《高考物理一轮复习 13.3 机械振动同步课件（通用）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习 13.3 机械振动同步课件（通用）（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲机械振动,一、描述简谐运动的物理量 1位移：方向为从 指向振子所在的位置，大小 为 到该位置的距离 位移的表示方法：以平衡位置为原点，以振动所在的直 线为坐标轴，规定正方向，则某一时刻振子(偏离平衡位 置)的位移用该时刻振子所在位置的坐标来表示振子通 过平衡位置时，位移改变,平衡位置,平衡位置,方向,2速度：描述振子在振动过程中经过某一位置或在某一时 刻运动的快慢在所建立的坐标轴上，速度的正负号表 示振子 与坐标轴的正方向相同或相反 振子在最大位移处速度为零，在 时速度最大， 振子在最大位移处速度方向,运动方向,平衡位置,发生改变,3加速度：根据牛顿第二定律，做简谐运动的物体的加 速度a
2、 由此可知，加速度的大小跟位移大小 成正比，其方向与位移方向总是相反 振子在位移最大处加速度 ，通过 时加 速度为零，此时加速度改变方向,最大,平衡位置,4回复力 (1)定义：振动物体所受的总是指向 的力 (2)来源：是振动物体所受的沿振动方向所有力的合力 (3)效果：产生振动加速度，改变速度的大小，使物体回 到平衡位置,平衡位置,4)举例：水平弹簧振子的回复力即为弹簧的弹力； 竖直悬挂的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力； 单摆的回复力是摆球所受重力在圆周切线方向的分力，不能说成是重力和拉力的合力 (5)证明：在简谐运动中回复力Fkx，我们常常利用这一特征来证明一个振动是否是简谐运动,5
3、振幅、周期(频率)和相位 (1)振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离，它是 标量，反映了振动的强弱 (2)周期和频率 定义：振动物体完成一次全振动所需要的时间叫 做振动的周期单位时间内完成全振动的次数叫做振 动的频率 意义：表示物体振动的快慢 关系：f,固有周期和固有频率：如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫固有振动，其振动周期和频率叫做固有周期和固有频率 (3)相位：是用来描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态的物理量，其单位为弧度,1)振动物体经过同一位置时，其位移大小、方向是一定的，而速度方向却有指向或背离平衡位置两种可能 (2)当振子经过平衡位置时，回复力一定为零，但所受合外力不一
4、定为零,二、简谐运动的规律 1简谐运动的两种模型,2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：xAsin(t)，其中A代表 ， 2f表示简谐运动的快慢，(t )代表简谐运动 的 ， 叫做初相,kx,振幅,相位,3简谐运动的对称性 (1)瞬时量的对称性：做简谐运动的物体，在关于 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、动能具有对 称性，速度的方向可能相同或相反,平衡位置,2)过程量的对称性：振动质点来回通过相同的两点间的时间相等，如tBCtCB；质点经过关于平衡位置对称的等长的两线段时时间相等，如tBCtB
5、C，如图1211 所示,4简谐运动的图象 (1)从平衡位置开始计时，函数表达式为xAsint， 图象如图1212甲所示 (2)从最大位移处开始计时，函数表达式为xAcost， 图象如图1212乙所示,1)简谐运动的图象并非振动质点的运动轨迹 (2)利用简谐运动的对称性，可以解决物体的受力问题，如放在竖直弹簧上做简谐运动的物体，若已知物体在最高点的合力或加速度，可求物体在最低点的合力或加速度 (3)由于简谐运动具有周期性，因此涉及简谐运动时往往出现多解分析时应特别注意，物体在某一位置时，位移是确定的，而速度方向不确定，由于周期性，时间也不确定,三、机械振动中能量的转化、受迫振动、共振 1机械振动
6、中能量的转化 (1)振动的能量：振动系统各时刻的动能和势能 之和， 即振动系统的总机械能 (2)能量的转化 简谐运动：振动系统中动能、势能相互转化，机械能 阻尼振动：振动系统的机械能逐渐减小，振动的振幅 逐渐减小,守恒,2受迫振动 (1)定义：系统在周期性的外力(驱动力)作用下的振动 (2)振动特征 频率特征：振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟 物体的固有频率无关,振幅特征 a驱动力的频率与系统的固有频率相差越大时，振幅 b驱动力的频率与系统的固有频率相差越小时，振幅 c驱动力的频率与系统的固有频率相等时，振幅,越小,越大,最大,3共振,如图1213所示， 两木块的质量为m、M，中间弹簧 的
7、劲度系数为k，弹簧下端与M连接， m与弹簧不连接，现将m下压一段距 离释放，它就上下做简谐运动，振 动过程中，m始终没有离开弹簧，试求： (1)m振动的振幅的最大值； (2)m以最大振幅振动时，M对地面的最大压力,要使m振动过程中始终不离开弹簧，m振动的最大振幅对应m振到最高点时弹簧处于原长状态.m振动到最低点时，弹簧对M的压力最大，M对地面的压力也最大,解题指导(1)在平衡位置时，设弹簧的压缩量为x0，有：kx0mg. 要使m振动过程中不离开弹簧，m振动的最高点不能高于弹簧原长处，所以m振动的振幅的最大值Ax0,2)m以最大振幅A振动时，振动到最低点，弹簧的 压缩量最大，为2A2x0 对M受
8、力分析可得： FNMgk Mg2mg， 由牛顿第三定律得 M对地面的最大压力为Mg2mg,答案(1) (2)Mg2mg,2011温州模拟)如图1214所示为一弹簧振子的振动图象，试完成以下问题,1)写出该振子简谐运动的表达式 (2)在第2 s 末到第3 s末这段时间内，弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性势能各是怎样变化的？ (3)该振子在前100 s的总位移是多少？路程是多少,分析该题时可关注以下四点： (1)振子的初始位置及运动方向； (2)振子位移的大小、方向及其变化趋势； (3)由位移变化判断a、v、Ek、Ep的变化； (4)由运动特点确定位移和路程,解题指导 (1)由振动图象可得： A
9、5 cm，T4 s，0 则 rad/s 故该振子做简谐运动的表达式为：x5sin (cm,2)由图1114可知，在t2 s时振子恰好通过平衡位置，此时加速度为零，随着时间的延续，位移值不断加大，加速度的值也变大，速度值不断变小，动能不断减小，弹性势能逐渐增大当t3 s时，加速度的值达到最大，速度等于零，动能等于零，弹性势能达到最大值 (3)振子经过一个周期位移为零，路程为54 cm20 cm，前100 s刚好经过了25个周期，所以前100 s振子位移 x0，振子路程s2025 cm500 cm5 m,答案见解题指导,如图1215所示， 光滑圆弧槽半径为R，A为最低点， C到A的距离远小于R.两个可视为质 点的小球B和C都由静止开始释放， 要使B、C两球在A点相遇问B到A 点的距离H应满足什么条件,将C球的运动与单摆的运动类比，可知C球做简谐 运动，又因C球运动的周期性和重复性，B、C相 遇的时间必有多解,解题指导 由题意知C球做简谐运动，B球做自由落体运动C、B球相遇必在A点，而C球从开始释放至到达A点经历的时间为tC (2n1)(n1,2,3)，B球到达A点经历的时间为tB，由H gtB2决定,因为相遇时tBtC， 所以tB 所以H,答案
