第八章第4课时机械振动课件-高考物理一轮复习()-1

第八章机械振动与机械波第41课时机械振动目标要求1.知道简谐运动的概念，掌握简谐运动的特征，理解简谐运动的表达式和图像。2.知道什么是单摆，熟记单摆的周期公式。3.理解受迫振动和共振的概念，了解产生共振的条件。课时精练内容索引考点一简谐运动的基本规律考点二简谐运动的表达式和图像考点三受迫振动和共振1.简谐运动：如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向

，这样的运动就是简谐运动。2.平衡位置：物体在振动过程中

为零的位置。3.回复力(1)定义：使物体在

附近做往复运动的力。(2)方向：总是指向

。简谐运动的基本规律考点一平衡位置回复力平衡位置平衡位置4.简谐运动的特点受力特点回复力F=___，F(或a)的大小与x的大小成_____，方向_____运动特点靠近平衡位置时，a、F、x都_____，v_____；远离平衡位置时，a、F、x都_____，v_____(填“增大”或“减小”)能量特点对同一个振动系统，振幅越大，能量越___。在运动过程中，动能和势能相互转化，系统的机械能_____正比相反减小增大增大减小大守恒-kx5.弹簧振子和单摆比较模型弹簧振子单摆示意图

简谐运动的条件①弹簧质量要忽略②无摩擦等阻力③在弹簧弹性限度内①摆线为不可伸缩的轻细线②无空气阻力等③最大摆角小于5°模型弹簧振子单摆回复力弹簧______提供摆球_____沿与摆线垂直方向(即切向)的分力(不是摆球所受的合外力)提供平衡位置弹簧处于_________处________周期*T=2πT=2π弹力重力自然长度最低点判断正误

×√××

如图所示，一质点做简谐运动，先后以相同的速度依次通过M、N两点，历时1s，质点通过N点后再经过1s又第2次通过N点，在这2s内质点通过的总路程为12cm。则质点的振动周期和振幅分别为A.3s、6cm B.4s、6cmC.4s、9cm D.2s、8cm例1√

拓展1质点由M到O点的运动过程中质点的加速度、速度如何变化？系统机械能如何变化？答案质点由M到O的过程中速度增大，加速度减小，机械能不变。拓展2质点动能变化的周期是多少？

总结提升简谐运动的周期性与对称性周期性做简谐运动的物体的位移、回复力、加速度和速度均随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为总结提升对称性

(1)如图所示，做简谐运动的物体经过关于平衡位置O点对称的两点P、P'(OP=OP')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)物体由P到O所用的时间等于由O到P'所用的时间，即tPO=tOP'(3)物体往复运动过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等，即tOP=tPO(4)相隔(n为正整数)的两个时刻，物体位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度大小相等，方向相反

(2022·海南卷·4)在同一地方，甲、乙两个单摆做振幅不同的简谐运动，其振动图像如图所示，可知甲、乙两个单摆的摆长之比为A.2∶3 B.3∶2 C.4∶9 D.9∶4例2√

返回简谐运动的表达式和图像考点二1.简谐运动的表达式x=

，ωt+φ为

，φ为

，ω为圆频率，ω与周期T的关系为ω=____。2.简谐运动的振动图像表示做简谐运动的物体的

随时间变化的规律，是一条正弦曲线。相位Asin(ωt+φ)初相位

位移(来自教材)如图为某物体做简谐运动的图像，在0~1.5s范围内回答下列问题。(1)哪些时刻物体的回复力与0.4s时的回复力相同？讨论交流答案0.6s，1.2s，1.4s

(2)哪些时刻物体的速度与0.4s时的速度相同？答案0.2s，1.0s，1.2s

(3)哪些时刻的动能与0.4s时的动能相同？答案0，0.2s，0.6s，0.8s，1.0s，1.2s，1.4s

(4)哪段时间的加速度在减小？答案0.1~0.3s，0.5~0.7s，0.9~1.1s，1.3~1.5s

(5)哪段时间的势能在增大？答案0~0.1s，0.3~0.5s，0.7~0.9s，1.1~1.3s

(2024·福建卷·2)如图(a)，装有砂粒的试管竖直静浮于水中，将其提起一小段距离后释放，一段时间内试管在竖直方向的振动可视为简谐运动。取竖直向上为正方向，以某时刻作为计时起点，试管振动图像如图(b)所示，则试管A.振幅为2.0cmB.频率为2.5HzC.在t=0.1s时速度为零D.在t=0.2s时加速度方向竖直向下例3√

例4√

从振动图像可获取的信息1.振幅A、周期T(或频率f)和初相位φ0(如图所示)。2.某时刻振动质点离开平衡位置的位移。3.某时刻质点速度的大小和方向：曲线上各点切线的斜率的绝对值和正负分别表示各时刻质点的速度大小和方向，速度的方向也可根据下一相邻时刻质点的位移的变化来确定。4.某时刻质点的回复力和加速度的方向：回复力总是指向平衡位置，回复力和加速度的方向相同。5.某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势能的变化情况。总结提升返回受迫振动和共振考点三1.受迫振动(1)概念：系统在驱动力作用下的振动。(2)振动特征：物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于_______的频率，与物体的固有频率

。2.共振(1)概念：当驱动力的频率等于物体的

时，物体做受迫振动的振幅达到

的现象。(2)共振的条件：驱动力的频率等于物体的

。(3)共振的特征：共振时

最大。驱动力无关固有频率最大固有频率振幅(4)共振曲线(如图所示)。f=f0时，A=

，f与f0相差越大，物体做受迫振动的振幅

。越小Am判断正误1.物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率有关。(

)2.物体在发生共振时的振动是受迫振动。(

)3.驱动力的频率越大，物体做受迫振动的振幅越大。(

)×√×

如图所示，松果采摘机利用了机械臂抱紧树干，通过采摘振动头振动而摇动树干，使得松果脱落，则A.工作中，树干的振动频率可能大于采摘振动头

的振动频率B.采摘振动头停止振动，则树干的振动频率逐渐

减小C.采摘振动头振动频率越大，落果效果越好D.对于粗细不同的树干可以调整采摘振动头的频率以达到最佳采摘效果例5√树干在采摘振动头的振动下做受迫振动，则稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与采摘振动头的振动频率相同，故A错误；采摘振动头停止振动，则树干的振动频率不变，振幅减小，故B错误；当采摘振动头的振动频率等于树干的固有频率时产生共振，此时树干的振幅最大，落果效果最好，因此采摘振动头振动频率越大，落果效果不一定越好，故C错误；对于粗细不同的树干，其固有频率一般不同，可以调整采摘振动头的频率等于树干的固有频率达到共振，使采摘效果最佳，故D正确。简谐运动、受迫振动和共振的比较总结提升返回振动项目简谐运动受迫振动共振受力情况受回复力受驱动力作用受驱动力作用振动周期、频率由系统本身性质决定，即固有周期T0和固有频率f0由驱动力的周期和频率决定，即T=T驱，f=f驱T驱=T0，f驱=f0振动能量振动系统的机械能不变由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆(θ<5°)机械工作时底座发生的振动共振筛、声音的共鸣等课时精练对一对答案123456789题号12345678答案AACDCCADDBACD题号9答案C1.如图所示，小球在BC之间做简谐运动，当小球位于O点时，弹簧处于原长，在小球从C运动到O的过程中A.动能不断增大，加速度不断减小B.回复力不断增大，系统机械能守恒C.弹性势能不断减小，加速度不断增大D.弹性势能不断增大，加速度不断减小√123456789基础落实练答案123456789答案做简谐运动的小球，从C到O的过程中逐渐靠近平衡位置，速度方向指向平衡位置，弹簧弹力充当回复力，也指向平衡位置，故速度方向与受力方向相同，所以合外力做正功，动能增大；同时由于偏离平衡位置的位移减小，由回复力公式F=-kx可知，回复力逐渐减小，根据牛顿第二定律可知

F=-kx=ma，故加速度不断减小，故A正确；由上述分析可知回复力不断减小，整个系统只有系统内的弹簧弹力做功，故系统的机械能守恒，故B错误；在小球从C到O的过程中，弹簧形变量逐渐减小，故弹性势能逐渐减小，同时由上述分析可知，加速度也逐渐减小，故C、D错误。2.(多选)如图，在研究单摆的运动规律过程中，测得单摆40次全振动所用的时间为80s，已知当地的重力加速度大小g取9.8m/s2，π2≈9.8，下列有关该单摆的说法中正确的是A.单摆做简谐运动时，在速度增大的过程中回复力

一定减小B.单摆做简谐运动的周期为3sC.单摆的摆长约为1mD.若把单摆放在月球上，则其摆动周期变大√123456789答案√√123456789答案

3.(2024·甘肃卷·5)如图为某单摆的振动图像，重力加速度g取10m/s2，下列说法正确的是A.摆长为1.6m，起始时刻速度最大B.摆长为2.5m，起始时刻速度为零C.摆长为1.6m，A、C点的速度相同D.摆长为2.5m，A、B点的速度相同123456789√答案123456789答案

起始时刻位于正向最大位移处，速度为零，且A、C点的速度相同，A错误，C正确。4.轿车的“悬挂系统”是指由车身与轮胎间的弹簧及避震器组成的整个支持系统。已知某型号轿车“悬挂系统”的固有频率是2Hz。如图所示，这辆汽车正匀速通过某路口的条状减速带，已知相邻两条减速带间的距离为1.0m，该车经过该减速带过程中，下列说法正确的是A.当该轿车通过减速带时，车身上下振动的频率

均为2Hz，与车速无关B.该轿车通过减速带的速度越大，车身上下颠簸

得越剧烈C.当该轿车以2m/s的速度通过减速带时，车身上

下颠簸得最剧烈D.当该轿车以不同速度通过减速带时，车身上下颠簸的剧烈程度一定不同123456789答案√123456789答案

√123456789答案√123456789答案

6.(2024·北京卷·9)图甲为用手机和轻弹簧制作的一个振动装置。手机加速度传感器记录了手机在竖直方向的振动情况，以向上为正方向，得到手机振动过程中加速度a随时间t变化的曲线为正弦曲线，如图乙所示。下列说法正确的是A.t=0时，弹簧弹力为0B.t=0.2s时，手机位于平衡位置上方C.从t=0至t=0.2s，手机的动能增大D.a随t变化的关系式为a=4sin(2.5πt)m/s