高考物理一轮复习 第七章第一节 机械振动课件 人教版.ppt

第七章机械振动机械波 2014高考导航 第一节机械振动 本节目录 基础梳理 自学导引 要点透析 直击高考 考点探究 讲练互动 知能演练 轻巧夺冠 技法提炼 思维升华 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 运动特征 a k x 负号表示加速度方向与位移方向相反 3 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 二 简谐运动的两种模型 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 周期性 驱动力 固有频率 固有频率 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 4 共振曲线 如图所示 f f0时 a am f与f0差别越大 物体做受迫振动的振幅 固有频率 振幅 越小 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 3 能量特征 对单摆和弹簧振子来说 振幅越大 能量越大 在运动过程中 动能和势能相互转化 机械能守恒 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 即时应用1一弹簧振子在一条直线上做简谐运动 第一次先后经过m n两点时速度v v 0 相同 那么 下列说法正确的是 a 振子在m n两点受回复力相同b 振子在m n两点对平衡位置的位移相同c 振子在m n两点加速度大小相等d 从m点到n点 振子先做加速度减小的加速运动 后做加速度增大的减速运动 解析 选cd 建立弹簧振子模型如图所示 由题意知 振子第一次先后经过m n两点时速度v相同 那么 可以在振子运动路径上确定m n两点 m n两点应关于平衡位置o对称 且由m运动到n 振子是从左侧释放开始运动的 若m点定在o点右侧 则振子是从右侧释放的 因位移 速度 加速度和回复力都是矢量 它们要相同必须大小相等 方向相同 m n两点关于o点对称 振子回复力应大小相等 方向相反 振子位移也是大小相等 方向相反 由此可知 a b选项错误 振子在m n两点的加速度虽然方向相反 但大小相等 故c选项正确 振子由m o速度越来越大 但加速度越来越小 振子做加速运动 振子由o n速度越来越小 但加速度越来越大 振子做减速运动 故d选项正确 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 如图所示 对应t1 t2时刻的位移分别为x1 7cm x2 5cm 2 确定振动的振幅 图象中最大位移的值就是振幅 如图所示 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 即时应用2 2013 衡阳模拟 一质点做简谐运动的振动图象如图所示 质点的速度与加速度方向相同的时间段是 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 考点1简谐运动及其振动图象 2013 温州模拟 如图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 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 跟踪训练如图所示是甲 乙两个单摆做简谐运动的图象 以向右的方向作为摆球偏离平衡位置位移的正方向 从t 0时刻起 当甲第一次到达右方最大位移处时 a 乙在平衡位置的左方 正向右运动b 乙在平衡位置的左方 正向左运动c 乙在平衡位置的右方 正向右运动d 乙在平衡位置的右方 正向左运动解析 选d 由题图可知 当甲第一次到达正向最大位移处时是在1 5s时 此时乙的位移为正 即乙在平衡位置右侧 选项a b均错 再由位移图象斜率表示速度 可知此时乙的斜率为负 即表示乙在向左运动 选项c错误 d正确 考点2受迫振动和共振一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子 如图甲所示 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 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 我国火车大提速时 需尽可能的增加铁轨单节长度 或者是铁轨无结头 利用上述所涉及的知识 请分析该同学所提问题的物理道理 答 答案 见解析 规律总结 物体做受迫振动时 其振动频率等于驱动力的频率 与物体的固有频率无关 当f驱 f固时物体做受迫振动的振幅最大 即发生共振 范例 12分 如图所示 在水平地面上有一段光滑圆弧形槽 弧的半径是r 所对圆心角小于10 现在圆弧的右侧边缘m处放一个小球a 使其由静止下滑 则