高考物理一轮复习 第1单元 机械振动课件（选修3-4） (2).ppt

选考部分 选修3 4振动与波动光学相对论 第1单元机械振动 网控基础点提炼命题源 一 简谐运动1 概念如果质点的位移与时间的关系遵从 规律 即它的振动图象 x t图象 是一条 这样的振动叫简谐运动 2 描述简谐运动的物理量 1 位移方向为从 指向振子所在的位置 大小为 到该位置的距离 其最大值为振幅 1 正弦函数正弦曲线2 1 平衡位置平衡位置 读读教材 2 回复力 大小 F kx 方向 总是指向 来源 振动物体所受沿 方向的合力 3 速度描述振子在振动过程中经过某一位置或在某一时刻运动的快慢 在所建立的坐标轴上 速度的正 负号表示振子运动方向与坐标轴的正方向相同或相反 2 平衡位置运动 4 位移相反 5 振动强弱振动快慢驱动力的频率时刻 1 振幅圆频率 2 时间位移时间 二 简谐运动的两种模型 三 受迫振动与共振1 受迫振动 1 概念 系统在 的外力 驱动力 作用下的振动 2 振动特征 受迫振动的频率等于 的频率 与系统的 无关 2 共振 1 概念 驱动力的频率等于系统的 时 受迫振动的振幅 的现象 2 共振条件 驱动力的频率等于系统的 1 1 周期性 2 驱动力固有频率2 1 固有频率最大 2 固有频率 3 特征 共振时 最大 4 共振曲线 如图所示 振幅 1 做简谐运动的物体 当它每次经过同一位置时 可能不同的物理量是 A 位移B 速度C 加速度D 回复力 练练基础 题组一 简谐运动 解析 做简谐运动的物体 经过同一位置时 位移 回复力和加速度是确定不变的 而速度的方向可能不同 故A C D错误 B正确 2 多选 一质点做简谐运动的位移x与时间的关系如图所示 由图可知 A 频率是2HzB 振幅是5cmC t 1 7s时的加速度为正 速度为负D t 0 5s时质点所受的合外力为零 解析 由图象可知 质点振动的周期为2 0s 经计算得频率为0 5Hz 振幅为5m 所以A B选项错误 t 1 7s时的位移为负 加速度为正 速度为负 因此C选项正确 t 0 5s时质点在平衡位置 所受的合外力为零 D选项正确 3 如图所示 小球在光滑水平面上的B C之间做简谐运动 O为BC间的中点 B C间的距离为10cm 则下列说法正确的是 A 小球的最大位移是10cmB 只有在B C两点时 小球的振幅是5cm 在O点时 小球的振幅是0C 无论小球在任何位置 它的振幅都是10cmD 从任意时刻起 一个周期内小球经过的路程都是20cm 题组二 简谐运动的两种模型 解析 由题意可知O点是小球做简谐运动的平衡位置 小球的最大位移是5cm 故选项A错误 振幅是物体离开平衡位置的最大距离 无论小球在任何位置 它的振幅都是5cm 故选项B C错误 根据一次全振动的概念可知选项D正确 解析 单摆做简谐运动的周期 频率由摆长决定 因为摆长不变 所以频率不变 经过平衡位置的速度减小 则振幅减小 5 如图所示的装置 弹簧振子的固有频率是4Hz 现匀速转动把手 给弹簧振子以周期性的驱动力 测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz 则把手转动的频率为 A 1HzB 3HzC 4HzD 5Hz 题组三 受迫振动与共振 解析 因把手每转动一周 驱动力完成一次周期性变化 即把手转动频率即为驱动力的频率 弹簧振子做受迫振动 而受迫振动的频率等于驱动力的频率 与振动系统的固有频率无关 故A正确 6 多选 受迫振动是在周期性驱动力作用下的振动 关于它的驱动力与振动的关系 下面说法正确的是 A 做受迫振动的物体达到稳定后 其振动的频率一定等于驱动力的频率B 做受迫振动的物体达到稳定后 周期一定等于驱动力的周期C 做受迫振动的物体达到稳定后 振幅与驱动力的周期无关D 做受迫振动的物体达到稳定后 振幅与驱动力的大小无关 解析 物体做受迫振动稳定后 其振动频率 周期 等于驱动力的频率 周期 而和固有频率 周期 无关 A B正确 当驱动力的周期和振动系统的固有周期接近时 振动的振幅大 C错误 驱动力大 做功多 转化的能量多 振幅大 D错误 小思考微总结 细研核心点练透经典题 1 动力学特征F kx 即回复力大小与偏离平衡位置的位移大小成正比 方向与位移方向相反 k是比例系数 不一定是弹簧的劲度系数 2 运动学特征简谐运动的位移与时间按正弦规律变化 即x Asin t 简谐运动的图象为正弦曲线 3 运动的周期性特征相隔T或nT的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同 即位移 回复力 速度 加速度都相同 考点一简谐运动的特征 调研1 一质点做简谐运动 先后以相同的速度依次通过A B两点 历时1s 质点通过B点后再经过1s又第二次通过B点 在这两秒钟内质点通过的总路程为12cm 求 1 质点的振动周期和频率 2 质点的振幅 3 质点12s内通过的路程 试题调研 分析简谐运动中各物理量的变化情况的技巧 1 分析简谐运动中各物理量的变化情况 一定要以位移为桥梁 位移增大时 振动质点的回复力 加速度 势能均增大 速度 动能均减小 反之 则产生相反的变化 另外 各矢量均在其值为零时改变方向 2 分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性 位移相同时 回复力 加速度 动能 势能可以确定 但速度可能有两个方向 由于周期性 运动时间也不确定 3 做简谐运动的物体经过平衡位置时 回复力一定为零 但所受合外力不一定为零 名师归纳点题破疑 1 1 2014 浙江理综 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20cm 周期为3 0s 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10cm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 5sB 0 75sC 1 0sD 1 5s 类题练熟 1 图象的意义 1 图象反映的是位移随时间的变化规律 图象不代表质点运动的轨迹 2 任一时刻图线上过该点切线的斜率数值表示该时刻振子的速度大小 正负表示速度的方向 正时沿x的正方向 负时沿x负方向 2 由图象获得的信息 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 可以根据图象确定某时刻质点回复力 加速度和速度的方向 考点二简谐运动的图象 试题调研 1 简谐运动的图象不是振动质点的轨迹 它表示的是振动物体的位移随时间变化的规律 2 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 3 速度方向可以通过下一个时刻位移的变化来判定 如果下一个时刻的位移增加 振动质点的速度方向就远离t轴 如果下一个时刻的位移减小 振动质点的速度方向就指向t轴 名师归纳点题破疑 类题练熟 解析 在t从0到2s时间内 弹簧振子所受的回复力增大 说明位移在增大 弹簧振子做减速运动 A错误 从题图中可以看出 在t1 3s和t2 5s时 弹簧振子所受的回复力大小相等 可知弹簧振子的速度大小相等 在这段时间内弹簧振子是从负向最大位移向正向最大位移运动 速度方向相同 B错误 从题图中可以看出 在t2 5s和t3 7s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 C正确 从题图中可以看出 t 2s时刻弹簧振子所受的回复力最大 弹簧振子的速度为零 则回复力做功的功率为零 D错误 自由振动 受迫振动和共振的关系比较 考点三受迫振动与共振 试题调研 解析 由题意可知 图甲是小球自由振动的振动图线 固有周期T0 4s 选项A正确 由共振曲线规律可知 当受迫振动的周期T越接近固有周期T0时 振幅越大 当受迫振动的周期T远离固有周期T0时 振幅明显变小 选项C正确 答案 AC 1 自由振动的周期等于振动系统的固有周期 2 振动系统做受迫振动时 周期等于驱动力的周期 3 当驱动力的周期与振动系统的固有周期相等时 达到共振状态 此时振幅最大 名师归纳点题破疑 类题练熟 解析 匀速转动摇把 转速为240r min时 驱动力频率为4Hz 周期是0 25s 当振子稳定振动时 它的振动周期是0 25s 振动频率是4Hz 选项A错误 B正确 当转速减小时 驱动力频率减小 越接近固有频率2Hz 弹簧振子的振幅增大 选项C错误 D正确