《2017高考物理一轮复习 机械振动 机械波 光 电磁波 相对论简介 基础课时1 机械振动课件(选修3-4)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017高考物理一轮复习 机械振动 机械波 光 电磁波 相对论简介 基础课时1 机械振动课件(选修3-4)（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高考导航,基础课时1机械振动,知识梳理,知识点一、简谐运动单摆、单摆的周期公式 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_。,平衡位置,回复力,平衡位置,平衡位置,合力,分力,效果,(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。 2.简谐运动的两种模型,kx
2、,弹力,原长,重力,知识点二、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，2f表示简谐运动的快慢。 2.简谐运动的图象 (1)从_开始计时，函数表达式为xAsin t，图象如图1甲所示。,图1,kx,Asin(t),平衡位置,(2)从_开始计时，函数表达式为xAcos t，图象如图1乙所示。 知识点三、受迫振动和共振 1.受迫振动 系统在_作用下的振动。做受迫振动的物体，它做受迫振动的周期(或频率)等于_的周期(或频率)，而与物体的固有周期(或频率)_关。,2.共振 做受迫振动的物体，它的
3、固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者_时，振幅达到最大，这就是共振现象。共振曲线如图2所示。,图2,最大位移处,驱动力,驱动力,无,相等,思考 下列说法是否正确，正确的画“”，错误的画“”。 (1)简谐运动平衡位置就是质点所受合力为零的位置。() (2)弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零、动能为零。() (3)单摆无论摆角多大都是简谐运动。() (4)物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关。() (5)简谐运动的图象描述的是振动质点的轨迹。() 答案(1)(2)(3)(4)(5),诊断自测,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.
4、速度 C.加速度 D.回复力 解析做简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，位移相同，加速度相同，速度的大小相等，但方向不一定相同，所以可能不同的物理量是速度，选项B正确。 答案B,2.如图3甲所示，水平的光滑杆上有一弹簧振子，振子以O点为平衡位置，在a、b两点之间做简谐运动，其振动图象如图乙所示。由振动图象可以得知_。,图3 A.振子的振动周期等于t1 B.在t0时刻，振子的位置在a点 C.在tt1时刻，振子的速度为零 D.从t1到t2，振子从O点运动到b点,解析由题图乙可知，振子的振动周期等于2t1，故A错误；在t0时刻，振子的位置在O点，故B错误；在tt1时刻，振子在平衡位置，其速度最大
5、，故C错误；由题图乙可看出，从t1到t2，振子从O点运动到b点，故D正确。 答案D,答案C,4.某振动系统的固有频率为f0，在周期性驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为f。若驱动力的振幅保持不变，下列说法正确的是_。 A.当ff0时，该振动系统的振幅随f减小而增大 C.该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0 D.该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f 解析受迫振动的振幅A随驱动力的频率变化规律如图所示，显然A错误，B正确；稳定时系统的频率等于驱动力的频率，即C错误，D正确。,BD,5.(2016北京四十四中期中)某单摆做小角度摆动，其振动图象如图4所示，则以下说法正确的是_。,图4
6、A.t1时刻摆球速度最大，摆球向心加速度最大 B.t2时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最大 C.t3时刻摆球速度为零，摆球所受回复力最大 D.t4时刻摆球速度为零，摆球处于平衡状态,解析由题图读出t1、t3时刻位移最大，回复力最大，速度为零，向心加速度为零，A错误，C正确；t2、t4时刻位移为零，说明摆球在平衡位置，摆球速度最大，悬线对它的拉力最大，B正确，D错误。 答案BC,考点一简谐运动的五个特征 1.动力学特征：Fkx，“”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，而方向相反，为变加速运动，远离
7、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。,4.对称性特征：,(2)如图所示，振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P(OPOP)时，速度的大小、动能、势能相等，相对于平衡位置的位移大小相等。 (3)振子由P到O所用时间等于由O到P所用时间，即tPOtOP。 (4)振子往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等，即tOPtPO。 5.能量特征：振动的能量包括动能Ek和势能Ep，简谐运动过程中，系统动能与势能相互转化，系统的机械能守恒。,【例1】2013新课标全国卷，34(1)如图5
8、，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5,答案,方法提炼 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。,图6 A.该弹簧振子的振幅为1 m
9、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,考点二简谐运动的规律及图象 1.简谐运动的数学表达式 xAsin(t) 2.振动图象提供的信息 (1)由图象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。,【例2】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图7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
10、正确的是_。,图7,答案AC,【变式训练】 2.(2016浙江瑞安测试)一水平弹簧振子做简谐运动的振动图象如图8所示，已知弹簧的劲度系数为20 N/cm，则_。,图8 A.图中A点对应的时刻振子所受的回复力大小为5 N，方向指向x轴的负方向 B.图中A点对应的时刻振子的速度方向指向x轴的正方向 C.在04 s内振子做了1.75次全振动 D.在04 s内振子通过的路程为3.5 cm,解析由简谐运动的特点和弹簧弹力与伸长量的关系可知，图中A点对应的时刻振子所受的回复力大小为Fkx200.25 N5 N，方向指向x轴的负方向，并且现在正在远离O点向x轴的正方向运动，A、B正确；由图可读出周期为2 s
11、，4 s内振子做两次全振动，通过的路程是s24A240.5 cm4 cm，C、D错误。 答案AB,考点三单摆周期公式的应用 【例3】如图9所示，在水平地面上有一段光滑圆弧形槽，弧的半径是R，所对圆心角小于10，现在圆弧的右侧边缘M处放一个小球A，使其由静止下滑，则：,图9 (1)小球由M至O的过程中所需时间t为多少？在此过程中能量如何转化(定性说明)? (2)若在MN圆弧上存在两点P、Q，且P、Q关于O对称，且已测得小球A由P到达Q所需时间为t，则小球由Q至N的最短时间为多少？,【拓展延伸】 在【例3】中若在圆弧的最低点O的正上方h处由静止释放小球B，让其自由下落，同时A球从圆弧左侧由静止释放
12、，欲使A、B两球在圆弧最低点O处相遇，则B球下落的高度h是多少？,【变式训练】 3.如图10所示，为半径很大的光滑圆弧轨道上的一小段，小球B静止在圆弧轨道的最低点O处，另有一小球A自圆弧轨道上C处由静止滚下，经时间t与B发生正碰。碰后两球分别在这段圆弧轨道上运动而未离开轨道。当两球第二次相碰时_。,图10 A.相间隔的时间为4tB.相间隔的时间为2t C.将仍在O处相碰D.可能在O点以外的其他地方相碰,答案BC,考点四实验十：探究单摆的周期与摆长的关系 1.实验原理,2.实验器材 带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球，不易伸长的细线(约1米)、秒表、毫米刻度尺和游标卡尺。,图11,【例4】2
13、015天津理综，9(2)某同学利用单摆测量重力加速度。 为了使测量误差尽量小，下列说法正确的是_。 A.组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球 B.组装单摆须选用轻且不易伸长的细线 C.实验时须使摆球在同一竖直面内摆动 D.摆长一定的情况下，摆的振幅尽量大 如图12所示，在物理支架的竖直立柱上固定有摆长约1 m的单摆。实验时，由于仅有量程为20 cm、精度为1 mm的钢板刻度尺，于是他先使摆球自然下垂，在竖直立柱上与摆球最下端处于同一水平面的位置做一标记点，测出单摆的周期T1；然后保持悬点位置不变，设法将摆长缩短一些，再次使摆球自然下垂，用同样方法在竖直立柱上做另一标记点，并测出单摆的周期T2；
14、最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上两标记点之间的距离L。用上述测量结果，写出重力加速度的表达式g_。,图12,解析在利用单摆测重力加速度实验中，为了使测量误差尽量小，须选用密度大、半径小的摆球和不易伸长的细线，摆球须在同一竖直面内摆动，摆长一定时，振幅尽量小些，以使其满足简谐运动条件，故选B、C。,【变式训练】 4.某同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中进行了如下的操作： (1)用游标尺上有10个小格的游标卡尺测量摆球的直径如图13甲所示，可读出摆球的直径为_cm。把摆球用细线悬挂在铁架台上，测量摆线长，通过计算得到摆长L。,图13,(2)用秒表测量单摆的周期。当单摆摆动稳定且到达最低点时开始计
15、时并记为n1，单摆每经过最低点记一次数，当数到n60时秒表的示数如图13乙所示，该单摆的周期是T_s(结果保留三位有效数字)。 (3)测量出多组周期T、摆长L的数值后，画出T2L图线如图13丙，此图线斜率的物理意义是(),(4)在(3)中，描点时若误将摆线长当作摆长，那么画出的直线将不通过原点，由图线斜率得到的重力加速度与原来相比，其大小() A.偏大 B.偏小 C.不变 D.都有可能,答案(1)2.06(2)2.28(3)C(4)C,1.如图14所示，弹簧振子在BC间振动，O为平衡位置，BOOC5 cm，若振子从B到C的运动时间是1 s，则下列说法中正确的是_。,图14 A.振子从B经O到C
16、完成一次全振动 B.振动周期是1 s，振幅是10 cm C.经过两次全振动，振子通过的路程是20 cm D.从B开始经过3 s，振子通过的路程是30 cm,解析振子从BOC仅完成了半次全振动，所以周期T21 s2 s，振幅ABO5 cm，选项A、B错误；振子在一次全振动中通过的路程为4A20 cm，所以两次全振动中通过的路程为40 cm，选项C错误；3 s的时间为1.5T，所以振子通过的路程为30 cm，选项D正确。 答案D,2. 2013江苏单科，12B(1)如图15所示的装置，弹簧振子的固有频率是4 Hz。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1 Hz，则把手转动的频率为_
