《2019年高考物理总复习鸭3-4第1课时机械振动课件教科版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019年高考物理总复习鸭3-4第1课时机械振动课件教科版（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、选修34,第1课时 机械振动,基础回顾,核心探究,演练提升,基础回顾 自主梳理融会贯通,知识梳理,一、简谐运动 1.定义:物体所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成 ,并且总指向 的运动.,正比,2.平衡位置:在某一位置两侧的往复运动中的“某一位置”. 3.回复力 (1)定义:物体振动过程中受到的指向 的力. (2)方向:总是与位移方向 . (3)来源:属于 力,可以是某一个力,也可以是几个力的合力或某个力的分力.,平衡位置,平衡位置,相反,效果,4.描述简谐运动的物理量,平衡位置,所在位置,平衡位置,最大距离,全振动,强弱,单位时间,快慢,二、简谐运动公式和图像 1.表达式 (1)动力学表达式
2、:F= ,其中“-”表示回复力与位移的方向相反.,(2)运动学表达式:,-kx,2.图像 (1)从 开始计时,函数表达式为x=Asin t,图像如图(甲)所示.,(2)从 开始计时,函数表达式为x=Acos t,图像如图(乙)所示.,平衡位置,最大位移处,三、单摆及其周期公式 简谐运动的两种模型,阻力,很小,弹力,重力,原长,最低,振幅,机械能,机械能,四、受迫振动和共振 1.自由振动、受迫振动和共振,回复力,驱动力,驱动力,周期,T驱,f驱,T0,f0,不变,最大,频率,2.受迫振动中系统能量的变化:受迫振动系统机械能 ,系统与外界时刻进行能量交换.,不守恒,自主检测,1.思考判断 (1)简
3、谐运动的平衡位置就是质点所受合力为零的位置.( ) (2)做简谐运动的质点先后通过同一点,回复力、速度、加速度、位移都是相同的.( ) (3)简谐运动的回复力可以是恒力.( ) (4)简谐运动的图像描述的是质点的运动轨迹.( ) (5)物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率无关.( ),答案:(1) (2) (3) (4) (5),2.(2018湖北阳新月考)(多选)做简谐振动的物体,当它每次经过同一位置时,一定相同的物理量是( ) A.对平衡位置的位移 B.速度 C.回复力和加速度 D.动能 E.动量,ACD,解析:振动质点的位移是指离开平衡位置的位移,做简谐运动的物体,每次通过同一位置时,
4、位移一定相同,故A正确;速度可能有两种方向,所以速度和动量不一定相同,故B,E错误;根据简谐运动的特征a=- ,可知加速度也一定相同,故C正确;物体的速度大小相等,则它的动能相同,故D正确.,3.(2018辽宁本溪满族自治县月考)(多选)如图为某质点的振动图像,由图像可知( ) A.质点的振幅为2 cm,周期为410-2 s B.质点的振动方程为x=2sin 50t(cm) C.在t=0.01 s时质点的位移为负向最大 D.P时刻质点的振动方向向下 E.从0.02 s至0.03 s质点的位移增大,速度减小,ACE,解析:由图知,振幅A=2 cm,周期T=410-2 s,则= = rad/s=5
5、0 rad/s,由数学知识可得质点的振动方程为x=-Asin t=-2sin 50t(cm),故A正确,B错误;在t=0.01 s时质点的位移为负向最大,速度为零.故C正确.P时刻图像的斜率为正,则质点的振动方向向上,故D错误;从0.02 s至0.03 s,质点的位移增大,离开平衡位置,则质点的速度减小.故E正确.,核心探究 分类探究各个击破,考点一 简谐运动的规律,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相反,为变加速运动,远离平衡位置时,x,F,a,Ep均增
6、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(OP=OP)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tPO=tOP. (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tOP=tPO. 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.,【典例1】 (2018湖北华中师范大学一附中期中)如图所示,质量为M的物块
7、连在水平放置的左端固定的轻质弹簧的右端,构成一弹簧振子,物块可沿光滑水平面在BC间做简谐运动,振幅为A.在运动过程中将一质量为m的小物块轻轻地放在M上,第一次是当M运动到平衡位置O处时放在上面,第二次是当M运动到最大位移C处时放在上面,观察到第一次放后的振幅为A1,第二次放后的振幅为A2,则( ) A.A1=A2=A B.A1A2=A C.A1=A2A D.A2A1=A,B,审题图示,解析:根据两种情况下系统能量变化的角度分析振幅的变化情况.振子运动到C点时速度恰为0,此时放上小物块,系统的机械能没有损失,系统的总能量即为此时弹簧储存的弹性势能不变,故振幅不变,即A2=A;振子运动到平衡位置时
8、速度最大,弹簧的弹性势能为零,放上小物块后,m与M间的滑动摩擦力做功,系统的机械能减小,根据能量守恒定律可得机械能转化为弹性势能总量减小,故弹簧的最大伸长(压缩)量减小,即振幅减小,所以A1A,故A1A2=A,B正确.,【例题拓展】 在典例1中,当M运动到最大位移C处时把小物块m放在上面,弹簧振子的振动周期如何变化?,解析:当M运动到最大位移C处时把小物块m放在上面,振子的振幅不变,但以后运动过程中速度变小,所以振动周期变大.实际上,由弹簧振子周期公式T=2 可知,第一次和第二次两种情况下的振动周期相同,但是比放m之前的振动周期大. 答案:振动周期变大,反思总结 分析简谐运动中各物理量的变化情
9、况的技巧 (1)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)注意简谐运动的周期性和对称性.位移相同时,回复力、加速度、动能、势能可以确定,但速度可能有两个方向,由于周期性,运动时间也不确定.,【针对训练】 (多选)如图所示,在光滑水平面上有一轻质弹簧左端固定,右端与一质量为m的小球相连,构成一个水平弹簧振子,弹簧处于原长时小球位于O点.现使小球以O点为平衡位置,在A,B两点间沿光滑水平面做简谐运动,关于这个弹簧振子做简谐运动的过程,下列说法中正确的是( ) A.小球从O位置向B位置运动过程中做减速运动
10、B.小球每次通过同一位置时的加速度一定相同 C.小球从A位置向B位置运动过程中,弹簧振子所具有的势能持续增加 D.小球在A位置弹簧振子所具有的势能与在B位置弹簧振子所具有的势能 相等 E.小球从A到D的时间大于从O到B的时间,ABD,解析:小球从O位置向B位置运动过程中受到向左的弹力作用,故小球做减速运动,选项A正确;小球每次通过同一位置时的位移相同,回复力相同,则加速度一定相同,选项B正确;小球从A位置向B位置运动过程中,弹簧由压缩状态到原长,再到伸长状态,故弹簧振子所具有的势能先减小后增加,选项C错误;小球在A位置时弹簧的压缩量等于在B位置时弹簧的伸长量,故小球在A位置弹簧振子所具有的势能
11、与在B位置弹簧振子所具有的势能相等,选项D正确;根据简谐振动的对称性,小球从A到O的时间等于从O到B的时间,故选项E错误.,考点二 简谐运动的公式与图像,1.简谐运动的数学表达式,(2)某时刻振动质点离开平衡位置的位移.,(3)某时刻质点速度的大小和方向:曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度的大小和速度的方向,速度的方向也可根据下一时刻物体的位移的变化来确定. (4)某时刻质点的回复力、加速度的方向:回复力总是指向平衡位置,回复力和加速度的方向相同,在图像上总是指向t轴. (5)某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势能的变化情况.,【典例2】 (2018陕西西
12、安模拟)有一弹簧振子在水平方向上的BC之间做简谐运动,已知BC间的距离为20 cm,振子在2 s内完成了10次全振动.若从某时刻振子经过平衡位置时开始计时(t=0),经过 周期振子有正向最大加速度.,(1)求振子的振幅和周期; (2)在图中作出该振子的位移时间图像; (3)写出振子的振动方程.,答案: (1)10 cm 0.2 s (2)见解析图 (3)y=-10sin 10t(cm),方法总结 简谐运动图像问题的两种分析方法 方法一:图像运动结合法 要把x-t图像与质点的实际振动过程联系起来.图像上的一个点表示振动中的一个状态(位置、振动方向等),图像上的一段曲线对应振动的一个过程,关键是判
13、断好平衡位置、最大位移及振动方向. 方法二:直观结论法 (1)由振动图像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. (2)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速度方向为负.,1.简谐运动公式的应用(多选)某质点做简谐运动,其位移随时间变化的关系式为x=Asin t,则以下说法正确的是( ) A.第1 s末与第3 s末的位移相同 B.第1 s末与第3 s末的加速度不同 C.第1 s末与第3 s末的动量不同 D.3 s末至5 s末,质点运动各位置的位移方向都相同 E.3 s末至5 s末,质点运动各位置的速度方向都相同,ACE,
14、多维训练,解析:将t=1 s和t=3 s代入关系式中可得两时刻位移相同,故A正确;t=1 s和t=3 s两时刻的位移相同,故加速度相同,B错误;画出对应的运动图像如图所示,由图像可以看出,第1 s末和第3 s末的速度方向不同,故动量不同,C正确;由图像可知,3 s末至4 s末的位移与4 s末至5 s末的位移方向相反,3 s末至5 s末的速度方向相同,故D错误,E正确.,2.导学号 58826277 简谐运动图像的应用(2018吉林松原模拟)(多选)一个质点做简谐振动的图像如图所示,下列判断中正确的是( ) A.在t=410-2 s时,质点速度达到最大值 B.振幅为210-3 m,频率为25 H
15、z C.质点在0到110-2s的时间内,其速度和加速度方向相同 D.在t=210-2 s时,质点的位移为负值,加速度也为负值 E.该简谐振动的方程为x=0.2 cos50 t(cm),BCE,考点三 单摆及其周期公式,1.对单摆的理解,(2)g为当地重力加速度.,【典例3】 (2018四川雅安中学期中)(多选)如图是同一地点两个不同单摆甲、乙的振动图像,下列说法中正确的是( ) A.甲、乙两单摆的周期相同 B.甲、乙两单摆的摆长相等 C.甲摆的振幅比乙摆小 D.甲摆的机械能比乙摆大 E.在t=0.5 s时,乙摆有最大正向的加速度,ABE,方法总结 单摆振动图像问题的处理方法 (1)由振动图像读
16、出振幅、周期等基本信息. (2)确定某时刻质点离开平衡位置的位移. (3)根据图像确定某时刻质点回复力、加速度和速度的方向. (4)分析单摆的重力势能和动能的变化关系. (5)应用单摆的周期公式进行讨论.,【针对训练】 (2017河北衡水一检)如图所示实线和虚线分别是同一个单摆在A,B两个大小相同的星球表面的振动图像,其中实线是A星球上的,虚线是B星球上的,则两星球的平均密度AB是( ),C,考点四 受迫振动和共振,1.自由振动、受迫振动和共振的关系比较,2.对共振的理解 (1)共振曲线:如图所示,横坐标为驱动力频率f,纵坐标为振幅A.它直观地反映了驱动力频率对某振动系统受迫振动振幅的影响,由图可知,f与f0越接近,振幅A越大;当f=f0时,振幅A最大. (2)受迫振动中系统能量的
