高考物理大一轮复习专题十三机械振动机械波第1讲机械振动课件.ppt

专题十三机械振动机械波 光 电磁波相对论简介 续表 第1讲机械振动 一 简谐运动1 定义 物体在跟位移大小成正比并且总是指向平衡位置 的 作用下的振动 回复力 零 2 平衡位置 物体在振动过程中回复力为 的位置 3 回复力 平衡位置 平衡位置 1 定义 使物体返回到 的力 2 方向 总是指向 3 来源 属于效果力 可以是某一个力 也可以是几个力的合力或某个力的分力 4 两个典型的简谐运动模型 基础检测 1 多选 弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动 在振子向 着平衡位置运动的过程中 下列说法正确的是 A 振子所受的回复力逐渐减小B 振子离开平衡位置的位移逐渐增大C 振子的速度逐渐增大D 振子的加速度逐渐增大E 振子的机械能守恒答案 ACE 二 简谐运动的规律和图象1 简谐运动的规律 1 变化规律 2 对称规律 对称性 相同 相反 做简谐运动的物体 在关于平衡位置对称的两点 回复力 位移 加速度具有等大反向的关系 另外速度的大小 动能具有 速度的方向可能 或 振动物体来回通过相同的两点间的时间相等 如tBC tCB 振动物体经过关于平衡位置对称的等长的两线段的时间相等 如tBC tB C 如图13 1 1所示 图13 1 1 3 运动的周期性特征相隔T或nT的两个时刻振动物体处于同一位置且振动状态相同 2 简谐运动的图象 Asin t 1 从平衡位置开始计时 函数表达式为x 图象如图13 1 2甲所示 图13 1 2 2 从最大位移处开始计时 函数表达式为x 图象如图乙所示 Acos t 3 图象的意义 反映了位移随时间的变化规律 随时间的延长而延伸 图象不是质点运动的轨迹 基础检测 2 多选 关于简谐运动的位移 加速度和速度的关系 下列 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时 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E 速度和加速度不可能同时增大答案 ABD 三 受迫振动和共振1 受迫振动 1 定义 质点在 作用下的运动 2 特点 受迫振动的周期和频率 驱动力的周期和 频率 驱动力 等于 大 2 共振 当驱动力的周期和频率等于物体的固有周期和频率时 受迫振动的振幅最 这种现象叫共振 基础检测 3 汽车的车身是装在弹簧上的 如果这个系统的固有周期是1 5s 汽车在一条起伏不平的路上行驶 路上各凸起处大约都相隔8m 汽车以多大速度行驶时 车身上下颠簸得最剧烈 解 汽车做受迫振动 经过相邻的凸起所用的时间为受迫振动的周期 根据共振的条件T固 T驱 1 5s时振动最剧烈 所以汽车速度为 考点1 简谐运动的特征 重点归纳1 力学特征 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 当v a同向 即v F同向 也就是v x反向 时 v一定增大 当v a反向 即v F反向 也就是v x同向 时 v一定减小 当物体靠近平衡位置时 a F x都减小 v增大 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 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 物体的动能和势能也随时间做周期性的变 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 典例剖析 例1 2013年新课标全国卷 如图13 1 3所示 一轻弹簧一端固定 另一端连接一物块构成弹簧振子 该物块是由a b两个小物块粘在一起组成的 物块在光滑水平面上左右振动 振幅为A0 周期为T0 当物块向右通过平衡位置时 a b之间的粘胶脱开 以后小物块a振动的振幅和周期分别为A和T 则A A0 填 或 图13 1 3 思维点拨 由题意可知 a b脱离后 b做匀速直线运动 a做简谐运动 故简谐运动的能量减小 振幅减小 周期变小 解析 当物块向右通过平衡位置时 脱离前 答案 考点2 简谐运动图象的应用 重点归纳 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 回复力和加速度的方向 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 速度的方向 速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定 若下一时刻位移增大 振动质点的速度方向就是远离t轴 若下一时刻位移减小 振动质点的速度方向就是指向t轴 典例剖析例2 多选 2016年湖北襄阳检测 如图13 1 4甲所示为一弹簧振子自由振动 即做简谐运动 时的位移随时间变化的图象 图乙为该弹簧振子在某外力的作用下做受迫振动时的位移 乙 随时间变化的图象 则下列说法中正确的是 甲图13 1 4 A 由图甲可知该弹簧振子的固有周期为4sB 由图乙可知该弹簧振子的固有周期为8sC 由图乙可知外力的周期为8s D 如果改变外力的周期 在接近4s的附近该弹簧振子的振 幅较大 E 如果改变外力的周期 在接近8s的附近该弹簧振子的振 幅较大 解析 如题图甲所示是弹簧振子自由振动时的图象 由图甲可知 其振动的固有周期为4s A正确 B错误 图乙是弹簧振子在驱动力作用下的振动图象 弹簧振子的振动周期等于驱动力的周期 即8s C正确 当固有周期与驱动力的周期相等时 其振幅最大 驱动力的周期越接近固有周期 弹簧振子的振幅越大 D正确 E错误 答案 ACD 备考策略 弹簧振子自由振动的周期是固有周期 受迫振动的周期等于驱动力的周期 当受迫振动的周期与弹簧振子的固有周期相等时 发生共振 受迫振动的振幅最大 考点练透 如图13 1 5甲所示 竖直悬挂的弹簧振子下端装有记录笔 在竖直平面内放置记录纸 当振子上下自由振动时 振动频率为10Hz 现匀速转动把手 给弹簧振子以周期性的驱动力 并以水平向左的速度v 5m s匀速拉动记录纸 记录笔在纸上留下 记录的痕迹 建立坐标系 测得的数据如图乙所示 则弹簧振子振动的振幅为 频率为 若将匀速转动把手的周期改为0 1s 则弹簧振子的振幅将 填 变大 变小 或 不变 甲 乙 图13 1 5 解析 设周期为T 振幅为A 由于振幅是振子离开平衡位置的最大距离 等于振子在最高点与最低点间距离的一半 所以由题图得 A 5cm 由于振动的周期就是记录纸从0至x 答案 5cm5Hz 变大