2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十四章 機(jī)械振動(dòng) 機(jī)械波 光學(xué) 第1節(jié) 機(jī)械振動(dòng)課件 新人教版.ppt

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第十四章機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波 選修3 4 第1節(jié)機(jī)械振動(dòng) 一 簡諧運(yùn)動(dòng)1 概念質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律 即它的振動(dòng)圖象 x t圖象 是一條正弦曲線的振動(dòng) 2 平衡位置物體在振動(dòng)過程中回復(fù)力為零的位置 3 回復(fù)力 1 定義 使物體返回到平衡位置的力 2 方向 時(shí)刻指向平衡位置 3 來源 屬于效果力 可以是某一個(gè)力 也可以是幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力 4 簡諧運(yùn)動(dòng)的兩種模型 5 描述簡諧運(yùn)動(dòng)的物理量 二 簡諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖象1 簡諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式 1 動(dòng)力學(xué)表達(dá)式 F kx 其中 表示回復(fù)力與位移的方向相反 2 運(yùn)動(dòng)學(xué)表達(dá)式 x Asin t 其中A代表振幅 2 f表示簡諧運(yùn)動(dòng)的快慢 t 代表簡諧運(yùn)動(dòng)的相位 叫作初相位 2 簡諧運(yùn)動(dòng)的圖象 1 從平衡位置開始計(jì)時(shí) 函數(shù)表達(dá)式為x Asin t 圖象如圖甲所示 2 從最大位移處開始計(jì)時(shí) 函數(shù)表達(dá)式為x Acos t 圖象如圖乙所示 三 受迫振動(dòng)及共振1 受迫振動(dòng)系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng) 做受迫振動(dòng)的物體 它的周期 或頻率 等于驅(qū)動(dòng)力的周期 或頻率 而與物體的固有周期 或頻率 無關(guān) 2 共振做受迫振動(dòng)的物體 它的固有頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率越接近 其振幅就越大 當(dāng)二者相等時(shí) 振幅達(dá)到最大 這就是共振現(xiàn)象 共振曲線如圖所示 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 簡諧運(yùn)動(dòng)的特征簡諧運(yùn)動(dòng)的五大特征 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 例1 2017 北京海淀區(qū)模擬 如圖所示 一輕質(zhì)彈簧上端固定在天花板上 下端連接一物塊 物塊沿豎直方向以O(shè)點(diǎn)為中心點(diǎn) 在C D之間做周期為T的簡諧運(yùn)動(dòng) 已知在t1時(shí)刻物塊的動(dòng)量為p 動(dòng)能為Ek 下列說法正確的是 A 如果在t2時(shí)刻物塊的動(dòng)量也為p 則t2 t1的最小值為TB 如果在t2時(shí)刻物塊的動(dòng)能也為Ek 則t2 t1的最小值為TC 當(dāng)物塊通過O點(diǎn)時(shí) 其加速度最小D 物塊運(yùn)動(dòng)至C點(diǎn)時(shí) 其加速度最小 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 思維點(diǎn)撥解決本題的關(guān)鍵要抓住簡諧運(yùn)動(dòng)的對稱性和周期性 知道簡諧運(yùn)動(dòng)的特征 a 來分析各個(gè)物理量的變化 1 做簡諧運(yùn)動(dòng)的物體經(jīng)過平衡位置時(shí) 回復(fù)力一定為零 但所受合外力不一定為零 2 由于簡諧運(yùn)動(dòng)具有周期性和對稱性 因此涉及簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)多解的情況 分析時(shí)應(yīng)特別注意 位移相同時(shí)的回復(fù)力 加速度 動(dòng)能和勢能等可以確定 但速度可能有兩個(gè)方向 由于周期性 運(yùn)動(dòng)時(shí)間也不能確定 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 即學(xué)即練1 多選 一彈簧振子沿x軸做簡諧運(yùn)動(dòng) 平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn) t 0時(shí)刻振子的位移x 0 1m t 1 2s時(shí)刻振子剛好第2次經(jīng)過x 0 1m的位置且速度為零 下列有關(guān)該振子的運(yùn)動(dòng)問題的說法正確的是 A 振幅為0 2mB 周期為1 2sC 1 2s內(nèi)的路程是0 6mD t 0 6s時(shí)刻的位移為0 1mE t 0到t 1 2s時(shí)間內(nèi)的位移是0 2m 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 2 多選 2017 福建泉州期末 如圖所示 彈簧下面掛一質(zhì)量為m的物體 物體在豎直方向上做振幅為A的簡諧運(yùn)動(dòng) 當(dāng)物體振動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí) 彈簧正好為原長 彈簧在彈性限度內(nèi) 則物體在振動(dòng)過程中 A 彈簧的最大彈性勢能等于2mgAB 彈簧的彈性勢能和物體動(dòng)能總和不變C 物體在最低點(diǎn)時(shí)的加速度大小應(yīng)為gD 物體在最低點(diǎn)時(shí)的彈力大小應(yīng)為mgE 物體在最低點(diǎn)時(shí)的彈力大小應(yīng)為2mg 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 3 多選 2016 海南卷 下列說法正確的是 A 在同一地點(diǎn) 單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的周期的二次方與其擺長成正比B 彈簧振子做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí) 振動(dòng)系統(tǒng)的勢能與動(dòng)能之和保持不變C 在同一地點(diǎn) 當(dāng)擺長不變時(shí) 擺球質(zhì)量越大 單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的周期越小D 系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動(dòng)時(shí) 系統(tǒng)振動(dòng)的頻率等于周期性驅(qū)動(dòng)力的頻率E 已知彈簧振子初始時(shí)刻的位置及其振動(dòng)周期 就可知振子在任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)速度的方向 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 簡諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式及圖象1 根據(jù)簡諧運(yùn)動(dòng)圖象可獲取的信息 1 振幅A 周期T 或頻率f 和初相位 如圖所示 2 某時(shí)刻振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移 3 某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)速度的大小和方向 曲線上各點(diǎn)切線的斜率的大小和正負(fù)分別表示各時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度的大小和速度的方向 速度的方向也可根據(jù)下一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移的變化來確定 4 某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的回復(fù)力和加速度的方向 回復(fù)力總是指向平衡位置 回復(fù)力和加速度的方向相同 在圖象上總是指向t軸 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 5 某段時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的位移 回復(fù)力 加速度 速度 動(dòng)能和勢能的變化情況 2 利用簡諧運(yùn)動(dòng)圖象理解簡諧運(yùn)動(dòng)的對稱性 1 相隔 t n T n 0 1 2 的兩個(gè)時(shí)刻 彈簧振子的位置關(guān)于平衡位置對稱 位移等大反向 速度也等大反向 2 相隔 t nT n 0 1 2 的兩個(gè)時(shí)刻 彈簧振子在同一位置 位移和速度都相同 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 例2 2017 北京卷 某彈簧振子沿x軸的簡諧運(yùn)動(dòng)圖象如圖所示 下列描述正確的是 A t 1s時(shí) 振子的速度為零 加速度為負(fù)的最大值B t 2s時(shí) 振子的速度為負(fù) 加速度為正的最大值C t 3s時(shí) 振子的速度為負(fù)的最大值 加速度為零D t 4s時(shí) 振子的速度為正 加速度為負(fù)的最大值 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 1 簡諧運(yùn)動(dòng)的圖象不是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的軌跡 它表示的是振動(dòng)物體的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律 反映的是同一質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻離開平衡位置的位移 2 因回復(fù)力總是指向平衡位置 故回復(fù)力和加速度在圖象上總是指向t軸 3 速度方向可以通過下一個(gè)時(shí)刻位移的變化來判定 下一個(gè)時(shí)刻位移如果增加 振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度方向就遠(yuǎn)離t軸 下一個(gè)時(shí)刻的位移如果減小 振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度方向就指向t軸 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 即學(xué)即練4 多選 2017 山西統(tǒng)測 如圖甲所示 水平的光滑桿上有一彈簧振子 振子以O(shè)點(diǎn)為平衡位置 在a b兩點(diǎn)之間做簡諧運(yùn)動(dòng) 其振動(dòng)圖象如圖乙所示 由振動(dòng)圖象可以得知 A 振子的振動(dòng)周期等于2t1B 在t 0時(shí)刻 振子的位置在a點(diǎn)C 在t t1時(shí)刻 振子的速度為零D 在t t1時(shí)刻 振子的速度最大E 從t1到t2 振子正從O點(diǎn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng) 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 5 2016 北京卷 如圖所示 彈簧振子在M N之間做簡諧運(yùn)動(dòng) 以平衡位置O為原點(diǎn) 建立Ox軸 向右為x軸正方向 若振子位于N點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí) 則其振動(dòng)圖象為 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 受迫振動(dòng)和共振1 自由振動(dòng) 受迫振動(dòng)和共振的比較 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 2 對共振的理解 1 共振曲線 如圖所示 橫坐標(biāo)為驅(qū)動(dòng)力頻率f 縱坐標(biāo)為振幅A 它直觀地反映了驅(qū)動(dòng)力頻率對某固有頻率為f0的振動(dòng)系統(tǒng)受迫振動(dòng)振幅的影響 由圖可知 f與f0越接近 振幅A越大 當(dāng)f f0時(shí) 振幅A最大 2 受迫振動(dòng)中系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化 做受迫振動(dòng)的系統(tǒng) 其機(jī)械能不守恒 系統(tǒng)與外界時(shí)刻進(jìn)行能量交換 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 例3 多選 2017 河北邢臺(tái)期末 如圖所示 在一根張緊的繩上掛著四個(gè)單擺 其中甲 丙兩單擺的擺長相等 現(xiàn)給甲擺一個(gè)初始能量 使其開始擺動(dòng) 擺動(dòng)穩(wěn)定后 關(guān)于乙 丙 丁三個(gè)單擺 下列說法正確的是 A 乙擺擺動(dòng)的周期與甲擺擺動(dòng)的周期相同B 丁擺擺動(dòng)的周期與丙擺擺動(dòng)的周期相同C 丁擺頻率最大D 乙擺振幅最大E 丙擺振幅最大 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 思維點(diǎn)撥受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率 由單擺的周期公式T 2 求固有周期 受迫振動(dòng)和共振的兩點(diǎn)總結(jié) 1 無論發(fā)生共振與否 受迫振動(dòng)的頻率都等于驅(qū)動(dòng)力的頻率 但只有發(fā)生共振現(xiàn)象時(shí)振幅才能達(dá)到最大 2 受迫振動(dòng)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化不再只有系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化 還有驅(qū)動(dòng)力對系統(tǒng)做正功補(bǔ)償系統(tǒng)因克服阻力而損失的機(jī)械能 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 即學(xué)即練6 多選 2017 山東濰坊中學(xué)月考 把一個(gè)篩子用四根彈簧支撐起來 篩子上裝一個(gè)電動(dòng)偏心輪 它每轉(zhuǎn)一周 給篩子一個(gè)驅(qū)動(dòng)力 這就做成了一個(gè)共振篩 如圖甲所示 該共振篩的共振曲線如圖乙所示 已知增大電壓 可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高 增大篩子質(zhì)量 可增大篩子的固有周期 現(xiàn)在 在某電壓下電動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)速是54r min 為了使篩子的振幅增大 下列做法正確的是 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 A 提高輸入電壓B 降低輸入電壓C 減小篩子質(zhì)量D 增大篩子質(zhì)量 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 7 多選 2017 江西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考 如圖所示 曲軸上掛一個(gè)彈簧振子 轉(zhuǎn)動(dòng)搖把 曲軸可帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng) 開始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把 讓振子自由振動(dòng) 測得其頻率為2Hz 現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把 轉(zhuǎn)速為240r min 則 A 當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí) 它的振動(dòng)周期是0 5sB 當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí) 它的振動(dòng)頻率是4HzC 當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí) 彈簧振子的振幅增大D 當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時(shí) 彈簧振子的振幅增大E 振幅增大的過程中 外界對彈簧振子做正功 答案 解析