(山东专用)2020版高考物理一轮复习第1节机械振动ppt课件新人教版

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,2019/6/14,#,选修,3-4,第,1,节机械振动,选修3-4,1,基础过关,考点研析,基础过关考点研析,2,基础知识,一、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,即它的振动图像是一条,曲线,这样的振动叫做简谐运动,.,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,.,基础过关,紧扣教材,自主落实,正弦,正弦,平衡位置,矢,基础知识一、简谐运动基础过关,3,(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,.,最大距离,一次全振动,全振动的次数,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,.,正比,平衡位置,(2)振幅A:振动物体离开平衡位置的,4,4.,简谐运动的图像,(1),简谐运动的图像,:,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),图像的应用,:,医院里的,、地震仪中绘制地震曲线的装置,.,位移,心电图,4.简谐运动的图像位移心电图,5,二、简谐运动的回复力和能量,1.,回复力,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,1,表达式,F=,1,2.,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,.,平衡位置,平衡位置,-kx,正比,平衡位置,二、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,6,3.,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,.,(1),在最大位移处,最大,为零,.,(2),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,.,三、单摆,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,.,动能,势能,势能,动能,动能,势能,守恒,理想化,理想,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,7,2.,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,5.,小于,惠更斯,振幅,切线,2.单摆的回复力:回复力为球重力沿 方向的分力,单,8,四、受迫振动与共振,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,.,驱动力,等于,相等,四、受迫振动与共振驱动力等于相等,9,(山东专用)2020版高考物理一轮复习第1节机械振动ppt课件新人教版,10,(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,.(,),过关巧练,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.(,11,2.,(,多选,),单摆是为研究振动而抽象出的理想化模型,其理想化条件是,(,),A.,摆线质量不计,B.,摆线长度不可伸缩,C.,摆球的直径比摆线长度短得多,D.,只要是单摆的运动就是一种简谐运动,ABC,解析:,单摆由摆线和摆球组成,摆线只计长度不计质量,摆球只计质量不计大小,且摆线不可伸缩.但把单摆作为简谐运动来处理是有条件的,只有在摆角很小(5)的情况下才能视单摆运动为简谐运动.故A,B,C正确.,2.(多选)单摆是为研究振动而抽象出的理想化模型,其理想化条,12,3.,如图所示,弹簧振子在,B,C,间振动,O,为平衡位置,BO=OC=5 cm,若振子从,B,到,C,的运动时间是,1 s,则下列说法中正确的是,(,),A.,振子从,B,经,O,到,C,完成一次全振动,B.,振动周期是,1 s,振幅是,10 cm,C.,经过两次全振动,振子通过的路程是,20 cm,D.,从,B,开始经过,3 s,振子通过的路程是,30 cm,D,解析,:,振子从,BOC,仅完成了半次全振动,所以周期,T=21 s=2 s,振幅,A=BO,=5 cm.,振子在一次全振动中通过的路程为,4A=20 cm,所以两次全振动中通过的路程为,40 cm,3 s,的时间为,1.5T,所以振子通过的路程为,30 cm.,3.如图所示,弹簧振子在B,C间振动,O为平衡位置,BO=O,13,考点一简谐运动的规律,考点研析,核心探究,重难突破,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.,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.,考点一简谐运动的规律考点研析,14,3.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.,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.,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.,3.能量特征,15,【,典例,1】,(,多选,),一弹簧振子做简谐运动,它所受的回复力,F,随时间,t,变化的图像为正弦曲线,如图所示,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,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,.,【典例1】(多选)一弹簧振子做简谐运动,它所受的回复力F随,16,【,针对训练,】,(,多选,),如图是一弹簧振子,O,为平衡位置,则振子从,aO,运动的过程中,下列说法正确的是,(,),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,AC,解析,:,振子从,aO,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,.,【针对训练】(多选)如图是一弹簧振子,O为平衡位置,则振子,17,考点二简谐运动的公式与图像,1.图像特征,(1)简谐运动的图像是一条正弦或余弦曲线,是正弦曲线还是余弦曲线取决于质点初始时刻的位置.,(2)图像反映的是位移随时间的变化规律,随时间的增加而延伸,图像不代表质点运动的轨迹.,考点二简谐运动的公式与图像1.图像特征,18,(3),任一时刻在图线上对应点的切线的斜率,大小表示该时刻振子的速度大小,正负表示速度的方向,为正时,表示振子的速度沿,x,轴正方向,;,为负时,表示振子的速度沿,x,轴负方向,.,2.,振动图像提供的信息,(1),由图像可以看出质点振动的振幅、周期,.,(2),可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移,.,(3),可以确定各时刻质点的振动方向,.,(4),可以确定某时刻质点的回复力、加速度和速度的方向,.,(5),比较不同时刻质点的速度、加速度的大小,.,3.,振动图像的物理意义,图像描述的是振子相对平衡位置的位移随时间变化的情况,不是物体的运动轨迹,.,(3)任一时刻在图线上对应点的切线的斜率,大小表示该时刻振子,19,【典例2】,(多选),简谐运动的振动图像可用下述方法画出:如图(甲)所示,在弹簧振子的小球上安装一支绘图笔P,让一条纸带在与小球振动方向垂直的方向上匀速运动,笔P在纸带上画出的就是小球的振动图像.取水平向右为小球离开平衡位置位移的正方向,纸带运动的距离代表时间,得到的弹簧振子振动图像如图(乙)所示.则下列说法正确的是(),ABD,A.,弹簧振子的周期为,4 s,B.,弹簧振子的振幅为,10 cm,C.t=17 s,时振子相对平衡位置的位移是,10 cm,D.,若纸带运动的速度为,2 cm/s,振动图线上,1,3,两点间的距离是,4 cm,【典例2】(多选)简谐运动的振动图像可用下述方法画出:如图,20,解析:,由题图(乙)知,弹簧振子的周期为T=4 s,振幅为10 cm,选项A,B正确;由简谐运动的周期性知,t=17 s时振子相对平衡位置的位移与t=1 s时振子相对平衡位置的位移相同,均为0,选项C错误;若纸带运动的速度为2 cm/s,振动图线上1,3两点间的距离s=vt=2 cm/s2 s=4 cm,选项D正确.,解析:由题图(乙)知,弹簧振子的周期为T=4 s,振幅为10,21,A.,第,1 s,末与第,3 s,末的位移相同,B.,第,1 s,末与第,3 s,末的速度相同,C.,第,3 s,末与第,5 s,末的位移方向相同,D.,第,3 s,末与第,5 s,末的速度方向相同,AD,A.第1 s末与第3 s末的位移相同AD,22,(山东专用)2020版高考物理一轮复习第1节机械振动ppt课件新人教版,23,【,针对训练,2】,一位游客在千岛湖边欲乘坐游船,当日风浪较大,游船上下浮动,.,可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动,振幅为,20 cm,周期为,3.0 s.,当船上升到最高点时,甲板刚好与码头地面平齐,.,地面与甲板的高度差不超过,10 cm,时,游客能舒服地登船,.,在一个周期内,游客能舒服登船的时间是,(,),A.0.5 sB.0.75 s,C.1.0 sD.1.5 s,C,【针对训练2】一位游客在千岛湖边欲乘坐游船,当日风浪较大,24,考点三单摆及其周期公式,1.对周期公式的理解,(1)单摆的周期公式在单摆偏角很小时成立.,(2)公式中l是摆长,即悬点到摆球球心的距离l=l,线,+r,球,.,(3)公式中g是单摆所在地的重力加速度,由单摆所在的空间位置决定.,(4)周期T只与l和g有关,与摆球质量m和振幅无关.所以单摆的周期也叫固有周期.,考点三单摆及其周期公式1.对周期公式的理解,