 10cm t s 0 2s 2 设振动方程为y asin t 当t 0时 y 0 则sin 0 得 0或 当再过较短时间 y为负值 所以 又 10 所以振动方程为y 10sin 10 t cm 1 因为从平衡位置开始计时 再经过较短时间位移为负值 故可设振动方程为y asin t即y 10sin10 tcm故本题振动方程可表示为y 10sin 10 t cmy 10sin10 tcmy 10sin 10 t cm 写出图6 1 3中的三个图像的振动方程 图6 1 3 图像为y asinwt 图像为y acoswt 图像为y acoswt 单摆及其周期公式人坐在秋千的踏板上 秋千绳长4 9m 当秋千摆起来 摆角很小 时每以同一方向经过一次最低点 地面上的人就给秋千一个作用力 问 1 地面上的人约每经过多少秒就给秋千一个作用力 估算取两位有效数字 2 如果秋千越荡越高 推秋千的作用力时间间隔会不会显著变大呢 3 如果秋千上的人从坐在踏板上改为站在踏板上 对这个推秋千的作用力的时间间隔会不会有影响呢 4 如果秋千架上同时坐上2个人 对这个推秋千的作用力的时间间隔会不会有影响呢 1 由lg 2 得t 4 4s 2 因为摆角很小 振幅对周期影响不大 秋千高度不会显著影响作用力的时间间隔 3 人站起来重心位置升高 摆长变短 周期变小 作用力时间间隔变小 4 增加质量不影响周期 对作用力的时间间隔也无影响 如图6 1 4所示 在倾角为 30 的光滑斜面上 长为l的细线吊着一个小球 直径与线长相比可以忽略 上端固定在o点 当小球在斜面上做小角度摆动时 求其摆动周期 图6 1 4 1 做简谐运动的物体 当物体的位移为负值时 下面说法正确的是 a 速度一定为正值 加速度一为负值b 速度一定为负值 加速度一定正值c 速度不一定为正值 加速度一定为正值d 速度不一定为负值 加速度不一定为正值 基础训练 c 2 振动着的单摆摆球通过平衡位置时 它受到的回复力 a 指向地面b 指向悬点c 数值为零d 垂直摆线 指向运动方向 基础训练 c 基础训练 c 4 如图6 1 5所示 是一个单摆的共振曲线 取g 9 8 a 此单摆的摆长约为2 8mb 此单摆的周期约为0 3sc 若摆长增大 共振曲线的峰将向右移动d 若摆长减小 共振曲线的峰将向左移动 基础训练 a 图6 1 5 解析 由共振曲线可知单摆的固有频率为f0 0 3hz 由此可得 t 3 3s l 2 8m l增大 t增大 则f0减小 共振曲线的峰将向左移动 l减小 t减小 则f0增大 共振曲线的峰线将向右移动 基础训练 5 在福州调准的摆钟 随南极考察船到达南极 这个摆钟 a 变慢了b 变快了 应减小摆长c 不变d 变快了 应加大摆长 基础训练 d 6 质点以o为平衡位置做简谐运动 如图6 1 6所示 它离开平衡位置向右运动的过程中 经0 15s第一次通过a点 再经0 1s第二次通过a点 再经s第三次通过a点 此质点振动的周期等于s 频率等于hz 基础训练 0 7 0 8 1 25 图6 1 6 7 在飞机的发展史中有一个阶段 飞机上天后不久 飞机的机翼很快就抖动起来 而且越抖越厉害 后来人们经过了艰苦的探索 利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法 解决了这一问题 在飞机机翼前缘装置配重杆的主要目的是 a 加大飞机的惯性b 使机体更加平衡c 使机翼更加牢固d 改变机翼的固有频率 提升训练 d 解析 飞机上天后 在机翼尾端因流体绕过而产生反对称涡旋力 如果此力的频率与机翼的固有频率相接近 就会引起共振 配重杆的作用就是改变机翼的固有频率 使共振不再产生 提升训练 8 心电图是现代医疗诊断的重要手段 医生