河北省沧州市高考物理一轮复习 机械振动课件.ppt

一、机械振动及其相关概念1、机械振动：物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧所作的往复运动2、回复力：回复力是使物体回到平衡位置的力，它是按力的作用效果命名的，回复力可能是一个力，也可能是一个力的分力，还可能是几个力的合力。3、描述振动的物理量（1）位移x：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段，矢量。（2）振幅a：振动离开平衡位置的最大距离，标量，表示振动的强弱（3）周期t和频率f：当t和f是由振动系统本身的性质决定时（非受迫振动），则叫做固有周期和频率（物体的固有频率由物体的结构决定，改变物体的结构可改变物体的固有频率）。,二、简谐振动1、简谐运动：物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动。（1）受力特征：回复力f=-kx（2）运动特征：加速度a=-kx/m，方向与位移方向相反，总指向平衡位置简谐运动是一种变加速运动，在平衡位置时，速度最大，加速度为零；在最大位移处，速度为零，加速度最大。,2、描述简谐运动的物理量的动态变化（1）凡离开平衡位置的过程，v、ek均减小，x、f、a、ep均增大；凡向平衡位置移动时，v、ek均增大，x、f、a、ep均减小。（2）振子运动至平衡位置时，x、f、a为零，ep最小，v、ek最大；当x为a时，f、a、ep也最大，v、ek为零。（3）平衡位置两侧的对称点上，x、f、a、v、ek、ep的大小均相同。（4）ek、ep在相互转化中总量不变，振子机械能守恒。,3、简谐运动的特点（1）周期性由于简谐运动的周期性，因此，在处理实际问题中，要注意到多解的可能性或许要写出结果的通式，作简谐振动的质点，在一个周期内，通过的路程为4a，半个周期内，通过的路程为2a，但因时间起点不同，在小于半个周期的时间内所通过的路程不能由此比例类推。（2）对称性简谐运动的物体具有对平衡位置的对称性。例如：在平衡位置两侧对称点的位移大小、速度大小、加速度大小都分别相等；不计阻力时，振动过程在平衡位置两侧的最大位移相等。,三、受迫振动和共振1、受迫振动：物体在周期性变化的外力（驱动力）作用下的振动，叫做受迫振动。物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率没有关系。2、共振：共振是一种特殊的受迫振动，当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。,受迫振动的振幅与驱动力的频率的关系可用如图所示的共振曲线来表示，固表示振动物体的固有频率，当固时振幅最大声音的共振现象叫做共鸣,f,o,f固,3、共振的利用和防止利用共振：使驱动力的频率接近，直到等于振动系统的固有频率防止共振：使驱动力的频率远离振动系统的固有频率,四、单摆1、单摆：在一条不可伸长的、忽略质量的细线下端拴一质点，上端固定所构成的装置。秒摆的周期为2s、单摆振动可看作简谐运动的条件：说明（）单摆振动时的回复力不是线的拉力与重力的合力，而是重力沿切线方向的分力提供。（）单摆振动时，线的张力与重力沿摆线方向的分力的合力提供向心力，使单摆作圆周运动。（）在小振幅的条件下（）单摆的回复力满足条件：f=-kx,（）在平衡位置点，回复力为零，但合外力不为零、周期公式：,由公式可知在小振幅振动时，单摆的,振动的周期跟振幅和振子的质量都没关系,对单摆周期公式的理解：（）为等效摆长，是悬点到球心的距离（）与单摆所处物理环境有关，为等效重力加速度,不同星球表面，单摆处于超重或失重状态等效，如轨道上运行的卫星，完全失重，等效不论悬点如何运动还是受别的作用力，等效的取值总是单摆不振动时，摆线的拉力与摆球质量的比值，即等效,、摆钟快慢问题的分析方法摆钟快慢不同是由摆钟的周期变化引起的，若摆钟周期大于其准确钟的周期，则为慢钟，若摆钟周期小于其准确钟的周期，则为快钟。分析时应注意：（）由摆钟的机械构造所决定，无论准确与否，钟摆每完成一次全振动，摆钟所显示的时间都为一定值，也就是走时准确的摆钟的周期（）因钟面显示的时间总等于摆动次数乘以准确摆钟的周期t0，即t显=nt0，所以在同一时间t内，钟面指示时间之比等于摆动次数之比。对于走时不准确的摆钟，要计算其全振动的次数，不能用钟面上显示的时间除以其周期，而应以准确时间除以其周期，即n=t/t非,受迫振动与共振现象工厂里，有一台机器正在运转，当其飞轮转得很快的时候，机器的振动并不强烈，切断电源后，飞轮逐渐慢下来，到某一时刻t，机器发生强烈的振动，此后飞轮转得更慢，机器的振动又转而较弱，这种现象说明()a纯属偶然现象，并无规律b在时刻t,飞轮的惯性最大c在时刻t,飞轮转动的频率最大d在时刻t,飞轮转动的频率与机身的固有频率相等,d,把一个筛子用四根相同的弹簧支起来，筛子上装一个电动偏心轮，它转动过程中，给筛子以周期性的驱动力，这就做成了一个共振筛，筛子作自由振动时，完成20次全振动用时10s，在某电压下，电动偏心轮的转速是90r/min，已知增大电动偏心轮的驱动电压，可以使其转速提高，增加筛子的质量，可以增大筛子的固有周期，要使筛子的振幅增大，下列办法可行的是（）a降低偏心轮的驱动电压b提高偏心轮的驱动电压c增加筛子的质量d减小筛子的质量,bc,单摆周期公式的理解与运用如图所示，三根细线于o点处打结，a、b端固定在同一水平面上相距为l的两点上，使aob成直角三角形，bao=30，已知oc线长是l，下端c点系着一个小球，下面说法中正确的是（）a让小球在纸面内振动，周期t=2b让小球在垂直纸面方向振动，其周期t=2c让小球在纸面内振动，周期t=2d让小球在垂直纸面内振动，周期为t=2,a,o,a,b,c,在光滑水平面上的o点系一长为l的绝缘细线，线的一端系一质量为m,带电量为q的小球，当沿细线方向加上场强为e的匀强电场后，小球处于平衡状态，现给小球一垂直于细线的初速度v0，使小球在水平面上开始运动，若v0很小，则小球第一次回到平衡位置所需时间为。,摆钟时差问题的分析有一天体半径为地球半径的2倍，平均密度与地球相同，在地球表面走时准确的摆钟移到该天体的表面，秒针走一圈的实际时间为（）a1/2minb/2mincmind2min,b,一物体在某行星表面受到的万有引力是它在地球表面受到的万有引力的1/4，在地球上走得很准的摆钟搬到此行星表面上后，此钟的分针走一圈所经历的时间实际上是（）ahbhc2hd4h,c,振动过程中的能量问题如图，一原长为l0的轻质弹簧下端固定在水平地面上，其上端与一质量为m的重物连接，当重物静止时，弹簧保持竖直方向，长度为l1，先用力缓慢竖直向下将重物压至d点，此时弹簧的长度为l2，外力的大小为f，然后撤去外力f，重物将从静止开始沿竖直方向在d、c之间作简谐振动，b点是d、c的中点，已知重物运动到d点时弹簧的弹性势能为epd,运动到b点时物体的动能为ekb，则外力将重物压至d点的过程中所做的功为（）aekbbepdcfl2df(l1-l2),c,b,d,a,固定在水平面上的竖直轻弹簧上端与质量为m的物体a相连，静止时物块a位于p处，另有一质量为m的物块b，从a的正上方q处自由下落，与a发生碰撞立即具有相同的速度，然后a、b一起向下运动，将弹簧继续压缩后，物块a、b被反弹，下面是有关的几个结论：a、b反弹过程中，在p处物块b与a相分离a、b反弹过程中，在p处物块b与a仍未分离b可能回到q处b不可能回到q处其中正确的是（）abcd,a,p,q,b,d,记住：弹簧类两物体分离时的特点是速度相等，且加速度相等，两物体没有相互作用力,机械振动与动力学知识的综合两单摆摆长相同，平衡时两摆球刚好接触，现将摆球a在两摆线所在平面内向左拉一小角度后释放，碰撞后，两摆球分开各自做简谐运动，以mamb分别表示摆球在ab的质量，则()a如果mamb，下一次碰撞将发生在平衡位置右侧b如果mamb，下一次碰撞将发生在平衡位置左侧c无论两摆球的质量之比是多少，下一次碰撞都不可能在平衡位置右侧d无论两摆球的质量之比是多少，下一次碰撞都不可能在平衡位置左侧,cd,一轻质弹簧与质量为m的物体组成弹簧振子，物体在同一条竖直线上的a、b间做简谐运动，o为平衡位置，c为ao的中点，已知oc=h，振子的周期为t，某时刻物体恰好经过c点并向上运动，则从此时刻开始的半个周期时间内下列说法错误的是（）a重力做功2mghb重力的冲量大小为mgt/2c合外力的冲量为零d合外力做功为零,c,将质量为ma=100g的平台a连接在劲度系数k=200n/m的弹簧上端，弹簧下端固定在地上，形成竖直方向的弹簧振子，在a的上方放置mb=ma的物体b，使a、b一起上下振动，弹簧原长为5cm,a的厚度可忽略不计,g取10m/s2,求：当系统做小振幅简谐振动时，a的平衡位置离地面c多高？当振幅为0.5cm时，b对a的最大压力有多大？为使b在振动中始终与a接触，振幅不能超过多大？,b,a,c,(1)4cm(2)1.5n(3)振幅不能超过1cm,五、简谐运动的图像1、物理意义：表示振动物体的位移随时间变化的规律，振动图像不是质点的运动轨迹2、特点：只有简谐运动的图像才是正弦（或余弦）曲线3、作图：以横轴表示时间，纵轴表示位移4、根据简谐运动图像分析简谐运动情况的基本方法（1）从简谐运动图像可以直接读出不同时刻t的位移值,（2）在简谐运动图像中，用作曲线上某点切线的办法可确定各时刻质点的速度大小和方向，切线与x轴正方向夹角小于90时，速度与选定的正方向相同，且夹角越大表示此时速度越大。当切线与x轴正方向的夹角大于90时，速度方向与选定的正方向相反，且夹角越大，表明此时的速度越小（3）由于a=-kx/m，故可以根据图像上各个时刻的位移变化情