高考物理大一轮复习 专题十三 机械振动 机械波 第1讲 机械振动课件

1、专题十三机械振动机械波,光,电磁波相对论简介,(续表),第1讲机械振动,一、简谐运动 1.定义：物体在跟位移大小成正比并且总是指向平衡位置,的_作用下的振动.,回复力,零,2.平衡位置：物体在振动过程中回复力为_的位置.,3.回复力,平衡位置,平衡位置,(1)定义：使物体返回到_的力. (2)方向：总是指向_. (3)来源：属于效果力，可以是某一个力，也可以是几个力 的合力或某个力的分力.,4.两个典型的简谐运动模型,【基础检测】 1.(多选)弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动，在振子向,),着平衡位置运动的过程中，下列说法正确的是( a.振子所受的回复力逐渐减小 b.振子离开平衡位置的位移逐

2、渐增大 c.振子的速度逐渐增大 d.振子的加速度逐渐增大 e.振子的机械能守恒 答案：ace,二、简谐运动的规律和图象 1.简谐运动的规律 (1)变化规律,(2)对称规律,对称性,相同,相反,做简谐运动的物体，在关于平衡位置对称的两点，回复 力、位移、加速度具有等大反向的关系，另外速度的大小、动 能具有_，速度的方向可能_或_. 振动物体来回通过相同的两点间的时间相等，如tbc tcb；振动物体经过关于平衡位置对称的等长的两线段的时间相 等，如tbc_tbc，如图1311所示. 图 13-1-1,(3)运动的周期性特征 相隔 t 或 nt 的两个时刻振动物体处于同一位置且振动状态 相同.,2.

3、简谐运动的图象,asin t,(1)从平衡位置开始计时，函数表达式为 x_， 图象如图 13-1-2 甲所示. 图 13-1-2,(2)从最大位移处开始计时，函数表达式为 x_，,图象如图乙所示.,acos t,(3)图象的意义：反映了位移随时间的变化规律.随时间的延 长而延伸，图象不是质点运动的轨迹.,【基础检测】 2.(多选)关于简谐运动的位移、加速度和速度的关系，下列,a.位移减小时，加速度减小，速度也减小 b.位移方向总是与加速度方向相反，与速度方向相同 c.物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向与位移方向 相反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同 d.物体向负方向运动时，加速度方

4、向与速度方向相同；向 正方向运动时，加速度方向与速度方向相反 e.速度和加速度不可能同时增大 答案：abd,三、受迫振动和共振 1.受迫振动 (1)定义：质点在_作用下的运动. (2)特点：受迫振动的周期和频率_驱动力的周期和,频率.,驱动力,等于,大,2.共振：当驱动力的周期和频率等于物体的固有周期和频 率时，受迫振动的振幅最_，这种现象叫共振.,【基础检测】 3.汽车的车身是装在弹簧上的，如果这个系统的固有周期 是 1.5 s，汽车在一条起伏不平的路上行驶，路上各凸起处大约 都相隔 8 m，汽车以多大速度行驶时，车身上下颠簸得最剧烈？ 解：汽车做受迫振动，经过相邻的凸起所用的时间为受迫 振

5、动的周期，根据共振的条件t固t驱1.5 s时振动最剧烈， 所以汽车速度为,考点1,简谐运动的特征,重点归纳 1.力学特征：简谐运动的回复力满足 fkx，位移 x 与回 复力的方向相反.由牛顿第二定律知，加速度 a 与位移的大小成 正比，方向相反. 2.运动特征：当 v、a 同向(即 v、f 同向，也就是 v、x 反向) 时，v 一定增大；当 v、a 反向(即 v、f 反向，也就是 v、x 同向) 时，v 一定减小.当物体靠近平衡位置时，a、f、x 都减小，v 增大；当物体远离平衡位置时，a、f、x 都增大，v 减小.,3.能量特征：对弹簧振子和单摆来说，振幅越大，能量越 大，在振动过程中，动能

6、和势能相互转化，机械能守恒. 4.周期性特征：物体做简谐运动时，其位移、回复力、加 速度、速度等矢量都随时间做周期性的变化，它们的周期就是 简谐运动的周期 t.物体的动能和势能也随时间做周期性的变,5.对称性特征,(1)速率的对称性：物体在关于平衡位置对称的两位置具有,相等的速率.,(2)时间的对称性：物体通过关于平衡位置对称的两段位移 的时间相等.在振动过程中，物体通过任意两点 a、b 的时间与 逆向通过这两点的时间相等.,(3)加速度的对称性：物体在关于平衡位置对称的两位置具,有等大、反向的加速度.,典例剖析,例 1：(2013 年新课标全国卷)如图13-1-3 所示，一轻弹 簧一端固定，

7、另一端连接一物块构成弹簧振子，该物块是由 a、 b 两个小物块粘在一起组成的.物块在光滑水平面上左右振动， 振幅为 a0，周期为 t0.当物块向右通过平衡位置时，a、b 之间 的粘胶脱开；以后小物块 a 振动的振幅和周期分别为 a 和 t， 则a_a0(填“”“”“”或 “”).,图 13-1-3,思维点拨：由题意可知，a、b 脱离后，b 做匀速直线运动， a 做简谐运动，故简谐运动的能量减小，振幅减小，周期变小. 解析：当物块向右通过平衡位置时，脱离前：,答案：,考点2,简谐运动图象的应用,重点归纳 (1)由图象可以看出振幅、周期. (2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移. (3)可以根

8、据图象确定某时刻质点回复力、加速度和速度的 方向. 回复力和加速度的方向：因回复力总是指向平衡位置， 故回复力和加速度在图象上总是指向 t 轴. 速度的方向：速度的方向可以通过下一时刻位移的变化 来判定，若下一时刻位移增大，振动质点的速度方向就是远离 t 轴；若下一时刻位移减小，振动质点的速度方向就是指向 t 轴.,典例剖析 例 2：(多选，2016 年湖北襄阳检测)如图13-1-4甲所示为 一弹簧振子自由振动(即做简谐运动)时的位移随时间变化的图 象，图乙为该弹簧振子在某外力的作用下做受迫振动时的位移,),乙,随时间变化的图象，则下列说法中正确的是( 甲 图 13-1-4,a.由图甲可知该弹

9、簧振子的固有周期为 4 s b.由图乙可知该弹簧振子的固有周期为 8 s c.由图乙可知外力的周期为 8 s,d.如果改变外力的周期，在接近 4 s 的附近该弹簧振子的振,幅较大,e.如果改变外力的周期，在接近 8 s 的附近该弹簧振子的振,幅较大,解析：如题图甲所示是弹簧振子自由振动时的图象，由图 甲可知，其振动的固有周期为 4 s，a 正确，b 错误；图乙是弹 簧振子在驱动力作用下的振动图象，弹簧振子的振动周期等于 驱动力的周期，即 8 s，c 正确；当固有周期与驱动力的周期相 等时，其振幅最大，驱动力的周期越接近固有周期，弹簧振子 的振幅越大，d 正确，e 错误.,答案：acd,备考策略：弹簧振子自由振动的周期是固有周期，受迫振 动的周期等于驱动力的周期；当受迫振动的周期与弹簧振子的 固有周期相等时，发生共振，受迫振动的振幅最大.,【考点练透】,如图 13-1-5 甲所示，竖直悬挂的弹簧振子下端装有记录笔， 在竖直平面内放置记录纸.当振子上下自由振动时，振动频率为 10 hz.现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，并以 水平向左的速度 v5 m/s 匀速拉动记录纸，记录笔在纸上留下,记录的痕迹，建立坐标系，测得的数据如图乙所示，则弹簧振 子振动的振幅为_，频率为_，若将匀速转动把 手的周期