2020屆高考物理總復習 第十四單元 課時1 機械振動課件 新人教版.ppt
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第十四單元,選修3-4,,,,課時1機械振動,磨劍：課前自學,,悟劍：課堂精講,,,必備知識,,1.簡諧運動及表達式(1)簡諧運動:質點所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成正比,并且總是指向平衡位置。平衡位置:物體在振動過程中回復力為零的位置。回復力:①定義,使物體返回到平衡位置的力。②方向,總是指向平衡位置。③來源,屬于效果力,可以是某一個力,也可以是幾個力的合力或某個力的分力。(2)簡諧運動的表達式:①動力學表達式為F=-kx,其中“-”表示回復力與位移的方向相反。②運動學表達式為x=Asin(ωt+φ),其中A代表振幅,ω=2πf表示簡諧運動的快慢,ωt+φ代表簡諧運動的相位,φ叫作初相?！緶剀疤崾尽亢喼C運動的平衡位置不是質點所受合力為零的位置,是回復力為零的位置。,,2.簡諧運動圖象(1)簡諧運動的圖象:①從平衡位置開始計時,函數(shù)表達式為x=Asinωt,圖象如圖甲所示。②從最大位移處開始計時,函數(shù)表達式為x=Acosωt,圖象如圖乙所示。,(2)簡諧運動的振動圖象:物理意義,表示振動物體的位移隨時間變化的規(guī)律。橫軸表示時間,縱軸表示質點在不同時刻偏離平衡位置的位移。需要注意的是振動圖象不是質點的運動軌跡。簡諧運動的振動圖象為正(余)弦函數(shù)曲線。,,(3)振動圖象的應用:①可讀取A、T及各時刻的位移;②判斷v、x、f、a的方向及變化情況和Ek、Ep的變化情況。,【溫馨提示】(1)簡諧運動的圖象并非振動質點的運動軌跡。(2)做簡諧運動的質點經(jīng)過平衡位置時,回復力一定為零,但所受合力不一定為零。(3)由于簡諧運動具有周期性和對稱性,因此涉及簡諧運動時往往出現(xiàn)多解,分析時應特別注意。位移相同時回復力、加速度、動能和勢能等可以確定,但速度可能有兩個方向,由于周期性運動時間也不能確定。,,3.受迫振動和共振受迫振動的振動頻率:當物體做受迫振動時,振動穩(wěn)定后的頻率等于驅動力的頻率,跟物體的固有頻率無關?！緶剀疤崾尽?1)無論發(fā)生共振與否,受迫振動的頻率都等于驅動力的頻率,但只有發(fā)生共振現(xiàn)象時振幅才能達到最大。(2)受迫振動系統(tǒng)中的能量轉化不再只有系統(tǒng)內部動能和勢能的轉化,還有驅動力對系統(tǒng)做正功,補償系統(tǒng)因克服阻力而損失的機械能。,,,B,基礎過關,,1.(2018湖北宜昌單元檢測)做簡諧運動的物體,當它每次經(jīng)過同一位置時,可能不同的物理量是()。A.位移B.速度C.加速度D.回復力,,A,2.(2018福建龍巖質檢)有一彈簧振子,振幅為0.8cm,周期為0.5s,初始時具有負方向的最大加速度,則它的振動方程是()。,,C,3.(2018陜西銅川摸底考試)甲、乙兩彈簧振子的振動圖象如圖所示,則可知()。,A.兩彈簧振子完全相同B.兩彈簧振子所受回復力最大值之比F甲∶F乙=2∶1C.當振子甲的速度為零時,振子乙的速度最大D.兩振子的振動頻率之比f甲∶f乙=2∶1,,BC,4.(2019安徽淮北階段考試)(多選)某單擺做小角度擺動,其振動圖象如圖所示,則下列說法正確的是()。,A.t1時刻擺球速度最大,擺球向心加速度最大B.t2時刻擺球速度最大,懸線對它的拉力最大C.t3時刻擺球速度為零,擺球所受回復力最大D.t4時刻擺球速度為零,擺球處于平衡狀態(tài),,200,5.(2018山西太原質量調研)蜘蛛雖有8只眼睛,但視力很差,完全靠感覺來捕食和生活,它的腿能敏銳地感覺到絲網(wǎng)的振動,當絲網(wǎng)的振動頻率f=200Hz左右時,網(wǎng)的振幅最大,那么當落在網(wǎng)上的昆蟲翅膀振動的頻率為Hz左右時,蜘蛛感到絲網(wǎng)振動最為強烈。,,CDE,6.(2018江西南昌階段考試)(多選)某同學利用單擺測得g值比當?shù)貥藴手灯?其原因可能是()。A.測量擺長時忘記加上小球半徑B.振幅過小C.將擺長當成了擺線長和球直徑之和D.擺動次數(shù)多記了一次E.小球不是在豎直平面內擺動F.擺球質量過大,空氣阻力影響,,BC,7.(2018河北保定單元檢測)(多選)某同學利用單擺測量重力加速度。為了使測量誤差盡量小,下列說法正確的是()。A.組裝單擺須選用密度和直徑都較小的擺球B.組裝單擺須選用輕且不易伸長的細線C.實驗時須使擺球在同一豎直面內擺動D.在擺長一定的情況下,擺的振幅盡量大,,AD,,甲,乙,,B,,,,一簡諧運動的規(guī)律,,2.兩種振動模型的分析與對比,,,例1,AB,(多選)如圖,輕彈簧上端固定,下端連接一小物塊,物塊沿豎直方向做簡諧運動。以豎直向上為正方向,物塊簡諧運動的表達式為y=0.1sin(2.5πt)m。t=0時,一小球從距物塊h高處自由落下;t=0.6s時,小球恰好與物塊處于同一高度。取重力加速度的大小g=10m/s2。以下判斷正確的是()。A.h=1.7mB.簡諧運動的周期是0.8sC.0.6s內物塊運動的路程是0.2mD.t=0.4s時,物塊與小球的運動方向相反,,規(guī)律小結,首先要搞清簡諧振動的特點及自由落體運動的規(guī)律;然后通過物塊及小球的位置關系進行討論。,,變式1,BD,(多選)一列簡諧橫波在t0時刻的波形圖如圖甲所示,a、b、c、d分別為介質中的4個質點。該波的周期為T,則下列判斷中正確的是()。,,,二簡諧運動圖象的理解和應用,1.根據(jù)簡諧運動圖象可獲取的信息(1)振幅A、周期T(或頻率f)和初相位φ(如圖甲所示)。(2)某時刻振動質點離開平衡位置的位移。(3)某時刻質點速度的大小和方向:曲線上各點切線的斜率的大小和正負分別表示各時刻質點的速度的大小和方向,速度的方向也可根據(jù)下一時刻質點的位移的變化來確定。,(4)某時刻質點的回復力和加速度的方向:回復力總是指向平衡位置,回復力和加速度的方向相同,在圖象上總是指向t軸。(5)某段時間內質點的位移、回復力、加速度、速度、動能和勢能的變化情況。,,【溫馨提示】運動的對稱性是振動問題考查的一個難點,運動的對稱性把握三處位置,即關于平衡位置對稱的位置、運動時間相差半周期的奇數(shù)倍的位置、運動時間相差周期的整數(shù)倍的位置。,,例2,ABD,(多選)一水平彈簧振子沿x軸方向做簡諧運動,平衡位置在坐標原點,向x軸正方向運動時彈簧被拉伸,振子的振動圖象如圖所示,已知彈簧的勁度系數(shù)為20N/cm,振子質量m=0.1kg,則()。,A.圖中A點對應的時刻振子所受的回復力大小為5N,方向指向x軸的負方向B.圖中A點對應的時刻振子的速度方向指向x軸的正方向C.圖中A點對應的時刻振子的加速度大小為5m/s2D.在0~4s內振子通過的路程為4cmE.在0~4s內振子做了1.75次全振動,,規(guī)律小結,求解簡諧運動問題時,要緊緊抓住一個模型——水平方向振動的彈簧振子,熟練掌握振子的振動過程以及振子振動過程中各物理量的變化規(guī)律,看到振動圖象,頭腦中立即呈現(xiàn)出一幅彈簧振子振動的圖景,再把問題一一對應、分析求解。,,三單擺及其周期問題,,,例3,如圖甲是一個單擺振動的情形,O是它的平衡位置,B、C是擺球所能到達的最遠位置。設向右為正方向。圖乙是這個單擺的振動圖象。根據(jù)圖象回答:,(1)單擺振動的頻率是多大?(2)開始時擺球在何位置?(3)若當?shù)氐闹亓铀俣葹?0m/s2,求這個單擺的擺長是多少?(計算結果保留2位有效數(shù)字),(1)1.25Hz(2)B點(3)0.16m,,,變式2,(1)9.78m/s2(2)7.02s,一根擺長為2m的單擺,在地球上某地振動時,測得完成100次全振動所用的時間為284s。(計算結果保留3位有效數(shù)字)(1)求當?shù)氐闹亓铀俣萭。(2)該單擺拿到月球上去,已知月球的重力加速度是1.60m/s2,單擺振動周期是多少?,,,四用單擺測定加速度,1.實驗原理與操作,,,例4,低2.05s,在“用單擺測定重力加速度”的實驗中:(1)擺動時偏角滿足的條件是偏角小于5,為了減小測量周期的誤差,計時開始時,擺球應經(jīng)過最(選填“高”或“低”)點,且用停表測量單擺完成多次全振動所用的時間,求出周期。圖甲中停表示數(shù)為一單擺全振動50次所用的時間,則單擺振動周期為。,(2)用最小刻度為1mm的刻度尺測擺長,測量情況如圖乙所示。O為懸掛點,從圖乙中可知單擺的擺長為m。(3)若用L表示擺長,T表示周期,那么重力加速度的表達式為g=。,0.9980,,(4)考慮單擺振動時空氣浮力的影響,學生甲說:“因為空氣浮力與擺球重力方向相反,它對球的作用相當于重力加速度變小,因此振動周期變大。”學生乙說:“浮力對擺球的影響好像用一個輕一些的擺球做實驗,因此振動周期不變?！眲t。A.甲的說法正確B.乙的說法正確C.甲、乙的說法都是錯誤的,A,,,五受迫振動和共振,1.自由振動、受迫振動和共振的關系比較,,2.對共振的理解(1)共振曲線:如圖所示,橫坐標為驅動力頻率f,縱坐標為振幅A,它直觀地反映了驅動力頻率對某固有頻率為f0的振動系統(tǒng)受迫振動振幅的影響,由圖可知,f與f0越接近,振幅A越大。當f=f0時,振幅A最大。,(2)受迫振動中系統(tǒng)能量的轉化:做受迫振動的系統(tǒng)的機械能不守恒,系統(tǒng)與外界時刻進行能量交換。,,例5,下表記錄了某受迫振動的振幅隨驅動力頻率變化的關系,若該振動系統(tǒng)的固有頻率為f固,則()。,A.f固=60HzB.60Hz
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