2020屆高考物理總復(fù)習(xí) 第十四單元 課時(shí)1 機(jī)械振動(dòng)課件 新人教版.ppt
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第十四單元,選修3-4,,,,課時(shí)1機(jī)械振動(dòng),磨劍：課前自學(xué),,悟劍：課堂精講,,,必備知識(shí),,1.簡諧運(yùn)動(dòng)及表達(dá)式(1)簡諧運(yùn)動(dòng):質(zhì)點(diǎn)所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成正比,并且總是指向平衡位置。平衡位置:物體在振動(dòng)過程中回復(fù)力為零的位置?；貜?fù)力:①定義,使物體返回到平衡位置的力。②方向,總是指向平衡位置。③來源,屬于效果力,可以是某一個(gè)力,也可以是幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力。(2)簡諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式:①動(dòng)力學(xué)表達(dá)式為F=-kx,其中“-”表示回復(fù)力與位移的方向相反。②運(yùn)動(dòng)學(xué)表達(dá)式為x=Asin(ωt+φ),其中A代表振幅,ω=2πf表示簡諧運(yùn)動(dòng)的快慢,ωt+φ代表簡諧運(yùn)動(dòng)的相位,φ叫作初相。【溫馨提示】簡諧運(yùn)動(dòng)的平衡位置不是質(zhì)點(diǎn)所受合力為零的位置,是回復(fù)力為零的位置。,,2.簡諧運(yùn)動(dòng)圖象(1)簡諧運(yùn)動(dòng)的圖象:①從平衡位置開始計(jì)時(shí),函數(shù)表達(dá)式為x=Asinωt,圖象如圖甲所示。②從最大位移處開始計(jì)時(shí),函數(shù)表達(dá)式為x=Acosωt,圖象如圖乙所示。,(2)簡諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖象:物理意義,表示振動(dòng)物體的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律。橫軸表示時(shí)間,縱軸表示質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻偏離平衡位置的位移。需要注意的是振動(dòng)圖象不是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。簡諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖象為正(余)弦函數(shù)曲線。,,(3)振動(dòng)圖象的應(yīng)用:①可讀取A、T及各時(shí)刻的位移;②判斷v、x、f、a的方向及變化情況和Ek、Ep的變化情況。,【溫馨提示】(1)簡諧運(yùn)動(dòng)的圖象并非振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。(2)做簡諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過平衡位置時(shí),回復(fù)力一定為零,但所受合力不一定為零。(3)由于簡諧運(yùn)動(dòng)具有周期性和對稱性,因此涉及簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)往往出現(xiàn)多解,分析時(shí)應(yīng)特別注意。位移相同時(shí)回復(fù)力、加速度、動(dòng)能和勢能等可以確定,但速度可能有兩個(gè)方向,由于周期性運(yùn)動(dòng)時(shí)間也不能確定。,,3.受迫振動(dòng)和共振受迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率:當(dāng)物體做受迫振動(dòng)時(shí),振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率,跟物體的固有頻率無關(guān)。【溫馨提示】(1)無論發(fā)生共振與否,受迫振動(dòng)的頻率都等于驅(qū)動(dòng)力的頻率,但只有發(fā)生共振現(xiàn)象時(shí)振幅才能達(dá)到最大。(2)受迫振動(dòng)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化不再只有系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化,還有驅(qū)動(dòng)力對系統(tǒng)做正功,補(bǔ)償系統(tǒng)因克服阻力而損失的機(jī)械能。,,,B,基礎(chǔ)過關(guān),,1.(2018湖北宜昌單元檢測)做簡諧運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)它每次經(jīng)過同一位置時(shí),可能不同的物理量是()。A.位移B.速度C.加速度D.回復(fù)力,,A,2.(2018福建龍巖質(zhì)檢)有一彈簧振子,振幅為0.8cm,周期為0.5s,初始時(shí)具有負(fù)方向的最大加速度,則它的振動(dòng)方程是()。,,C,3.(2018陜西銅川摸底考試)甲、乙兩彈簧振子的振動(dòng)圖象如圖所示,則可知()。,A.兩彈簧振子完全相同B.兩彈簧振子所受回復(fù)力最大值之比F甲∶F乙=2∶1C.當(dāng)振子甲的速度為零時(shí),振子乙的速度最大D.兩振子的振動(dòng)頻率之比f甲∶f乙=2∶1,,BC,4.(2019安徽淮北階段考試)(多選)某單擺做小角度擺動(dòng),其振動(dòng)圖象如圖所示,則下列說法正確的是()。,A.t1時(shí)刻擺球速度最大,擺球向心加速度最大B.t2時(shí)刻擺球速度最大,懸線對它的拉力最大C.t3時(shí)刻擺球速度為零,擺球所受回復(fù)力最大D.t4時(shí)刻擺球速度為零,擺球處于平衡狀態(tài),,200,5.(2018山西太原質(zhì)量調(diào)研)蜘蛛雖有8只眼睛,但視力很差,完全靠感覺來捕食和生活,它的腿能敏銳地感覺到絲網(wǎng)的振動(dòng),當(dāng)絲網(wǎng)的振動(dòng)頻率f=200Hz左右時(shí),網(wǎng)的振幅最大,那么當(dāng)落在網(wǎng)上的昆蟲翅膀振動(dòng)的頻率為Hz左右時(shí),蜘蛛感到絲網(wǎng)振動(dòng)最為強(qiáng)烈。,,CDE,6.(2018江西南昌階段考試)(多選)某同學(xué)利用單擺測得g值比當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)值偏大,其原因可能是()。A.測量擺長時(shí)忘記加上小球半徑B.振幅過小C.將擺長當(dāng)成了擺線長和球直徑之和D.擺動(dòng)次數(shù)多記了一次E.小球不是在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)F.擺球質(zhì)量過大,空氣阻力影響,,BC,7.(2018河北保定單元檢測)(多選)某同學(xué)利用單擺測量重力加速度。為了使測量誤差盡量小,下列說法正確的是()。A.組裝單擺須選用密度和直徑都較小的擺球B.組裝單擺須選用輕且不易伸長的細(xì)線C.實(shí)驗(yàn)時(shí)須使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動(dòng)D.在擺長一定的情況下,擺的振幅盡量大,,AD,,甲,乙,,B,,,,一簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,,2.兩種振動(dòng)模型的分析與對比,,,例1,AB,(多選)如圖,輕彈簧上端固定,下端連接一小物塊,物塊沿豎直方向做簡諧運(yùn)動(dòng)。以豎直向上為正方向,物塊簡諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y=0.1sin(2.5πt)m。t=0時(shí),一小球從距物塊h高處自由落下;t=0.6s時(shí),小球恰好與物塊處于同一高度。取重力加速度的大小g=10m/s2。以下判斷正確的是()。A.h=1.7mB.簡諧運(yùn)動(dòng)的周期是0.8sC.0.6s內(nèi)物塊運(yùn)動(dòng)的路程是0.2mD.t=0.4s時(shí),物塊與小球的運(yùn)動(dòng)方向相反,,規(guī)律小結(jié),首先要搞清簡諧振動(dòng)的特點(diǎn)及自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律;然后通過物塊及小球的位置關(guān)系進(jìn)行討論。,,變式1,BD,(多選)一列簡諧橫波在t0時(shí)刻的波形圖如圖甲所示,a、b、c、d分別為介質(zhì)中的4個(gè)質(zhì)點(diǎn)。該波的周期為T,則下列判斷中正確的是()。,,,二簡諧運(yùn)動(dòng)圖象的理解和應(yīng)用,1.根據(jù)簡諧運(yùn)動(dòng)圖象可獲取的信息(1)振幅A、周期T(或頻率f)和初相位φ(如圖甲所示)。(2)某時(shí)刻振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移。(3)某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)速度的大小和方向:曲線上各點(diǎn)切線的斜率的大小和正負(fù)分別表示各時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度的大小和方向,速度的方向也可根據(jù)下一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移的變化來確定。,(4)某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的回復(fù)力和加速度的方向:回復(fù)力總是指向平衡位置,回復(fù)力和加速度的方向相同,在圖象上總是指向t軸。(5)某段時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能和勢能的變化情況。,,【溫馨提示】運(yùn)動(dòng)的對稱性是振動(dòng)問題考查的一個(gè)難點(diǎn),運(yùn)動(dòng)的對稱性把握三處位置,即關(guān)于平衡位置對稱的位置、運(yùn)動(dòng)時(shí)間相差半周期的奇數(shù)倍的位置、運(yùn)動(dòng)時(shí)間相差周期的整數(shù)倍的位置。,,例2,ABD,(多選)一水平彈簧振子沿x軸方向做簡諧運(yùn)動(dòng),平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn),向x軸正方向運(yùn)動(dòng)時(shí)彈簧被拉伸,振子的振動(dòng)圖象如圖所示,已知彈簧的勁度系數(shù)為20N/cm,振子質(zhì)量m=0.1kg,則()。,A.圖中A點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻振子所受的回復(fù)力大小為5N,方向指向x軸的負(fù)方向B.圖中A點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻振子的速度方向指向x軸的正方向C.圖中A點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻振子的加速度大小為5m/s2D.在0~4s內(nèi)振子通過的路程為4cmE.在0~4s內(nèi)振子做了1.75次全振動(dòng),,規(guī)律小結(jié),求解簡諧運(yùn)動(dòng)問題時(shí),要緊緊抓住一個(gè)模型——水平方向振動(dòng)的彈簧振子,熟練掌握振子的振動(dòng)過程以及振子振動(dòng)過程中各物理量的變化規(guī)律,看到振動(dòng)圖象,頭腦中立即呈現(xiàn)出一幅彈簧振子振動(dòng)的圖景,再把問題一一對應(yīng)、分析求解。,,三單擺及其周期問題,,,例3,如圖甲是一個(gè)單擺振動(dòng)的情形,O是它的平衡位置,B、C是擺球所能到達(dá)的最遠(yuǎn)位置。設(shè)向右為正方向。圖乙是這個(gè)單擺的振動(dòng)圖象。根據(jù)圖象回答:,(1)單擺振動(dòng)的頻率是多大?(2)開始時(shí)擺球在何位置?(3)若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?0m/s2,求這個(gè)單擺的擺長是多少?(計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字),(1)1.25Hz(2)B點(diǎn)(3)0.16m,,,變式2,(1)9.78m/s2(2)7.02s,一根擺長為2m的單擺,在地球上某地振動(dòng)時(shí),測得完成100次全振動(dòng)所用的時(shí)間為284s。(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(1)求當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭。(2)該單擺拿到月球上去,已知月球的重力加速度是1.60m/s2,單擺振動(dòng)周期是多少?,,,四用單擺測定加速度,1.實(shí)驗(yàn)原理與操作,,,例4,低2.05s,在“用單擺測定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中:(1)擺動(dòng)時(shí)偏角滿足的條件是偏角小于5,為了減小測量周期的誤差,計(jì)時(shí)開始時(shí),擺球應(yīng)經(jīng)過最(選填“高”或“低”)點(diǎn),且用停表測量單擺完成多次全振動(dòng)所用的時(shí)間,求出周期。圖甲中停表示數(shù)為一單擺全振動(dòng)50次所用的時(shí)間,則單擺振動(dòng)周期為。,(2)用最小刻度為1mm的刻度尺測擺長,測量情況如圖乙所示。O為懸掛點(diǎn),從圖乙中可知單擺的擺長為m。(3)若用L表示擺長,T表示周期,那么重力加速度的表達(dá)式為g=。,0.9980,,(4)考慮單擺振動(dòng)時(shí)空氣浮力的影響,學(xué)生甲說:“因?yàn)榭諝飧×εc擺球重力方向相反,它對球的作用相當(dāng)于重力加速度變小,因此振動(dòng)周期變大?！睂W(xué)生乙說:“浮力對擺球的影響好像用一個(gè)輕一些的擺球做實(shí)驗(yàn),因此振動(dòng)周期不變?！眲t。A.甲的說法正確B.乙的說法正確C.甲、乙的說法都是錯(cuò)誤的,A,,,五受迫振動(dòng)和共振,1.自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振的關(guān)系比較,,2.對共振的理解(1)共振曲線:如圖所示,橫坐標(biāo)為驅(qū)動(dòng)力頻率f,縱坐標(biāo)為振幅A,它直觀地反映了驅(qū)動(dòng)力頻率對某固有頻率為f0的振動(dòng)系統(tǒng)受迫振動(dòng)振幅的影響,由圖可知,f與f0越接近,振幅A越大。當(dāng)f=f0時(shí),振幅A最大。,(2)受迫振動(dòng)中系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化:做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒,系統(tǒng)與外界時(shí)刻進(jìn)行能量交換。,,例5,下表記錄了某受迫振動(dòng)的振幅隨驅(qū)動(dòng)力頻率變化的關(guān)系,若該振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率為f固,則()。,A.f固=60HzB.60Hz下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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