《沪科版高中物理选修（3-4）第1章《机械振动》ppt章末总结课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《沪科版高中物理选修（3-4）第1章《机械振动》ppt章末总结课件（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第1章机械振动 章末总结 网络构建区 机械振动 简谐振动 运动特征 受力特征 回复力F 特征 描述简谐运动的物理量 位移 x Asin t 振幅A 偏离平衡位置的位移大小的周期T 完成一次所用的时间频率f 单位时间内的次数相位 描述振动的步调 往复运动 周期性 kx 最大值 全振动 全振动 简谐振动 简谐运动的图像 正弦 或余弦 曲线 纵坐标表示 横坐标表示物理意义 描述从图像可获得的信息 等 两个重要模型 弹簧振子 合力为回复力 单摆 回复力来源 做简谐运动的条件 周期公式 T 实验 用单摆测定重力加速度g 简谐运动的能量 决定振动的能量 位移 时间 振子的位移随时间变化的规律 振幅 周期
2、 位移 重力的切向分力 摆角很小 2 振幅 简谐振动 阻尼振动 特征 递减能量转化 转化为 受迫振动 定义 在作用下的振动频率 振动频率等于共振 时振幅最大 振幅 机械能 内能 周期性驱动力 驱动力的频率 f f固 专题整合区 一 简谐运动的图像及作用 二 简谐运动的周期性和对称性 三 单摆周期公式的应用 一 简谐运动的图像及作用 简谐运动的图像描述了振动质点的位移随时间变化的规律 从图像中可以确定位移 速度 加速度 动能和势能等物理量以及它们的变化规律 例1如图1所示 下列说法正确的是 A 振动图像上的A B两点振动物体的速度相同B 在t 0 1s和t 0 3s时 质点的加速度大小相等 方向
3、相反C 振动图像上A B两点的速度大小相等 方向相反D 质点在t 0 2s和t 0 3s时的动能相等 图1 解析A B两点位移相同 速度大小相等 但方向相反 因此A错 C对 在t 0 1s和t 0 3s时 质点离开平衡位置的位移最大 方向相反 由F kx a 可知B对 t 0 2s时 物体通过平衡位置 速度最大 动能最大 而t 0 3s时 物体在最大位移处 速度为零 动能最小 故D错 答案BC 二 简谐运动的周期性和对称性 1 周期性做简谐运动的物体在完成一次全振动后 再次振动时则是重复上一个全振动的形式 所以做简谐运动的物体具有周期性 做简谐运动的物体经过同一位置可以对应不同的时刻 物体的位
4、移相同而速度可能等大反向 这样就形成简谐运动的多解问题 2 对称性 1 速率的对称性 系统在关于平衡位置对称的两位置具有相等的速率 2 加速度和回复力的对称性 系统在关于平衡位置对称的两位置具有等大反向的加速度和回复力 3 时间的对称性 系统通过关于平衡位置对称的两段位移的时间相等 振动过程中通过任意两点A B的时间与逆向通过的时间相等 例2物体做简谐运动 通过A点时的速度为v 经过1s后物体第一次以相同速度v通过B点 再经过1s物体紧接着又通过B点 已知物体在2s内所走过的总路程为12cm 则该简谐运动的周期和振幅分别是多大 解析物体通过A点和B点时的速度大小相等 A B两点一定关于平衡位置
5、O对称 依题意作出物体的振动路径草图如图甲 乙所示 在图甲中物体从A向右运动到B 即图中从1运动到2 时间为1s 从2运动到3 又经过1s 从1到3共经历了0 5T 即0 5T 2s T 4s 2A 12cm A 6cm 在图乙中 物体从A先向左运动 当物体第一次以相同的速度通过B点时 即图中从1运动到2时 时间为1s 从2运动到3 又经过1s 同样A B两点关于O点对称 从图中可以看出从1运动到3共经历了1 5T 即1 5T 2s T s 1 5 4A 12cm A 2cm 答案T 4s A 6cm或T s A 2cm 针对训练如图2所示 轻弹簧的一端固定在地面上 另一端与木块B相连 木块A
6、放在木块B上 两木块的质量均为m 竖直向下的力F作用在A上 A B均静止 将力F瞬间撤去后 A B共同运动到最高点时 B对A的支持力多大 图2 解析撤去力F后 A B将共同沿竖直方向做简谐运动 撤去力F的瞬间 A B整体受到回复力的大小为F 方向竖直向上 A B处在振动过程中位移的大小等于振幅 由牛顿第二定律可得 此时A受到的回复力大小为F 2 方向竖直向上 由回复力的对称性可知 在最高点时A 位移的大小也等于振幅 与撤去外力F时的位置对称 受到的回复力F回的大小也为F 2 方向竖直向下 又因为A受到的回复力是其重力与B对它的支持力N的合力 所以在最高点处 对A有F回 mg N 得N mg F
7、回 mg F 2 答案mg F 2 返回 三 单摆周期公式的应用 单摆的周期公式T 2 是在当单摆的最大偏角小于5 单摆的振动是简谐运动的条件下才适用的 单摆的周期与振幅无关 与质量也无关 只与摆长和重力加速度有关 另外由公式的变形式g 还可以测重力加速度 例3一个摆长为l1的单摆 在地面上做简谐运动 周期为T1 已知地球质量为M1 半径为R1 另一摆长为l2的单摆 在质量为M2 半径为R2的星球表面做简谐运动 周期为T2 若T1 2T2 l1 4l2 M1 4M2 则地球半径与星球半径之比R1 R2为 A 2 1B 2 3C 1 2D 3 2 解析在地球表面单摆的周期T1 2 在星球表面单摆
8、的周期T2 2 又因为 g g 由 联立得 答案A 返回 自我检测区 1 2 3 4 5 A 质点振动频率是4HzB 在10s内质点经过的路程是20cmC 第4s末质点的速度为零D 在t 1s和t 3s两时刻 质点位移大小相等 方向相同 1 2 3 4 5 1 一质点做简谐运动的图像如图3所示 下列说法正确的是 图3 1 2 3 4 5 解析振动图像表示质点在不同时刻相对平衡位置的位移 由题图可看出 质点运动的周期T 4s 其频率f 0 25Hz A错误 10s内质点运动了T 其运动路程为s T 4A 4 2cm 20cm B正确 1 2 3 4 5 第4s末质点在平衡位置 其速度最大 C错
9、t 1s和t 3s两时刻 由题图可看出 位移大小相等 方向相反 D错 答案B 1 2 3 4 5 2 关于简谐运动的周期 下列说法正确的是 A 间隔一个周期的两个时刻 物体的振动情况完全相同B 间隔半个周期奇数倍的两个时刻 物体的速度和加速度可能同时相同C 半个周期内物体动能的变化一定为零D 一个周期内物体势能的变化一定为零 1 2 3 4 5 解析根据周期的意义知 物体完成一次全振动 所有的物理量都恢复到初始状态 所以A D正确 当间隔半个周期的奇数倍时 所有的矢量都变得大小相等 方向相反 故B选项错误 由于间隔半个周期各矢量大小相等 所以物体的动能必定相等 没有变化 所以C也正确 答案AC
10、D 1 2 3 4 5 3 站在升降机里的人发现 升降机中摆动的单摆周期变大 以下说法正确的是 A 升降机可能加速上升B 升降机一定加速上升C 升降机可能加速下降D 升降机一定加速下降 1 2 3 4 5 解析由单摆周期公式T 2 知 周期变大 则等效重力加速度g 变小 故升降机的加速度方向向下 故可能加速下降 也可能减速上升 故选项C正确 答案C 1 2 3 4 5 4 光滑水平面上的弹簧振子 质量为50g 在弹簧振子被拉到最大位移处释放并开始计时 在t 0 2s时 振子第一次通过平衡位置 此时速度为4m s 则在t 1 2s末 弹簧的弹性势能为J 该弹簧振子做简谐运动时其动能的变化频率为H
11、z 1min内 弹簧弹力对弹簧振子做正功的次数为次 1 2 3 4 5 解析根据其周期性及对称性 则有周期T 0 8s 振子的最大速度为4m s 则最大动能Ekmax mv2 0 4J 根据振子振动的周期性判定在t 1 2s末 振子在最大位移处 据机械能守恒有Ep Ekmax 0 4J 物体的振动周期为0 8s 则其动能的变化周期为 0 4s 1 2 3 4 5 所以动能的变化频率为2 5Hz 在物体振动的1个周期内 向平衡位置运动时弹力做正功 弹力两次做正功 根据其周期性可求得1min内弹力做正功的次数为n 2次 150次 答案0 42 5150 1 2 3 4 5 5 摆长为1m的单摆 如图4甲所示挂在天花板上 静止时摆球刚好与竖直墙壁接触而不相互挤压 将摆球拉离竖直墙壁很小角度后释放 则摆球会在竖直墙壁和开始释放处之间做周期性的往复运动 设摆球与墙壁碰撞后按原速率弹回且碰撞时间极短 可以忽略 图4 1 2 3 4 5 1 求振动的周期 解析此振动装置的周期应为单摆周期的 所以T T 1s 答案1s 1 2 3 4 5 2 取碰撞处为坐标原点 试画出两个周期的振动图像 解析取向右为正 摆球摆动将没有负位移 其图像如图所示 答案见解析
