2020选考物理-选修3-4-第十一章-第1讲-机械振动课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018-12-3,#,1,2020选考物理-选修3-4-第十一章-第1讲-机械振动课件,选考导航,知识内容,考试要求,历次选考统计,2016/04,2016/10,2017/04,2017/11,2018/04,2018/11,机械振动,简谐运动,b,15,简谐运动的描述,c,15,15,简谐运动的回复力和能量,b,15,单摆,c,15,21,21,外力作用下的振动,b,机械波,波的形成和传播,B,16,波的图象,b,15,15,16,波长、频率和波速,c,14,15,15,16,16,波的衍射和干涉,b,15,15,多普勒效应,b,惠更斯原理,b,选考导航知识内容考试要求历次选考统计2016/04201,光,光的反射与折射,c,14,14,全反射,c,14,14,光的干涉,c,14,16,光的衍射,b,14,光的偏振,b,光的颜色、色散,b,激光,a,电磁波,电磁波的发现,a,电磁振荡,c,电磁波的发射和接收,b,电磁波与信息化社会,a,电磁波谱,a,光光的反射与折射c1414全反射c1414光,实验,14,探究单摆周期与摆长的关系,21,实验,15,测定玻璃的折射率,21,实验,16,用双缝干涉测量光的波长,(,同时练习使用游标型测量头,),21,实验14探究单摆周期与摆长的关系21实验15,第,1,讲机械振动,第1讲机械振动,知识排查,简谐运动,1.,概念：,如果质点的位移与时间的关系,遵从,_,函数,的规律，即它的振动图象是一,条,_,曲线,，这样的振动叫做简谐运动。,正弦,正弦,知识排查简谐运动1.概念：如果质点的位移与时间的关系遵从_,2,.,描述简谐运动的物理量,(1),位移,x,：,由,_,指向,振动质点所在位置的有向线段，,是,_,量,。,(2),振幅,A,：振动物体离开平衡位置,的,_,，,是标量，表示振动的强弱。,(3),周期,T,和频率,f,：做简谐运动的物体,完成,_,所,需的时间叫周期；而频率则等于单位时间内,完成,_,。,它们均是表示振动快慢的物理量，二者互为倒数。,平衡位置,矢,最大距离,一次全振动,全振动的次数,2.描述简谐运动的物理量(1)位移x：由_,3.,简谐运动的表达式,(1),动力学表达式：,F,kx,，,F,指回复力，回复力大小总是与它偏离平衡位置的位移大小,成,_,，,并且总是,指向,_,。,(2),运动学表达式：,x,_,，,其中,A,代表振幅，角速度,2,f,，,(,t,),表示简谐运动的相位，,叫做初相位。,A,sin (,t,),正比,平衡位置,4.,简谐运动的图象,(,1),简谐运动的图象：是一条正弦曲线，表示做简谐运动的,质点,_,随时,间变化的规律。,(,2),图象的应用：医院里,的,_,、,地震仪中绘制地震曲线的装置。,位移,心电图,3.简谐运动的表达式(1)动力学表达式：Fkx，F指回复,1.,回复力,简谐运动的回复力和能量,项目,内容,定义,振动质点受到的总能使其,回到,_,的,力,方向,指向,_,表达式,F,_,kx,平衡位置,平衡位置,2.,简谐运动的动力学特征,如果,质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小,成,_,，,并且总是,指向,_,，,质点的运动就是简谐运动。,正比,平衡位置,1.回复力简谐运动的回复力和能量项目内容定义振动质点受到的总,3,.,振动系统,(,弹簧振子,),的状态与能量的对应关系,弹簧,振子运动的过程,就是,_,和,_,互相,转化的过程。,在最大位移处,，,_,最大，,_,为,零。,在平衡位置处,，,_,最大，,_,最小,。,4,.,简谐运动的能量特点,在,简谐运动中，振动系统的,机械能,_,，,而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一,种,_,的,模型。,动能,势能,势能,动能,动能,势能,守恒,理想化,3.振动系统(弹簧振子)的状态与能量的对应关系动能势能势能动,1.,定义,：用细线悬挂一小球，上端固定，如果悬挂小球的细线的形变和质量可以忽略，线长又比球的直径大得多，这样的装置叫单摆。单摆是实际摆,的,_,化,模型。,2.,单摆的回复力,：回复力为球重力,沿,_,方向,的分力，单摆做简谐运动的条件是最大摆,角,_,。,3.,周期公式,：,T,_,，,是荷兰,物理学家,_,发现,的；单摆的等时性是指周期,与,_,无关,。,单摆,理想,切线,小于,5,惠更斯,振幅,1.定义：用细线悬挂一小球，上端固定，如果悬挂小球的细线的形,1.,受迫振动,：振动系统在,周期性,_,作用,下的振动。,2.,受迫振动的特点,：受迫振动稳定时，系统的,振动频率,_,驱动力,的频率，跟振动系统的固有频率无关。,3.,共振,：做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当,二者,_,时,，振幅达到最大，这就是共振现象。,受迫振动与共振,驱动力,等于,相等,1.受迫振动：振动系统在周期性_作用下的振动,小题速练,1.,思考判断,(,1),简谐运动的平衡位置就是质点所受合力为零的位置,(,),(,2),做简谐运动的质点先后通过同一点，回复力、速度、加速度、位移都是相同的,(,),(,3),做简谐运动的质点，速度增大时，其加速度一定减小,(,),(,4),简谐运动的回复力肯定不是恒力,(,),(,5),弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零，动能为零,(,),(,6),物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关,(,),(,7),发生共振时，驱动力可能对系统做正功，也可能对系统做负功,(,),答案,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),小题速练1.思考判断,2.,关于简谐运动的位移、加速度和速度的关系，下列说法中正确的是,(,),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，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,解析,位移减小时，加速度减小，速度增大，,A,错误；位移方向总是与加速度方向相反，与速度方向有时相同，有时相反，,B,、,D,错误，,C,正确。,答案,C,2.关于简谐运动的位移、加速度和速度的关系，下列说法中正确的,3.(,多选,),下列说法正确的是,(,),A,.,在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比,B,.,弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变,C,.,在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单摆做简谐振动的周期越小,D,.,已知弹簧振子初始时刻的位置及其振动周期，就可知振子在任意时刻运动速度的方向,3.(多选)下列说法正确的是(),答案,AB,答案AB,简谐运动的规律,简谐运动的五个特征,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,与位移的大小成正比，方向相反。,简谐运动的规律简谐运动的五个特征,2,.,运动特征,(1),当,v,、,a,同向,(,即,v,、,F,同向，也就是,v,、,x,反向,),时，,v,一定增大。,(2),当,v,、,a,反向,(,即,v,、,F,反向，也就是,v,、,x,同向,),时，,v,一定减小。,(3),当物体靠近平衡位置时，,a,、,F,、,x,都减小，,v,增大。,(4),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，动能和势能相互转化，机械能守恒。,2.运动特征(1)当v、a同向(即v、F同向，也就是v、x反,4,.,周期性特征,4.周期性特征,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。,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,【典例】,一弹簧振子做简谐运动，下列说法正确的是,(,),A,.,若位移为负值，则速度一定为正值,B,.,振子通过平衡位置时，速度为零,C,.,振子每次通过平衡位置时，速度相同,D,.,振子每次通过同一位置时，速度不一定相同,解析,在简谐运动中，速度方向可能与位移方向相同，也可能相反，选项,A,错误；振子每次通过平衡位置时，速度都最大，但速度方向可能相同，也可能相反，选项,B,、,C,错误，,D,正确。,答案,D,【典例】一弹簧振子做简谐运动，下列说法正确的是(),1.,(2018,宁波模拟,),(,多选,),一弹簧振子做简谐运动，它所受的回复力,F,随时间,t,变化的图象为正弦曲线，如图,1,所示，下列说法正确的是,(,),A.,在,t,从,0,到,2 s,时间内，弹簧振子做减速运动,B.,在,t,1,3 s,和,t,2,5 s,时，弹簧振子的速度大小相等，方向相反,C.,在,t,2,5 s,和,t,3,7 s,时，弹簧振子的位移大小相等，方向相同,D.,在,t,从,0,到,4 s,时间内，,t,2 s,时刻弹簧振子所受回复力做功的功率最大,图,1,1.(2018宁波模拟)(多选)一弹簧振子做简谐运动，它所,解析,在,t,从,0,到,2 s,时间内，弹簧振子所受的回复力增大，说明位移在增大，振子做减速运动，选项,A,正确；从题图中可以看出，在,t,1,3 s,和,t,2,5 s,时，振子所受的回复力大小相等，振子的速度大小相等，速度方向相同，选项,B,错误；从题图中可以看出，在,t,2,5 s,和,t,3,7 s,时，回复力大小相等，方向相同，则有弹簧振子的位移大小相等，方向相同，选项,C,正确；从题图中可以看出，,t,2 s,时刻弹簧振子所受的回复力最大，振子的速度为零，则回复力做功的功率为零，选项,D,错误。,答案,AC,解析在t从0到2 s时间内，弹簧振子所受的回复力增大，说明,2.,如图,2,甲所示，水平的光滑杆上有一弹簧振子，振子以,O,点为平衡位置，在,a,、,b,两点之间做简谐运动，其振动图象如图乙所示。由振动图象可以得知,(,),图,2,A.,振子的振动周期等于,t,1,B.,在,t,0,时刻，振子的位置在,a,点,C.,在,t,t,1,时刻，振子的速度为零,D.,从,t,1,到,t,2,，振子从,O,点运动到,b,点,2.如图2甲所示，水平的光滑杆上有一弹簧振子，振子以O点为平,解析,由题图乙可知，振子的振动周期等于,2,t,1,，故,A,错误；在,t,0,时刻，振子的位置在,O,点，故,B,错误；在,t,t,1,时刻，振子在平衡位置，其速度最大，故,C,错误；由题图乙可看出，从,t,1,到,t,2,，振子从,O,点运动到,b,点，故,D,正确。,答案,D,解析由题图乙可知，振子的振动周期等于2t1，故A错误；在t,3.,(,多选,),如图,3,是一弹簧振子，,O,为平衡位置，则振子从,a,O,运动的过程中，下列说法正确的是,(,),图,3,A.,位移不断减小,B.,速度不断减小,C.,加速度不断减小,D.,弹簧的弹性势能不断增大,解析,振子从,a,O,运动的过程是靠近平衡位置，故位移减小，速度增大，加速度减小，弹性势能减小；故,B,、,D,错误，,A,、,C,正确。,答案,AC,3.(多选)如图3是一弹簧振子，O为平衡位置，则振子从aO,1,.,简谐运动的数学表达式,x,A,sin(,t,),2,.,根据简谐运动图象可获取的信息,(,1),确定振动的振幅,A,和周期,T,。,(,如图,4,所示,),图,4,简谐运动的描述,1.简谐运动的数学表达式图4简谐运动的描述,(2),可以确定振动物体在任一时刻的位移。,(3),确定各时