【优化方案】高考物理总复习 第一章第一节 机械振动课件 新人教版选修34.ppt

第一章机械振动机械波 第一章机械振动机械波 第一节机械振动 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 平衡位置 平衡位置 3 来源 振动物体所受的沿振动方向的合外力 3 描述简谐运动的物理量 1 振幅 振动物体离开平衡位置的 距离叫做振幅 振幅大小反映了振动的 振幅越大 能量 最大 强弱 越大 2 周期和频率 做简谐运动的物体完成一次 所需要的时间 叫做振动的周期 单位时间内完成的 的次数叫做振动的频率 周期的单位是秒 频率的单位是赫兹 全振动 全振动 周期和频率是描述振动 的物理量 其大小由振动系统本身决定 与 无关 3 相位 做周期性运动的物体在各个时刻所处的不同状态叫做相位 快慢 振幅 4 简谐运动的表达式 x asin t 式中a代表简谐运动的振幅 2 f 用 表示简谐运动的快慢 t 代表简谐运动的相位 叫做初相位 5 简谐运动的图象 物理意义 表示振子的位移随时间变化的规律 为正弦 或余弦 曲线 从平衡位置开始计时 函数表达式为x asin t 图象如图1 1 1甲所示 从最大位移处开始计时 函数表达式为x acos t 图象如图乙所示 图1 1 1 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 周期性 驱动力 固有频率 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 固有频率 固有频率 振幅 4 共振曲线 如图1 1 2所示 f f0时 a f与f0差别越大 物体做受迫振动的振幅 am 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 5 对称性特征图1 1 3 1 如图1 1 3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 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 一弹簧振子做简谐运动 o为平衡位置 当它经过o点时开始计时 经过0 3s 第一次到达m点 再经过0 2s第二次到达m点 则弹簧振子的周期为 如图 b 所示 振子由o向b运动 由于对称性 在ob间必存在一点m 与m点关于o对称 故振子从m 经b到m 所需时间与振子从m经c到m所需时间相同 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1 1 4所示 对应t1 t2时刻的位移分别为x1 7cm x2 5cm 图1 1 4 2 确定振动的振幅 图象中最大位移的值就是振幅 如图1 1 4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1 1 4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1 1 4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1 1 4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 2012 北京房山区第一学期期末 如图1 1 5图1 1 5所示为一质点做简谐运动的图象 在t1 t2时刻位移大小相等 则这个质点在t1 t2两时刻 速度相同 加速度相同 回复力相同 势能相同 以上结论中正确的是 a b c d 答案 c 2012 江苏启东中学质检 一质点做简谐运动的图象如图1 1 6所示 下列说法正确的是 a 质点振动频率是4hzb 在10s内质点经过的路程是20cmc 第4s末质点的速度是零d 在t 1s和t 3s两时刻 质点位移大小相等 方向相同 图1 1 6 解析 读图可知 该简谐运动的周期为4s 频率为0 25hz 在10s内质点经过的路程是2 5 4a 20cm 第4s末的速度最大 在t 1s和t 3s两时刻 质点位移大小相等 方向相反 答案 b 如图1 1 7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 图1 1 7 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 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 图1 1 8如图1 1 8所示 在探究共振现象的实验中发现 当作用在装置上mn间的驱动力的频率为0 5hz时 mn间五个单摆中d摆恰好发生共振 现测得d摆摆线长l 99 6cm 摆球的直径d 0 8cm 求