2019-2020年高中物理二轮总复习 机械振动教案.doc

2019-2020年高中物理二轮总复习 机械振动教案xx年命题特点对本部分内容的考查是呈现以下特点：1.主要考查简谐运动的特点（振动图象、单摆周期、振幅等），题目难度中档.2.单独考查振动的题目一般不出，考题往往是简谐运动问题与能量、动量结合.3.考题为选择题形式.应试高分瓶颈在这部分试题中，考生容易出现对描述简谐运动的物理量中的矢量，如位移、回复力等的方向不清楚造失分现象.考生还容易出现简谐运动图象与波动图象混乱和不会应用图象来解决问题的现象，导致丢分.加深理解，并在理解的基础上熟记相关知识内容是解决问题而保证得分的办法. 1在简谐运动的过程中，回复力F、位移x、速度v和加速度a都在发生周期性的变化，所以要注意：由周期性引发的多解性和对称性；它们都是矢量，a与F回的方向总相同，a与x的方向总相反，而v与x、a的方向可能相同，也可能相反；x、F回和a的大小变化趋势总是相同的，v与它们的大小变化趋势总是相反的 2注意振动图象中，纵坐标的正负所表示的物理意义，利用振动图象处理问题时，一定要把图象和振动的实际过程对照起来分析 3注意振动位移的特殊含义，明确位移x、振幅A和路程S之间的关系 I 高考最新热门题 1 (典型例题)公路上匀速行驶的货车受一扰动，车卜货物随车厢底板上下振动们不脱离底板一段时间内货物在竖直方向的振动可视为简谐运动，周期为T.取竖直向上为正方向，以某时刻作为计时起点，即t=0，共振动图象如图13-1-1所示，则 A.,对车厢底板的压力最大 B,物对车厢底板的压力最小 C. ,物对车厢底板的压力最大 D,物对车厢底板的压力最小 命题目的与解题技巧：考查考生是否能利用作简谐运动的物体所受的回复力的规律，正确分析并确定振动物体在对应时刻的受力情况 解析 作简谐运动的物体在平衡位置所受到的底板的支持力等于重力，而在下方所受最大回复力等于底板向上的支持，所以此时刻货物对底板的压力最大即如图的时刻 答案 C 2 (典型例题)一弹簧振子沿x轴振动的振幅为4cm，振子的平衡位置位于x轴上的o点图13-1-2中的a、b、c、d为四个不同的振动状态，黑点表示振子的位置，黑点上的箭头表示运动的方向图13-1-3给出的四条振动图线，可用于表示振子的振动的图象的是 A.若规定状态a时t=0.则图象为 B.若规定状态b时t=0，则图象为 C.若规定状态c时t=0，则图象为D若规定状态d时t=0，则图象为 答案： AD 指导:a质点t=0时刻位移为3，由振动图线可知a向x正方向运动，则选项A正确b质点t=0时刻位移为2,振动图线在位移3处，选项B错c质点t=0时位移为2，向x负方向运动而振动图线向z正方向运动，选项C错d质点a=0时，位移为4，与振动图线一致，选项D正确 3 (典型例题)图13-1-4为一弹簧振 子的振动图象，由此可知 A.在t1时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最大 B在t2时刻振子的动能最大，所受的弹性力最小 C.在t3时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最小D在t4时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最大答案： B 指导：考查考生把振动物体的实际运动与图象结合起来进行分析的能力，以及振动各量的变化关系从图象的横坐标和纵坐标可以知道此图是振动图象，将它与机械波的图象区分开它所描述的是一个质点在不同时刻的位置，t2和t4是在平衡位置处，t1，和t3，是在最大振幅处，根据弹簧振子振动的特征，弹簧振子在平衡位置时的速度最大，加速度为零，即弹力为零；在最大位移处，速度为零，加速度最大，即弹力为最大，故B正确 题点经典类型题 1 (典型例题)一个质点在平衡位置O点附近做简谐运动，若从O点开始计时，经过3 s钟质点第一次经过M点(如图13-1-5所示)；再继续运动，又经过2s钟它第二次经过M点；则该质点第三次经过M点还需的时间是 A8 s B4 sC14 s Ds命题目的与解题技巧：考查考生对振动周期性和对称性的理解，解题时特别要注意质点在O点时开始振动的方向有两种可能 解析 设题图中a、b两点为质点振动过程的最大位移处若开始计时时刻质点O点向运动OM运动过程历时3 s，MbM过程历时2s，显然4s，T=16s质点第三次经过M点还需要的时间t3=T-2=16-2=14 s，故C正确若开始计时时刻质点从O点向左运动，OaOM运动过程历时3s，MbM运动过程历时2s，显然, 质点第三次再经过M点所需要的时间t3= ，故D正确选C、D 答案 C、D 2 (典型例题)如图13-1-6(甲)所示是演示简谐运动图象的装置，当盛沙漏斗下面的薄木板N被匀速地拉出时，摆动着的漏斗中漏出的沙在板上形成的曲线显示出摆的位移随时间变化的关系，板上的直线OO，代表时间轴如图(乙)所示是两个摆中的沙在各自木板上形成的曲线，若板N1和板N2拉动的速度v1和t2的关系为v2=2v2，则板N1、N2上曲线所代表的振动的周期T，和T2的关系为 A.T2=T1 BT2=2T1C.T2=4T1 DT2=答案：答案： D指导：由题意可知，木板从沙摆下经过，所需时间，其中L为板长，v为板的拉动速度又由题图可知，木板N，经过沙摆过程中，沙摆做了一次全振动，木板厅，经过沙摆地程中，沙摆做了两次全振动因此有 选项D正确3 (典型例题)一质点做简谐运动，其位移和时间关系如图13-1-7所示 (1)求t=0.2510-2s时的位移； (2)当t=1.5 10-2s到210-2s的振动过程中，质点的位移、回复力、速度、动能、势能如何变?(3)当t=0至8.5 10-2 s时间内，质点的路程、位移多大?答案：(1)-cm (2)位移变大；回复力变大；速度变小；动能变小；势能变大 (3)34 cm；O 指导：(1)由图象可知，横坐标9：025102s所对应的纵坐标y=2cm(2)在，t=1510s至210-2s的过程中，由图象可知质点正由平衡位置向负最大位移前进位移、回复力、势能都增大，速度、动能都减小，机械能不变(3)因振动物体做变速运动，因此只能利用其运动周期来解，即一个周期内通过的路程为4个振幅，本题中中t=8.510-2=T，所以通过的路程s=T，所以通过的路程,周期质点回到平衡位置位移为零 新高考命题方向预测1 物体m以O点为平衡位置，在A、B间做简谐运动，如图13-1-8所示，下列说法正确的是A.物体在A、B两点的速度和加速度都是零 B物体通过O点时，加速度方向发生变化 C.回复力方向总是跟物体速度方向相反D物体离开平衡位置的运动是减速运动答案： BD 指导：4、B两点为最大位移处，物体在最大位移处的速度为零，加速度最大，选项A错误；O点为平衡位置，平衡位置左边，加速度方向一定总是向右；平衡位置右边，加速度方向一定总是向左。所以，物体通过O点时，加速度方向一定发生变化，故B选项正确；回复力总指向平衡位置，物体所处位置确定，则回复力方向一定，而速度方向是物体的运动方向，它有时与回复力方向相同，有时相反，c项错；物体在平衡位置速度最大，离开平衡位置后，受回复力作用做减速运动，选项D正确2 如图13-1-9所示，A、B为振子运动到最大位移处的两点，若AB=5cm，则 A.振幅是5 cm B振幅是2.5 cm C.经3个全振动，振子通过的路程是30 cmD经过3个全振动，振子通过的路程是5 cm 答案： BCD 指导：因为AB=5 cm，所以A0=OB=25 cm，振幅是 25 cm，A错B对；经过每个全振动，振子路程是4个振幅，所以3个全振动12个振幅是30 cm，C对，半个周斯半个全振动，2个振幅是5 cmD对3 一个弹簧悬挂着一个小球，当弹簧伸长使小球在位置O时处于平衡状态，如图13-1-10所示，现在将小球向下拉动一段距离后释放，小球在竖直线上做简谐运动，则A 小球运动到位置O时，回复力为零B当弹簧恢复到原长时，小球的速度最大 C当小球运动到最高点时，弹簧一定被压缩D.在运动的过程中，弹簧的最大弹力大于小球的重力 答案： AD 指导：小球从O点向下拉的距离就是振幅A、O点为平衡位置，在这里小球速度最大，回复力为零，弹簧在。点伸长x0=mg/k若Ax0，在最高点时弹簧被压缩反之则处于位伸状态4.24N 指导：振动周斯T=s=02s，题图中OA、AB、BC三段运动时间均为，t=s01s玻璃板的运动为匀加速运动设其加速度为a，由a 由牛顿第二定律F=mg+ma=24N4 如图13-1-11所示，一块涂有炭黑的玻璃板，质量为2 kg，在拉力F的作用下，由静止开始竖直向上做匀变速运动，一个装有水平振针的振动频率为5 Hz的固定电动音叉在玻璃板上画出了图示曲线，量得OA=1 cm，OB=4cm，OC=9cm，求外力的大小，(g=10ms2) 命题点2 单摆受迫振动和共振本类考题解答锦囊 解答“单摆受迫振动和共振”一类试题，掌握以下几点： 1单摆周期T=2的运用 (1)l为等效摆长，是悬点到球心的距离 (2)g为等效重力加速度，与单摆所处物理环境有关：不同星球表面g=Gmr2：单摆处于超重或失重状态等效g=goa (3)用单摆测定重力加速度实验中应注意：计时应从最低位置开始2.物体受迫振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关 高考最新热门题 1 (典型例题)如图13-2-1在光滑水平面上的O点系一长为J的绝缘细线，线的一端系一质量为m，带电为q的小球，当沿细线方向加上场强为E的匀强电场后，小球处于平衡状态现给小球垂直于细线的初速度vo，使小球在水平面上开始运动若vo很小，则小球第一次回到平衡位置所需时间为_.命题目的与解题技巧：本题不仅考查了单摆的周期公式及其成立条件、电场力的计算，还考查了物理学上一个重要思想：等效思想，所以解题时可将电场力等效为重力，利用单摆模型来做 解析 因为小球初速度很小，所以小球的运动可以看成是单摆的简谐运动，小球所受电场力等效成重力，则等效重力加速度为g= ，代入单摆周期公式：由于第一次回平衡位置的时间为半个周期，所以小球第一次回到平衡位置的时间为. 答案 . 题点经典类型题 1 (典型例题)家用洗衣机在正常脱水时较平稳，当定时器切断电源后，洗衣机的振动先是变得越来越剧烈，然后又逐渐减弱直至停止对这一现象，下列说法正确的是 A.正常脱水时，洗衣机脱水缸的运转频率比洗衣机的固有频率大 B正常脱水时，洗衣机脱水缸的运转频率比洗衣机的固有频率小 C.正常脱水时，洗衣机脱水缸的运转频率等于洗衣机的固有频率D当洗衣机的振动最剧烈时，脱水缸的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率命题目的与解题技巧：考查考生对受迫振动、共振现象的理解共振条件是驱动力频率与固有频率相等；共振现象是振动最剧烈 解析 切断电源，脱水缸转速减小，即频率减小，洗衣机振动先变得剧烈，说明已达到共振，此时脱水缸转动频率与洗衣机的固有频率相等可见正常运转时，脱水缸的运转频率比洗衣机的固有频率大答案 AD 2 (典型例题)如图13-2-2所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把儿，曲轴可以带动弹簧振子上下振动，开始时不转动摇把儿，而让振子自由上下振动，测得其频率为2 Hz，然后匀速转动摇把，转速为240rmin当振子振动稳定时，它们振动周期为A0.5 s B0.25 s C2 s D4 s答案： B 指导：考查受迫振动的周期与驱动力周期相同匀速转动摇把儿后，振子将做受迫振动，驱动力的周期跟把手转动的周期是相同的，振子做受迫振动的周期又等于驱动力的周期，其频率也等于驱动力的频率，与原自由上下振动频率无关，摇把匀速转动的转速为240r/min=4r/s，角速度=8rad/ s，所以驱动力的周期=025s，选B 3 (典型例题)把调准的摆钟，由北京移至赤道，那么摆钟的周期 A.变慢了，要使它恢复准确性，应该增加摆长 B变慢了，要使它恢复准确性，应该缩短摆长 C变快了，要使它恢复准确性，应该增加摆长D.变快了，要使它恢复准确性，应该缩短摆长答案： B 指导：考查单摆的周期公式和重力加速度的应用由北京移至赤道，重力加速度g变小，由单摆的周期公式T知，变大，所以应缩短摆长恢复摆钟的准确性 4 (典型例题)摆长为J的单摆在坚直平面内做小角度摆动，振动周期变为T，为使该单摆的周期变为2T，正确的做法是 A.将单摆的振幅增大为原来的2倍 B将单摆的摆长调整为 C.将单摆的摆长调整为4lD.将单摆摆球的质量增大为原来的2倍 答案： C 指导：单摆周期公式的理解由欲使周期变为原来的2倍，可以将l增至原来的4倍周期T与摆球质量和振幅无关5 (典型例题)某同学在利用单摆测定重力加速度的实验中： (1)某次用米尺先测得摆线长为97.50cm，用游标卡尺测摆球直径时，测量结果如图13-2-3所示可知摆球直径d=_mm，则此时该摆摆长为_cm (2)图13-2-4中的5个点是在5种不同摆长情况下，根据所测量的摆长l、单摆振动周期T的数据，对单摆振动周期厂进行平方后，由得到的5组(l，T2)值描出的点试写出根椐此图求重力加速度值g的表达式_(3)求得当地重力加速度值g=_(保留两位有效数字)答案：指导：本题考查实验数据的处理(1)17.8;98.39(2) (3)9.86m/s2(或9.809.92这一范围内),如D13-1所以. 新商考命题探究 1 一摆长l的单摆做简谐运动时，若从某时刻开始计时，再经，摆球具有负向最大加速度，画出该单摆从计时开始到 的振动图象 答案：如图D 132所示 指导：T此时应位于正向最大位移处，所以开始计时时摆球位于平衡位置且沿负方向运动 2 把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上装一个电动偏心轮，它每转一周给筛子一个驱动力，这就做成了一个共振筛，筛子在做自由振动时，每次全振动用时2s，在某电压下电动偏心轮转速是36rmin，已知如果增大电压可使偏心轮转速提高，增加筛子质量，可以增大筛子的固有周期，那么要筛子的振幅增大，下列做法正确的是 A.提高输入电压 B降低输入电压C增加筛子质量 D减小筛子质量 答案：2.BD 指导：筛子固有周期为2 s，偏心轮周期为s/r，所以降低输入电压和减少筛子质量，都可以使驱动力的周期和筛子的固有周期更接近，从而使振幅增大.3 细长轻绳下端拴一小球构成单摆，在悬挂点正下方摆长处有一能挡住摆线的钉子A，如图13-2-5所示现将单摆向左拉开一个小角度，然后无初速地释放对于以后的运动，下列说法中正确的是 A.摆球往返运动一次的周期比无钉子时的单摆周期小 B摆球在左、右两侧上升的最大高度一样 C摆球在平衡位置左右两侧走过的最大弧长相等D摆线在平衡位置右侧的最大摆角是左侧的两倍 答案： AB指导：根据单摆做简谐运动的周期公式知，T与成正比，摆长减小，周期变小，故A项正确；摆球在摆动过程中，空气阻力很小可忽略，悬线拉力不做功，只有重力做功，机械能守恒，摆球在左、右两侧上升的最大高度一样，故B项正确；假若无钉子摆球摆至右侧最高点B，与初位置对有钉子摆球摆至右侧最高点C由机械能守恒知B、C在同一水平线上，由D133的最大弧长大于在右侧走过的最大弧长，C选项错；C项错，AC=OB，所以D项错4 有一天体半径为地球半径的2倍，平均密度与地球相同，在地球表面走时准确的摆钟移到该天体的表面，秒针走一圈的实际时间为 答案： B指导：由万有引力定律得=mg，所以g=R摆钟可视为单摆，其周期,则故在天体表面时，摆钟秒针瞳一圈的实际时间为min，选B5 如图13-2-6所示，放在光滑水平面上的弹簧振子，振子的质量为m，振子以O为平衡位置，在B和C之间振动，设振子经平衡位置时的速率为v，则它在由OBOC的整个运动过程中，弹簧弹力对振子所做的功为_. 答案： 指导：整个过程中只有弹力做功，没弹力做功为 Wf，由动能定理得W=0得Wf=6 如图13-2-7所示，某同学为了避免单摆的摆球常常偏离竖直平面的现象，选用了两条细长的丝线与摆球组成了一个双线摆来做测定重力加速度的实验如果已经测出两根丝线长度均为L，两丝线悬挂点之间的距离为S，则还需测定哪些量才能求出重力加速度?_，此双线摆的等效摆长为_，重力加速度的计算式是_，答案：小球的直径指导：双线摆是为了让单摆更加稳定的摆动，除了摆长有所变化外，其它与单线摆无区别考场热身探究性命题综合测试 1 关于单摆做简谐运动的过程，下列说法中正确的是 A.摆球受到的合力处处为零 B摆球受到的合力处处不为零 C.通过平衡位置合力为零D通过平衡位置时回复力为零答案：1.BD指导：摆球受到重力和弹力(绳对球的拉力)的作用，这两个力的合力产生的效果有两个：产生回复力使摆简谐运动；产生向心力使摆沿圆弧运动摆在通过平衡位置时，回复力为零，但速度不为零(为最大值)，摆球正是以这个速度为线速度通过圆弧，其做圆周(弧)运动的向心力由重力与拉力的合力提供 2 关于受迫振动以下说法中正确的是 A.受迫振动的频率等于物体的固有频率 B受迫振动的频率与物体的固有频率有关 C.驱动力越大，物体做受迫振动的频率越大D驱动力的频率越接近物体的固有频率，物体做受迫振动的振幅越大 答案： D 指导：受迫振动的频率等于驱动力的频率与固有频率无关，但当驱动力频率接近或等于物体的固有频率时，物体振动最剧烈，振幅最大3 时刻状态物理量0T/4T/23T/4T甲零正向最大零负向最大零乙零负向最大零正向最大零丙正向最大零负向最大零正向最大丁负向最大零正向最大零负向最大 如果表中给出的是做简谐运动的物体的位移z或速度t与时刻的对应关系，了是振动周期，则下列选项中正确的是 A.若甲表示位移x，则丙表示相应的速度v B若丁表示位移x，则甲表示相应的速度v C若丙表示位移x，则甲表示相应的速度vD若乙表示位移x，则丙表示相应的速度v答案： AB指导：D134为做简谐运动的物体的振动图象，由图可知，质点的位移的方向是由平衡位置指向质点现在位置，并在平衡位置处位移为零，在最大位移处大小最大，速度方向则是捐向质点在下一时刻的位置，并且在最大位移处速度为零，在平衡位置处大小最大 4 质点做简谐运动的图象如图Z13-1所示，由图象可知 A.质点振动的频率为4Hz B质点振动的振幅为10cm C.质点振动的周期为4sD在t=4s时，质点受到的合力为零 答案： BC 指导：根据题图所示的图象，可以想到的物理情景是物体在x轴线(或丁轴线)方向上做往复振动，开始振动的位置为右侧(或上方)最大位移，然后向平衡位置运动，通过平衡位置到达左侧(或下方)最大位移，又返回4s时回到起振位置并开始新一次的振动振幅为10cm，频率0.25Hz4s时位移最大，回复力最大，受到的合力不为零5 一弹簧振子做简谐运动，周期为了，则 A.若t时刻和(t+t)时刻振子运动位移的大小相等、方向相同，则t一定等于T的整数倍 B若t时刻和(t+t)时刻振子运动速度的大小相等、方向相反，则t一定等于整数倍 C若t=T，则在t时刻和(t+t)时刻，振子运动的加速度一定相等D若t=，则在时刻和(t+t)时刻，弹簧的长度一定相等 答案： C指导：如D135所示为某一物体的振动图线，对A选项图中的B、 C两点，振动位移的大小、方向相同，但tT，选项A错B、C两点速度大小相同，方向相反，tT，故选项B错对C选项，因为t=T，所以t和t+t时刻振子的位移、速厦、加速度等都将周期性重复变化，加速度相同，C对对D选项，t=T，振子位移大小相同、方向相反，弹簧的形变量也不一定相同，弹簧的长度不相同，D错 6 一个做简谐运动的质点，其振幅为4cm，频率是2.5Hz该质点从平衡位置起经过2.5 s时的位移和通过的路程是_cm和_cm. 答案：4em；100sm 指导：因为f=25Hz，所以T=04s .t25s是 6个周期，因此路程为6(44)=100cm，位移是4 cm，位移是4cm7 在某地某挂钟的摆长为l1时，在一定时间内比标准钟快了n秒；当摆长为l2时，在同一时间内比标准钟慢了n秒，那么该摆的准确长度l应是多少? 答案：指导：不论是快钟、慢钟和标准钟，钟摆每振动一次指针所指示的时间均相同造成指针所指示的时间差是由于在相同时间内各类钟完成的振动次数不同考察的实际时间为t秒，那么快钟指示的时间为(t+n)秒慢钟指示的时间为(t+n)秒，于是有，(其中N1和N代表快钟和标准钟的振动次数)所以同理+得而所以. 不能因为相同时间内快钟、慢钟的计时误差相等，就认为T(T1+T2)/2.8 如图Z13-2所示，两木块质量分别为m、M，用劲度系数为A的轻弹簧连在一起，放在水平地面上，将木块1压下一段距离后释放，它就上下做简谐运动，在木块1运动到最高点时，木块2刚好不离开地面，则：(1)木块1的最大加速度大小为多少?(2)木块2对地面的最大压力大小为多少?答案：(1) 指导：弹簧的最大拉力出现时，m处于最大位移处，这时木块1有最大加速度，弹簧中拉力F=Mg，重力木块2对地面最大压力，此时弹簧向下处于最大位移处，有 F-mg=F+mg，F=(M+2m)g，所以FN=F+M g=2(M+m)g