《2018版高考物理一轮复习 第十五章 机械振动和机械波 15.1 机械振动课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018版高考物理一轮复习 第十五章 机械振动和机械波 15.1 机械振动课件（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十五章 机械振动和机械波 选考部分 选修3 4 15 1 机械振动 高考研读 考点要求命题视角复习策略 简谐运动 简谐运动公式和图象 单摆和周期公式 受迫振动 共振 机械波 横波和纵波 横波的图象 波速 波长和频率 周期 的关系 波的干涉和衍射现象 多普勒效应 实验14 探究单摆的运动 用单摆测定重力加速 度 对于振动与波 高考试题均立足于对基础知识和基本研究方法的考查 振动和波的知识点虽然不是很多 但概念性强 考查点有简谐运 动 振动的周期和频率 共振 波长 单摆的周期公式 机械波 的波长 频率 波速关系 波的叠加 干涉和衍射等概念和规律 应结合振动图象和波的图象理解掌握 最近几年计算题倾
2、向考 查注意振动的周期性和波的问题的多解问题 复习过程中要加强对基本概念的记忆 和理解 尤其要结合振动图象与 波的图象来分析振动与波的特点 和规律 并切实掌握两种图象的 区别和联系 机械振动知识体系 第1节 机械振动 栏 目 导 航 1 2 3 4 抓知识点 抓重难点 课时跟踪检测 抓易错点 抓知识点 用心研读读 领领悟细细微深处处1 一 简谐运动 1 简谐运动 1 定义 物体在跟位移大小成正比并且总是指向 的回复力作用下的振动 2 平衡位置 物体在振动过程中 为零的位置 3 回复力 定义 使物体返回到 的力 方向 总是指向 来源 属于 力 可以是某一个力 也可以是几个力的 或某个力的 平衡位
3、置 回复力 平衡位置 平衡位置 效果合力 分力 4 简谐运动的特征 动力学特征 F回 运动学特征 x v a均按正弦或余弦规律发生周期性变化 注意v a的变化趋势相反 能量特征 系统的机械能守恒 振幅A不变 kx 2 简谐运动的两种模型 弹簧振子单摆 模型示 意图 条件忽略弹簧质量 无摩擦 在弹簧的弹性限度内运动细线不可伸长 摆球足够小且密度大 摆角很小 弹簧振子单摆 平衡位置弹簧原长处小球运动轨迹的最低点 回复力弹簧的弹力提供摆球重力沿与摆线垂直方向的分力 周期公式不作要求 T 能量转化弹性势能与动能相互转化 机械能守恒重力势能与动能相互转化 机械能守恒 判断正误 1 简谐运动是匀变速运动
4、2 周期 频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量 3 振幅等于振子运动轨迹的长度 4 简谐运动的回复力可以是恒力 5 弹簧振子每次经过平衡位置时 位移为零 动能最大 6 单摆在任何情况下的运动都是简谐运动 即时突破 二 简谐运动的公式和图象 1 简谐运动的表达式 1 动力学表达式 F 其中 表示回复力与位移的方向相反 2 运动学表达式 x 其中A代表振幅 2 f表示简谐运动的快慢 t 代表简谐运动的相位 叫 作 kx Asin t 初相位 2 简谐运动的图象 1 从 开始计时 函数表达式x Asin t 图象如图甲所示 2 从 开始计时 函数表达式为x Acos t 图象如图乙所示 平衡位置
5、 最大位移处 三 三种振动 1 三种振动的比较 项目自由振动受迫振动共振 受力情况仅受回复力周期性驱动力作用周期性驱动力作用 振动周期或频率由 决定 即固 有周期或固有频率 由 决定 即T T驱或 f f驱 T驱 T固或 f驱 f固 振动能量振动物体的机械能不变由产生驱动力的物体提供 振动物体获得的能量最大 系统本身性质驱动力的周期或频率 2 共振曲线 如下图所示 当驱动力的频率等于系统的固有频率时 振动的振幅最大 多选 如图所示 A球振动后 通过水平细绳迫使B C振动 振动达到稳定时 下列说法中正确的是 A 只有A C的振动周期相等 B C的振幅比B的振幅小 C C的振幅比B的振幅大 D A
6、 B C的振动周期相等 即时突破 解析 由题题意知 A做自由振动动 其振动动周期就等于其固有周期 而B C在A 产产生的驱动驱动 力作用下做受迫振动动 受迫振动动的周期等于驱动驱动 力的周期 即等于A的 固有周期 所以三个单摆单摆 的振动动周期相等 由于C A的摆长摆长 相等 则则C的固有周期 与驱动驱动 力周期相等 产产生共振 其振幅比B摆摆大 所以C D正确 A B错误错误 答案 CD 抓重难点 动动手演练练 掌握提分技巧2 1 动力学特征 F kx 表示回复力的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 简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比 而方向
7、相反 为变加速运动 远离平衡位置时 x F a Ep均增 大 v Ek均减小 靠近平衡位置时则相反 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 重难点 1简谐运动的五个特征 多选 2015年山东卷 如图 轻弹簧上端固定 下端连接一小物块 物块沿竖直方向做简谐运动 以竖直向上为正方向 物块简谐运动的 表达式为y 0 1sin 2 5 t m t 0时刻 一小球从距物块h高处自由落下 t 0 6 s时 小球恰好与物块处于同一高度 取重力加速度的大小 g 10 m s2 以下判断正确的是 A h 1 7 m B 简谐运动的周期是0 8 s C 0 6 s内物块运动的
8、路程是0 2 m D t 0 4 s时 物块与小球运动方向相反 例 1 答案 AB 分析简谐运动的技巧 1 分析简谐运动中各物理量的变化情况时 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 提分秘笈 跟踪训练 1 A 该弹簧振子的振幅为1 m B 该弹簧振子的周期为1 s C 该弹簧振子的最大加速度为10 m s2 D 该弹簧振子的最大速度为2 m s 答案 BC 1 简谐运动的数学表达式 x Asin t 2 振动图象提供的信息 1 由图象
9、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 重难点 2简谐运动的规律及图象 多选 一个质点以O为中心做简谐运动 位移随时间变化的图象如下图所示 a b c d表示质点在不同时刻的相应位置 且b d 关于平衡位置对称 则下列说法中正确的是 例 2 答案 AC 2017届唐山一中月考 有一个在y方向上做简谐运动的物体 其振动图象如图甲所示 下列关于图乙中 1 4 的判断正确的是 跟踪训练 2 A 图 1 可作为该物体的速度 时间图象 B 图 2
10、 可作为该物体的回复力 时间图象 C 图 3 可作为该物体的回复力 时间图象 D 图 4 可作为该物体的加速度 时间图象 答案 C 简谐运动图象问题的两种分析方法 方法一 图象 运动结合法 解此类题时 首先要理解x t图象的意义 其次要把x t图象与质点的实际振动过程 联系起来 图象上的一个点表示振动中的一个状态 位置 振动方向等 图象上的一 段曲线对应振动的一个过程 关键是判断好平衡位置 最大位移及振动方向 方法二 直观结论法 简谐运动的图象表示振动质点的位移随时间变化的规律 即位移 时间的函数 关系图象 不是物体的运动轨迹 从振动图象上可以获取以下信息 1 可直接读取振幅A 周期T 两个相
11、邻正向最大位移之间的时间间隔或两个相邻 负向最大位移之间的时间间隔 以及质点在任意时刻相对平衡位置的位移x 也可以知 道开始计时时 t 0 振动质点的位置 提分秘笈 2 由振动图象可以判定质点在任意时刻的回复力方向和加速度方向 二者都指 向时间轴 3 可以判断某段时间内振动质点的位移 回复力 加速度 速度 动能 势能 的变化情况 若某段时间内质点的振动速度指向平衡位置 则质点的速度 动能均 变大 位移 回复力 加速度 势能均变小 反之 则相反 凡是图象上与时间轴 距离相等的点 振动质点具有相同的动能和势能 4 可以知道质点在任意时刻的速度方向 该点的斜率为正值时速度方向为正 该点的斜率为负值时
12、速度方向为负 重难点 3单摆及其周期公式的应用 如图所示 房顶上固定一根长2 5 m的细线沿竖直墙壁垂到窗沿下 细线下端系了一个小球 可视为质点 打开窗子 让小球在垂直于 窗子的竖直平面内小幅度摆动 窗上沿到房顶的高度为1 6 m 不计空气阻力 g取 10 m s2 则小球从最左端运动到最右端的最短时间为 A 0 2 s B 0 4 s C 0 6 s D 0 8 s 例 3 答案 B 如图甲是一个单摆振动的情形 O是它的平衡位置 B C是摆球所能到达的最远位置 设向右为正方向 图 乙是这个单摆的振动图象 根据图象回答 1 单摆振动的频率是多大 2 开始时摆球在何位置 3 若当地的重力加速度为
13、10 m s2 试求这个摆的摆长是多少 计算结果保留两位有效数字 跟踪训练 3 答案 1 1 25 Hz 2 B点 3 0 16 m 如图所示 曲轴上悬挂一弹簧振子 转动摇把 曲轴可以带动弹簧振子上下振动 开始时不转动摇把 让振子上下振动 测得振动频率为2 Hz 然后匀速转动摇把 转速为240 r min 当振子振动稳定后 它的振动周期为 s 要使弹簧振子的振幅最大 摇把的转速应为 r min 重难点 4受迫振动和共振的应用 例 4 答案 0 25 s 120 如图所示 为两个单摆在地面同一地点振动的共振曲线 则两个单摆的摆长之比l1 l2 发生共振时的振幅之比A1 A2 跟踪训练 4 答案
14、25 4 5 6 抓易错点 亲亲身体会 击击破薄弱环节环节3 如图所示 两段光滑圆弧轨道半径分别为R1和 R2 圆心分别为O1和 O2 所对应的圆心角均小于5 在最低点O平滑连接 M点 和 N点分别位于O点左右两侧 距离MO小于NO 现分别将位于M点和N点的两个小球A和 B 均可视为质点 同时由静止释放 关于两小球第一次相遇点 的位置 下列判断正确的是 A 恰好在O点 B 一定在O点的左侧 C 一定在O点的右侧 D 条件不足 无法确定 例 1 易错点 1对单摆的认识不够到位 答案 C 错后感悟 因题目没有给出小球的释放位置 错误地认为条件不足 无法 确定 错选D项 造成错选D的原因是对单摆认识
15、不够到位 单摆的周期与振幅无关 即使球B到O的距离近一些 仍然是球A先到达最低点 多选 2017届广西桂林中学8月月考 如图所示 在一根张紧的水平绳上 悬挂有a b c d e五个单摆 让a摆 略偏离平衡位置后无初速释放 在垂直纸面的平面内振动 接着其余各摆也开始振动 下列说法中正确的是 A 各摆的振动周期与a摆相同 B 各摆的振幅大小不同 c摆的振幅最大 C 各摆的振动周期不同 e摆的周期最长 D 各摆均做自由振动 例 2 易错点 2固有周期与受迫振动周期混淆 解析 a摆摆做自由振动动 周期等于a摆摆的固有周期 其余各摆摆均做受迫振动动 振动动周期均与a摆摆相同 A正确 CD项错误项错误 5
16、个摆摆均做受迫振动动 c摆摆的摆长摆长 与 a摆摆相同 产产生共振 故振幅最大 B项项正确 答案 AB 错后感悟 混淆固有周期与受迫振动的周期 错选C项 单摆自由振动时的 周期等于其固有周期 而做受迫振动时的振动周期等于驱动力的周期 与固有周期 无关 一单摆在地面处的摆动周期与在某矿井底部摆动周期的比值为k 设地球的半径为R 假定地球的密度均匀 已知质量均匀分布的球壳对壳内 物体的引力为零 求矿井的深度d 例 3 易错点 3单摆等效重力加速度的理解 答案 R 1 k2 错后感悟 单摆只有在摆角很小的情况下 其振动才可看作简谐运动 单摆的周期由单摆的摆长l和重力加速度g决定 而g是联系很多机械运动的桥梁 如自由落体运动 抛体运动等 因此要注意单摆运动和其他动力学结合的问题 Thank you for watching
