2019版高考物理一輪復習 專題十四 機械振動與機械波 第1講 機械振動課件.ppt

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專題十四機械振動與機械波 第1講 機械振動 考點1 簡諧運動 正弦 正弦 1 簡諧運動 質點的位移與時間的關系遵從 函數的規(guī)律 其振動圖象 x t圖象 是一條 曲線 2 特征 回復力F x是振動質點相對 位置的位移 可用該關系式判斷一個振動是否為簡諧運動 kx 平衡 3 描述簡諧運動的物理量 平衡 矢 1 位移x 由 位置指向質點所在位置的有向線段 是 量 最大距離 標 2 振幅A 振動物體離開平衡位置的 是 量 表示振動的強弱 全振動 次數 3 周期T 物體完成一次 所需的時間 頻率f 單位時間內完成全振動的 它們是表示振動快慢的物理量 二者的關系為T 4 簡諧運動的位移表達式 x Asin t 考點2 簡諧運動的圖象 位移 時間 1 物理意義 表示振動質點的 隨 變化的 規(guī)律 正弦 或余弦 2 圖象特征 曲線 平衡 最大位移 從質點位于 位置處開始計時 函數表達式為x Asin t 圖象如圖14 1 1甲所示 從質點位于 處開始計時 函數表達式為x Acos t 圖象如圖乙所示 甲 乙 圖14 1 1 考點3 受迫振動 驅動力 驅動力 無關 等于 1 受迫振動 系統(tǒng)在周期性 作用下的振動 做受迫振動的系統(tǒng) 它的周期 或頻率 等于 的周期 或頻率 而與系統(tǒng)的固有周期 或頻率 2 共振 驅動力的頻率 系統(tǒng)的固有頻率時 受迫振動的振幅最大 基礎自測 1 多選 一質點做簡諧運動的圖象如圖14 1 2所示 下列說 法正確的是 圖14 1 2 B 在10s內質點經過的路程為20cmC 第4s末質點的速度為零 D 在t 1s和t 3s兩時刻 質點位移大小相等 方向相 反 E 在t 2s和t 6s兩時刻 質點速度相同答案 BDE A 質點的振動頻率為4Hz 2 多選 一個單擺在地面上做受迫振動 其共振曲線 振幅A A 此單擺的固有周期約為2sB 此單擺的擺長約為1m 圖14 1 3 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E 此單擺的振幅是8cm答案 CDE 3 多選 2016年海南卷 下列說法正確的是 A 在同一地點 單擺做簡諧振動的周期的平方與其擺長成正比B 彈簧振子做簡諧振動時 振動系統(tǒng)的勢能與動能之和保持不變C 在同一地點 當擺長不變時 擺球質量越大 單擺做簡諧振動的周期越小D 系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動時 系統(tǒng)振動的頻率等于周期性驅動力的頻率E 已知彈簧振子初始時刻的位置及其振動周期 就可知振子在任意時刻運動速度的方向答案 ABD 4 圖14 1 4為一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 2 在第2s末到第3s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100s的總位移是多少 路程是多少 圖14 1 4 解 1 由振動圖象可得 A 5cm T 4s 0 2 由圖可知 在t 2s時 振子恰好通過平衡位置 此時加速度為零 隨著時間的延續(xù) 位移值不斷增大 加速度的值也變大 速度值不斷變小 動能不斷減小 彈性勢能逐漸增大 當t 3s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 振子經過一個周期 位移為零 路程為5 4cm 20cm 前100s剛好經過了25個周期 所以前100s振子的位移x 0 振子的路程s 20 25cm 500cm 5m 熱點1 簡諧運動的特征 熱點歸納 1 簡諧運動中路程 s 與振幅 A 的關系 1 質點在一個周期內通過的路程是振幅的4倍 2 質點在半個周期內通過的路程是振幅的2倍 3 質點在四分之一周期內通過的路程有三種情況 計時起點對應質點在三個特殊位置 兩個最大位移處和一個平衡位置 時 s A 計時起點對應質點在最大位移和平衡位置之間且向平衡位置運動時 s A 計時起點對應質點在最大位移和平衡位置之間且向最大位移處運動時 s A 2 簡諧運動的重要特征 關系式為x Asint t的單位為s 則質點 考向1 簡諧運動的位移 典題1 多選 某質點做簡諧運動 其位移隨時間變化的 4A 振動的周期為8sB 第1s末與第3s末的位移相同C 第1s末與第3s末的速度相同D 第3s末至第5s末的位移方向都相同E 第3s末至第5s末的速度方向都相同答案 ABE 考向2 簡諧運動的周期和振幅 典題2 如圖14 1 5所示 一輕彈簧一端固定 另一端連接一物塊構成彈簧振子 該物塊是由a b兩個小物塊粘在一起組成的 物塊在光滑水平面上左右振動 振幅為A0 周期為T0 當物塊向右通過平衡位置時 a b之間的粘膠脫開 以后小物塊a振動的振幅和周期分別為A和T 則A A0 T T0 填 或 圖14 1 5 答案 考向3 簡諧運動的對稱性和周期性 典題3 多選 一簡諧振子沿x軸振動 平衡位置在坐標 原點 t 0時刻振子的位移x 0 1m t 43 s時刻x 0 1m t 4s時刻x 0 1m 則該振子的振幅和周期可能為 A 0 1m 83 s B 0 1m 8s C 0 2m 83 s D 0 2m 8s 答案 ACD 熱點2 簡諧運動圖象的理解和應用 熱點歸納 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14 1 6所示 圖14 1 6 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 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 下一時刻位移如果增加 振動質點的速度方向就是遠離t軸 下一時刻位移如果減小 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 加速度的大小 6 比較不同時刻質點的動能 勢能的大小 典題4 多選 2016年江蘇徐州模擬 甲 乙兩彈簧振 圖14 1 7A 兩彈簧振子完全相同B 兩彈簧振子所受回復力最大值之比F甲 F乙 2 1C 振子甲速度為零時 振子乙速度最大D 兩振子的振動頻率之比f甲 f乙 2 1E 振子乙速度為最大時 振子甲速度不一定為零 解析 從圖象中可以看出 兩彈簧振子的周期之比T甲 T乙 2 1 則頻率之比f甲 f乙 1 2 D錯誤 彈簧振子周期與振子質量 彈簧勁度系數k有關 周期不同 說明兩彈簧振子不同 A錯誤 由于彈簧的勁度系數k不一定相同 所以兩振子所受回復力 F kx 的最大值之比F甲 F乙不一定為2 1 B錯誤 由簡諧運動的特點可知 在振子到達平衡位置時位移為零 速度最大 在振子到達最大位移處時 速度為零 從圖象中可以看出 在振子甲到達最大位移處時 振子乙恰好到達平衡位置 C正確 當振子乙到達平衡位置時 振子甲有兩個可能的位置 一個是最大位移處 一個是平衡位置 E正確 答案 ABD 方法技巧 簡諧運動中的位移 時間圖象和原來學過的位移 時間圖象相同 圖象只是反映質點偏離平衡位置的位移隨時間變化的規(guī)律 不是質點運動的軌跡 圖象斜率的大小表示速度的大小 斜率的正 負表示速度的方向 熱點3 受迫振動與共振的應用 熱點歸納 1 自由振動 受迫振動和共振的關系的比較 2 對共振的理解 1 共振曲線 如圖14 1 8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 圖14 1 8 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 240r min 則下列說法不正確的是 典題5 多選 如圖14 1 9所示 曲軸上掛一個彈簧振子 轉動搖把 曲軸可帶動彈簧振子上下振動 開始時不轉動搖把 讓振子自由振動 測得其頻率為2Hz 現勻速轉動搖把 轉速為 圖14 1 9A 當振子穩(wěn)定振動時 它的振動周期是0 5sB 當振子穩(wěn)定振動時 它的振動頻率是4HzC 當轉速增大時 彈簧振子的振幅增大D 當轉速減小時 彈簧振子的振幅增大E 彈簧振子的振幅與轉速無關 解析 搖把勻速轉動的頻率f n 24060 Hz 4Hz 周期T 1f動力的周期及頻率相等 A錯誤 B正確 當轉速減小時 其頻率將更接近振子的固有頻率2Hz 彈簧振子的振幅將增大 C E錯誤 D正確 答案 ACE方法技巧 1 無論發(fā)生共振與否 受迫振動的頻率都等于驅動力的頻率 但只有發(fā)生共振現象時振幅才能達到最大 2 受迫振動系統(tǒng)中的能量轉化不再只有系統(tǒng)內部動能和勢能的轉化 還有驅動力對系統(tǒng)做正功補償系統(tǒng)因克服阻力而損失的機械能 0 25s 當振子穩(wěn)定振動時 它的振動周期及頻率均與驅