高考物理大一輪復習 12.1機械振動課件 新人教版.ppt

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,,,第十二章 機械振動 機械波 光電磁波與相對論,高三物理一輪復習,,,,,,,,,,,考點一 簡諧運動的五個特征,考點二 簡諧運動的公式和圖象,考點三 受迫振動和共振,考 點,第十二章 機械振動 機械波 光電磁波與相對論,高三物理一輪復習,第1節(jié) 機械振動,,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,A．第1 s末與第3 s末的位移相同 B．第1 s末與第3 s末的速度相同 C．3 s末至5 s末的位移方向都相同 D．3 s末至5 s末的速度方向都相同,,解析,答案,基礎自測,AD,和t＝3 s質點通過同一位置，故兩時刻質點速度大小相等，但方向相反，B錯誤；由x－t圖象可知，3 s～4 s內質點的位移為正值，4 s～5 s內質點的位移為負值，C錯誤；同樣由x－t圖象可知，在3 s～5 s內，質點一直沿負方向運動，D正確．,基礎自測,解析,2．(簡諧運動的圖象)(2015濟南模擬)某彈簧振子做簡諧運動, 其 振動圖象如圖所示，則( ) A．t1、t2時刻振子的速度大小相等，方向相反 B．t1、t2時刻振子的加速度大小相等，方向相反 C．t2、t3時刻振子的速度大小相等，方向相反 D．t2、t4時刻振子加速度大小相等，方向相同,從圖象可以看出，t1、t2時刻振子處于同一位置，位移大小相等，方向一致，由簡諧運動的定義F＝－kx可得回復力、加速度大小相等，方向一致，由振動的對稱性可知，速度大小相等，方向相反，A正確，B錯誤；t2、t3時刻振子處于平衡位置兩邊的對稱位置上，速度大小相等，方向相同，C錯誤；同理可知，D錯誤．,基礎自測,解析,答案,圖片顯/隱,A,3．(對彈簧振子的理解)如圖所示，彈簧振子在B、C間振動，O為平衡位置， BO＝OC＝5 cm，若振子從B到C的運動時間是1 s，則下列說法正確的是( ) A．振子從B經(jīng)O到C完成一次全振動 B．振動周期是1 s，振幅是10 cm C．經(jīng)過兩次全振動，振子通過的路程是20 cm D．從B開始經(jīng)過3 s，振子通過的路程是30 cm,振子從B→O→C僅完成了半次全振動，所以周期T＝21 s＝2 s，振幅A＝BO＝5 cm，故A、B錯誤；彈簧振子在一次全振動過程中通過的路程為4A＝20 cm，所以兩次全振動中通過路程為40 cm，故C錯誤；3 s的時間為1.5T，所以振子通過的路程為30 cm，故D正確．,基礎自測,解析,答案,圖片顯/隱,D,4．(對共振現(xiàn)象的理解)(2013高考江蘇卷)如圖所示的裝置，彈簧振子的固有頻率是4 Hz.現(xiàn)勻速轉動把手，給彈簧振子以周期性的驅動力，測得彈簧振子振動達到穩(wěn)定時的頻率為1 Hz，則把手轉動的頻率為( ) A．1 Hz B．3 Hz C．4 Hz D．5 Hz,因把手每轉動一周，驅動力完成一次周期性變化，即把手轉動頻率等于驅動力的頻率．彈簧振子做受迫振動，受迫振動物體的頻率等于驅動力的頻率，與振動系統(tǒng)的固有頻率無關，所以A正確．,基礎自測,解析,答案,A,圖片顯/隱,一、簡諧運動 1．概念：質點的位移與時間的關系遵從_________的規(guī)律，即它 的振動圖象(x－t圖象)是一條_________． 2．簡諧運動的表達式 (1)動力學表達式：F＝_____，其中“－”表示回復力與_____的方向相反． (2)運動學表達式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝ _____ 表示簡諧運動的快慢，(ωt＋φ)代表簡諧運動的_____ ，φ叫做初相．,教材梳理,正弦函數(shù),正弦曲線,－kx,位移,2πf,相位,3．回復力 (1)定義：使物體返回到_________的力． (2)方向：時刻指向_________ ． (3)來源：振動物體所受的沿_________的合力． 4．描述簡諧運動的物理量,教材梳理,平衡位置,平衡位置,振動方向,強弱,最大距離,教材梳理,全振動,單位時間,不同狀態(tài),快慢,二、簡諧運動的圖象 1．物理意義：表示振子的_____隨時間變化的規(guī)律，為正弦(或余弦)曲線． 2．簡諧運動的圖象 (1)從平衡位置開始計時，把開始運動的方向規(guī)定為正方向，函數(shù)表達式為x＝________，圖象如圖甲所示．,教材梳理,Asin ωt,位移,(2)從正的最大位移處開始計時，函數(shù)表達式為x＝_________，圖象如圖乙所示． 三、單擺 1．定義：在細線的一端拴一個小球，另一 端固定在懸點上，如果線的伸縮和質量都不 計，球的直徑比線短得多，這樣的裝置叫做 單擺． 2．視為簡諧運動的條件：θ_____．,Acos ωt,5,教材梳理,5．單擺的等時性：單擺的振動周期取決于擺長l和重力加速度g，與振幅和振子(小球)質量都沒有關系． 四、受迫振動及共振 1．受迫振動 (1)概念：物體在_______驅動力作用下的振動． (2)振動特征：受迫振動的頻率等于______的頻率，與系統(tǒng)的_____ _____無關．,周期性,驅動力,固有,頻率,教材梳理,,教材梳理,2．共振 (1)概念：當驅動力的頻率等于_________時，受迫振動的振幅最大的現(xiàn)象． (2)共振的條件：驅動力的頻率等于_________ ． (3)共振的特征：共振時_______最大． (4)共振曲線(如圖所示)． f＝f0時，A＝ _____．f與f0差別越大， 物體做受迫振動的振幅______．,固有頻率,固有頻率,振幅,Am,越小,1．動力學特征：F＝－kx，“－”表示回復力的方向與位移方向相反，k是比例系數(shù)，不一定是彈簧的勁度系數(shù)． 2．運動學特征：簡諧運動的加速度與物體偏離平衡位置的位移成正比，而方向相反，為變加速運動，遠離平衡位置時，x、F、a、Ep均增大，v、Ek均減小，靠近平衡位置時則相反． 3．運動的周期性特征：相隔T或nT的兩個時刻振子處于同一位置且振動狀態(tài)相同． 4．對稱性特征：,考點一 簡諧運動的五個特征,考點闡釋,(2)如圖所示，振子經(jīng)過關于平衡位置O對稱的兩點P、P′(OP＝OP′)時，速度的大小、動能、勢能相等，相對于平衡位置的位移大小相等． (3)振子由P到O所用時間等于由O到P′所用時間，即tPO＝tOP′. (4)振子往復過程中通過同一段路程(如OP段)所用時間相等，即tOP＝tPO. 5．能量特征：振動的能量包括動能Ek和勢能Ep，簡諧運動過程中，系統(tǒng)動能與勢能相互轉化，系統(tǒng)的機械能守恒．,考點闡釋,考點一 簡諧運動的五個特征,1．如圖所示，彈簧振子在振動過程中，振子從a到b歷時0.2 s，振子經(jīng)a、b兩點時速度相同，若它從b再回到a的最短時間為0.4 s，則該振子的振動頻率為( ) A．1 Hz B．1.25 Hz C．2 Hz D．2.5 Hz,,題組設計,解析,答案,B,考點一 簡諧運動的五個特征,,,題組設計,解析,答案,ACD,考點一 簡諧運動的五個特征,,,題組設計,解析,考點一 簡諧運動的五個特征,分析簡諧運動的技巧 (1)分析簡諧運動中各物理量的變化情況時，一定要以位移為橋梁，位移增大時，振動質點的回復力、加速度、勢能均增大，速度、動能均減??；反之，則產(chǎn)生相反的變化．另外，各矢量均在其值為零時改變方向． (2)分析過程中要特別注意簡諧運動的周期性和對稱性．,規(guī)律總結,考點一 簡諧運動的五個特征,1．對簡諧運動圖象的認識： (1)簡諧運動的圖象是一條正弦或余弦曲線，如圖所示． (2)圖象反映的是位移隨時間的變化規(guī)律，隨時間的增加而延伸，圖象不代表質點運動的軌跡．,考點二 簡諧運動的公式和圖象,考點闡釋,2．圖象信息： (1)由圖象可以得出質點做簡諧運動的振幅、周期和頻率． (2)可以確定某時刻質點離開平衡位置的位移． (3)可以確定某時刻質點回復力、加速度的方向：因回復力總是指向平衡位置，故回復力和加速度在圖象上總是指向t軸． (4)確定某時刻質點速度的方向：速度的方向可以通過下一時刻位移的變化來判定，下一時刻位移如增加，振動質點的速度方向就是遠離t軸，下一時刻位移如減小，振動質點的速度方向就是指向t軸． (5)比較不同時刻回復力、加速度的大?。?(6)比較不同時刻質點的動能、勢能的大?。?考點闡釋,考點二 簡諧運動的公式和圖象,1. (2015湖北荊州江陵中學期中)如圖所示為某彈簧振子在0～5 s內的振動圖象，由圖可知，下列說法中正確的是( ) A．振動周期為5 s，振幅為8 cm B．第2 s末振子的速度為零，加速度為負向的最大值 C．第3 s末振子的速度為正向的最大值 D．從第1 s末到第2 s末振子在做加速運動,根據(jù)圖象，周期T＝4 s，振幅A＝8 cm，A錯誤．第2 s末振子到達波谷位置，速度為零，加速度為正向的最大值，B錯誤．第3 s末振子經(jīng)過平衡位置，速度達到最大值，且向正方向運動，C正確．從第1 s末到第2 s末振子經(jīng)過平衡位置向下運動到達波谷位置，速度逐漸減小，做減速運動，D錯誤．,題組設計,解析,答案,圖片顯/隱,C,考點二 簡諧運動的公式和圖象,2.如圖所示為彈簧振子的振動圖象，試完成以下問題： (1)寫出該振子簡諧運動的表達式．,,題組設計,解析,考點二 簡諧運動的公式和圖象,(2)在第2 s末到第3 s末這段時間內，彈簧振子的加速度、速度、動能和彈性勢能各是怎樣變化的？ (3)該振子在前100 s的總位移是多少？路程是多少？,小，動能不斷減小，彈性勢能逐漸增大，當t＝3 s時，加速度的值達到最大，速度等于零，動能等于零，彈性勢能達到最大值． (3)振子經(jīng)過一個周期位移為零，路程為54 cm＝20 cm，前100 s剛好經(jīng)過了25個周期，所以前100 s振子位移x＝0，振子路程s＝20 25 cm＝500 cm＝5 m.,題組設計,解析,答案,考點二 簡諧運動的公式和圖象,解決簡諧運動圖象問題應注意三點 (1)簡諧運動的圖象不是振動質點的軌跡，它表示的是振動物體的位移隨時間變化的規(guī)律； (2)因回復力總是指向平衡位置，故回復力和加速度在圖象上總是指向t軸； (3)速度方向可以通過下一個時刻位移的變化來判定，下一個時刻位移如果增加，振動質點的速度方向就遠離t軸，下一個時刻的位移如果減小，振動質點的速度方向就指向t軸． (4)將圖象問題還原出物理模型——水平方向振動的彈簧振子或單擺模型．,規(guī)律總結,考點二 簡諧運動的公式和圖象,1．自由振動、受迫振動和共振的關系比較,考點三 受迫振動和共振,考點闡釋,2．對共振的理解 (1)共振曲線：如圖所示，橫坐標為驅動力頻 率f，縱坐標為振幅A.它直觀地反映了驅動力 頻率對某固有頻率為f0的振動系統(tǒng)受迫振動振 幅的影響，由圖可知，f與f0越接近，振幅A越 大；當f＝f0時，振幅A最大． (2)受迫振動中系統(tǒng)能量的轉化：做受迫振動的系統(tǒng)的機械能不守恒，系統(tǒng)與外界時刻進行能量交換．,考點闡釋,考點三 受迫振動和共振,1. (2015泰安模擬)如圖所示，兩個彈簧振子懸掛在同一支架上，已知甲彈簧振子的固有頻率為8 Hz，乙彈簧振子的固有頻率為72 Hz，當支架受到豎直方向且頻率為 9 Hz的驅動力作用做受迫振動時，兩個彈簧振子的振動情況是( ) A．甲的振幅較大，且振動頻率為8 Hz B．甲的振幅較大，且振動頻率為9 Hz C．乙的振幅較大，且振動頻率為9 Hz D．乙的振幅較大，且振動頻率為72 Hz,根據(jù)受迫振動發(fā)生共振的條件可知，甲的振幅較大，因為甲的固有頻率接近驅動力的頻率；做受迫振動的物體的振動頻率等于驅動力的頻率，B正確．,題組設計,解析,答案,圖片顯/隱,B,考點三 受迫振動和共振,2. (2015東城區(qū)抽樣測試)一個單擺在地面上做受迫振動，其共振曲線(振幅A與驅動力頻率f的關系)如圖所示，則下列說法正確的是( ) A．此單擺的固有周期約為0.5 s B．此單擺的擺長約為1 m C．若擺長增大，單擺的固有頻率增大 D．若擺長增大，共振曲線的峰將向右移動,,題組設計,解析,答案,圖片顯/隱,B,考點三 受迫振動和共振,2．實驗器材：單擺、游標卡尺、毫米刻度尺、停表． 3．實驗步驟 (1)做單擺：取約1 m長的細絲線穿過帶中心孔的小鋼球，并打一個比小孔大一些的結，然后把線的另一端用鐵夾固定在鐵架臺上，讓擺球自然下垂，如圖所示．,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,考點闡釋,易誤警示,,考點闡釋,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,(3)測周期：將單擺從平衡位置拉開一個角度(小于10)，然后釋放小球，記下單擺擺動30～50次的總時間，算出平均每擺動一次的時間，即為單擺的振動周期． (4)改變擺長，重做幾次實驗． (5)數(shù)據(jù)處理的兩種方法： 方法一：計算法．,考點闡釋,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,方法二：圖象法．,考點闡釋,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,4．注意事項 (1)懸線頂端不能晃動，需用夾子夾住，保證懸點固定． (2)單擺必須在同一平面內振動，且擺角小于10. (3)選擇在擺球擺到平衡位置處時開始計時，并數(shù)準全振動的次數(shù)． (4)小球自然下垂時，用毫米刻度尺量出懸線長L，用游標卡尺測量小球的直徑，然后算出擺球的半徑r，則擺長l＝L＋r. (5)選用一米左右的細線．,考點闡釋,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,1．(2015南昌期末)某同學利用如圖所示的裝置測量當?shù)氐闹亓铀俣龋畬嶒灢襟E如下：,題組設計,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,A．按裝置圖安裝好實驗裝置 B．用游標卡尺測量小球的直徑d C．用米尺測量懸線的長度l D．讓小球在豎直平面內小角度擺動．當小球經(jīng)過最低點時開始計時，并計數(shù)為0，此后小球每經(jīng)過最低點一次，依次計數(shù)1，2，3，…當數(shù)到20時，停止計時，測得時間為t E．多次改變懸線長度，對應每個懸線長度都重復實驗步驟C、D F．計算出每個懸線長度對應的t2 G．以t2為縱坐標、l為橫坐標，作出t2－l圖線 結合上述實驗，完成下列任務：,題組設計,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,(1)用游標為10分度(測量值可準確到0.1 mm)的卡尺測量小球的直徑．某次測量的示數(shù)如下圖所示，讀出小球直徑d的值為________cm.,題組設計,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,(2)該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，利用計算機作出t2－l圖線如下圖所示．根據(jù)圖線擬合得到方程t2＝404.0l＋3.5.由此可以得到當?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2(取π2＝9.86，結果保留三位有效數(shù)字)．,題組設計,解析,答案,圖片顯/隱,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,(3)從理論上分析圖線沒有過坐標原點的原因，下列分析正確的是________． A．不應在小球經(jīng)過最低點時開始計時，應該在小球運動到最高點開始計時 B．開始計時后，不應記錄小球經(jīng)過最低點的次數(shù)，而應記錄小球做全振動的次數(shù),,題組設計,解析,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,C．不應作t2－l圖線，而應作 t－l圖線,題組設計,解析,答案,(1)1.52 (2)9.76 (3)D,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,2．在“用單擺測定重力加速度”的實驗中： (1)圖甲中秒表示數(shù)為一單擺振動50次所需時間，則單擺的振動周期為________． (2)用最小刻度為1 mm的刻度尺測擺長，測量情況如圖乙所示．O為懸掛點，從圖中可知單擺的擺長為________． (3)若用l表示擺長，T表示周期，那么重力加速度的表達式為g＝________．,,題組設計,解析,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,(4)考慮到單擺振動時空氣浮力的影響后，學生甲說：“因為空氣浮力與擺球重力方向相反，它對球的作用相當于重力加速度變小，因此振動周期變大．”學生乙說：“浮力對擺球的影響好像用一個輕一些的擺球做實驗，因此振動周期不變．”這兩個學生中________． A．甲說得對 B．乙說得對 C．都說得不對,,題組設計,解析,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,,,題組設計,答案,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,用單擺測重力加速度的幾點注意 (1)該實驗為測量性實驗，要從多方面減小誤差：擺球要體積小且密度大；偏角小于5；測量擺長時，要從懸點到球心；對秒表要正確讀數(shù)等． (2)游標卡尺讀數(shù)規(guī)律和讀數(shù)公式． ①讀數(shù)公式：讀數(shù)＝主尺上的整毫米數(shù)＋精確度n(n為游標尺上與主尺某一刻度對齊的格數(shù)) ②讀數(shù)位數(shù)：各種游標卡尺的讀數(shù)結果若以毫米為單位，小數(shù)點后保留的位數(shù)與其精確度相同．,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,③游標卡尺是根據(jù)刻度線對齊來讀數(shù)的，所以不再往下一位估讀． (3)減少各種失誤：如游標尺上的精度分析錯誤；把邊框線誤認為零刻線；計算失誤等．,易誤警示,考點四 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度,,,,本節(jié)課的復習應注意以下幾點易錯易混的地方 1．回復力的兩點注意： (1)回復力屬于效果力． (2)公式F＝－kx中的k指的是回復力與位移的比例系數(shù)，不一定是彈簧的勁度系數(shù)． 2．路程與振幅的關系的兩點提醒：,■名師微點撥…………………………………………,,,,(1)l應理解為等效擺長，是指擺動圓弧的圓心到擺球重心的距離． (2)g應理解為等效重力加速度，并不一定是當?shù)氐闹亓铀俣龋?