（浙江專版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 機(jī)械振動和機(jī)械波 30 機(jī)械振動課件.ppt

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1、第30講機(jī)械振動,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,簡諧運(yùn)動、簡諧運(yùn)動的回復(fù)力和能量 1.簡諧運(yùn)動的定義:質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間按照規(guī)律變化的振動。 2.簡諧運(yùn)動的表達(dá)式:x=,其中表示振幅,表示角速度,表示初相位。 3.簡諧運(yùn)動所受的回復(fù)力: (1)公式:F=。 (2)方向:總是指向。 (3)來源:屬于力,可以是某一個(gè)力,也可是幾個(gè)力的或某個(gè)力的。,正弦函數(shù),Asin (t+),A,,,-kx,平衡位置,效果,合力,分力,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,位移,平衡位置,最大,零,零,最大,周期性,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,(3)

2、對稱性特征: 如圖所示,振子經(jīng)過關(guān)于平衡位置O對稱的兩點(diǎn)P、P(OP=OP)時(shí),速度的大小、動能、勢能,相對于平衡位置的位移大小。 振子由P到O所用時(shí)間由O到P所用時(shí)間,即tPOtOP。 5.簡諧運(yùn)動中和相互轉(zhuǎn)化,總的機(jī)械能保持不變。簡諧運(yùn)動的最大能量等于物體運(yùn)動過程中的最大動能,也等于物體運(yùn)動過程中的最大勢能。,相等,相等,等于,=,勢能 動能,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,1.右圖為一彈簧振子,O為平衡位置,振子在B、C之間做簡諧運(yùn)動,設(shè)向右為正方向,則振子() A.由C向O運(yùn)動時(shí),位移為正值,速度為正值,加速度為正值 B.由O向B運(yùn)動時(shí),位移為正值,速度為正值,

3、加速度為負(fù)值 C.由B向O運(yùn)動時(shí),位移為負(fù)值,速度為正值,加速度為正值 D.由O向C運(yùn)動時(shí),位移為負(fù)值,速度為負(fù)值,加速度為負(fù)值,B,解析:由C向O運(yùn)動時(shí),位移為負(fù)值,速度為正值,A錯誤;由O向B運(yùn)動時(shí),速度為正值,位移為正值,回復(fù)力為負(fù)值,加速度為負(fù)值,B正確;由B向O運(yùn)動時(shí),位移為正值,速度、加速度為負(fù)值,C錯誤;由O向C運(yùn)動時(shí),位移為負(fù)值,速度為負(fù)值,加速度為正值,D錯誤。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,2.(多選)物體A做簡諧運(yùn)動的振動方程是xA=3sin 100t m,物體B做簡諧運(yùn)動的振動方程是xB=5sin 100t m。比較A、B的運(yùn)動() A.振幅是矢

4、量,A的振幅是6 m,B的振幅是10 m B.周期是標(biāo)量,A、B周期相等,都為100 s C.A振動的頻率fA等于B振動的頻率fB D.A、B的周期都為6.2810-2 s,CD,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,1.因回復(fù)力總是指向平衡位置,故回復(fù)力和加速度在圖象上總是指向t軸。 2.速度的方向可通過下一時(shí)刻位移的變化來判定,若下一時(shí)刻位移增加,振動質(zhì)點(diǎn)的速度方向就是遠(yuǎn)離t軸,若下一時(shí)刻位移減小,振動質(zhì)點(diǎn)的速度方向就是指向t軸。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,簡諧運(yùn)動的圖象 1.意義:振動圖象表示了振動物體的的規(guī)律。 2.形狀:從平衡位置開始計(jì)時(shí),

5、函數(shù)表達(dá)式為x=,圖象如圖甲所示。從最大位移處開始計(jì)時(shí),函數(shù)表達(dá)式為x=,圖象如圖乙所示。,位移隨時(shí)間變化,Asin t,Acos t,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,1.某彈簧振子沿x軸的簡諧運(yùn)動圖象如圖所示,下列描述正確的是() A.t=1 s時(shí),振子的速度為零,加速度為負(fù)的最大值 B.t=2 s時(shí),振子的速度為負(fù),加速度為正的最大值 C.t=3 s時(shí),振子的速度為負(fù)的最大值,加速度為零 D.t=4 s時(shí),振子的速度為正,加速度為負(fù)的最大值,A,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,2.(多選)圖甲是利用沙擺演示簡諧運(yùn)動的裝置,當(dāng)盛沙的漏斗下面的薄木

6、板被水平勻速拉出時(shí),做簡諧運(yùn)動的漏斗漏出的沙在板上顯示出圖乙所示的曲線。已知木板水平速度為0.20 m/s,圖乙所示一段木板的長度為0.60 m,g取2,則() A.沙擺的周期大約為1.5 s B.沙擺的擺長大約為0.30 m C.圖乙可表示沙擺的振動圖象 D.圖乙可表示沙擺的波動圖象,AC,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,簡諧運(yùn)動圖象表示了振動物體的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律,可直觀地讀取振幅A、周期T以及各時(shí)刻的位移x,判定各時(shí)刻的回復(fù)力、加速度方向,判定某段時(shí)間內(nèi)位移、回復(fù)力、加速度、速度、動能、勢能的變化情況等。振動圖象不是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)

7、化提升,核心剖析歸納提升,單擺模型 1.定義:如果細(xì)線的質(zhì)量與小球相比可以忽略,球的直徑與線的長度相比也可以忽略,這樣的裝置就叫單擺模型。 單擺的回復(fù)力:F=,當(dāng)偏角很小時(shí), ,單擺做運(yùn)動。 2.單擺的周期:T=。 單擺的周期與及無關(guān)。 應(yīng)用:只要測出單擺的擺長l和周期T,就可以根據(jù)T=,求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?-mgsin ,簡諧,振幅 擺球質(zhì)量,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,1.(多選)擺球質(zhì)量相等的甲、乙兩單擺懸掛點(diǎn)高度相同,其振動圖象如圖所示。選懸掛點(diǎn)所在水平面為重力勢能的參考面,由圖可知() A.甲、乙兩單擺的擺長之比是49 B.ta時(shí)刻甲、乙

8、兩單擺的擺角相等 C.tb時(shí)刻甲、乙兩單擺的重力勢能差最大 D.tc時(shí)刻甲、乙兩單擺的速率相等,AC,解析:由題圖可知甲、乙兩單擺周期之比為23,根據(jù)單擺周期公式,擺長之比是49,A正確;ta時(shí)刻兩單擺位移相等,但由于擺長不同,所以兩單擺的擺角不等,B錯誤;tb時(shí)刻甲、乙兩單擺的重力勢能差最大,C正確;tc時(shí)刻兩單擺都處于平衡位置,速率最大,但由于最大重力勢能不同,故它們的速率不等。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,2.(多選)將一個(gè)電動傳感器接到計(jì)算機(jī)上,就可以測量快速變化的力,用這種方法測得的某單擺擺動時(shí)懸線上拉力的大小隨時(shí)間變化的曲線如圖所示。某同學(xué)由此圖象提供的信

9、息作出的下列判斷中,正確的是() A.t=0.2 s時(shí)擺球正經(jīng)過最低點(diǎn) B.t=1.1 s時(shí)擺球正經(jīng)過最低點(diǎn) C.擺球擺動過程中機(jī)械能減小 D.擺球擺動的周期是T=1.4 s,AC,解析:懸線拉力在經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)最大,t=0.2 s時(shí),F有正向最大值,故A選項(xiàng)正確;t=1.1 s時(shí),F有最小值,不在最低點(diǎn),周期應(yīng)為T=1.2 s,因振幅減小,故機(jī)械能減小,C選項(xiàng)正確。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,受迫振動與共振 1.受迫振動 (1)概念:振動系統(tǒng)在作用下的振動。 (2)特點(diǎn):受迫振動的頻率等于的頻率,跟系統(tǒng)的固有頻率

10、。 2.共振 (1)現(xiàn)象:當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的時(shí),受迫振動的振幅最大。 (2)條件:驅(qū)動力的頻率等于。 (3)特征:共振時(shí)振幅。,驅(qū)動力,驅(qū)動力,無關(guān),固有頻率,系統(tǒng)的固有頻率,最大,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,3.自由振動、受迫振動和共振的關(guān)系比較,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,1.如圖所示的裝置,彈簧振子的固有頻率是4 Hz?，F(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動把手,給彈簧振子以周期性的驅(qū)動力,測得彈簧振子振動達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的頻率為1 Hz,則把手轉(zhuǎn)動的頻率為 () A.1 HzB.3 Hz C.4 HzD.5 Hz,A,解析:穩(wěn)定時(shí),受迫振動的頻率與驅(qū)動力的頻

11、率相等。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,2.一個(gè)單擺在地面上做受迫振動,其共振曲線(振幅A與驅(qū)動力頻率f的關(guān)系)如圖所示,則() 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,B,解析:由共振曲線知此單擺的固有頻率為0.5 Hz,固有周期為2 s;再由 ,得此單擺的擺長約為1 m;若擺長增大,單擺的固有周期增大,固有頻率減小,則共振曲線的峰將向左移動。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,核心剖析歸納提升,做受迫振動的系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒,系統(tǒng)不斷從外界進(jìn)行能量補(bǔ)充,驅(qū)動力

12、頻率與固有頻率越接近,振幅A越大;當(dāng)f驅(qū)=f固時(shí),振幅A最大,發(fā)生共振,振幅的最大值與驅(qū)動力有關(guān)。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,探究單擺周期與擺長的關(guān)系 1.實(shí)驗(yàn)裝置圖 2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究單擺的周期與擺長的關(guān)系。 3.實(shí)驗(yàn)原理,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,4.實(shí)驗(yàn)器材 帶有鐵夾的鐵架臺、中心有小孔的金屬小球、不易伸長的細(xì)線(約1 m)、停表、毫米刻度尺和游標(biāo)卡尺。 5.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)讓細(xì)線的一端穿過金屬小球的小孔,然后打一個(gè)比小孔大一些的線結(jié),做成單擺。 (2)把細(xì)線的上端用鐵夾固定在鐵架臺上,把鐵架臺放在實(shí)驗(yàn)桌邊,使鐵夾伸到桌面以外,讓擺球自然下垂,在單擺平衡位置處作上標(biāo)

13、記,如實(shí)驗(yàn)裝置圖所示。 (3)用毫米刻度尺量出擺線長度l,用游標(biāo)卡尺測出擺球的直徑,即得出金屬小球半徑r,計(jì)算出擺長l=。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,(6)改變擺長,重做幾次實(shí)驗(yàn),計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)的重力加速度值,求出它們的平均值,該平均值即為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎怠?(7)將測得的重力加速度值與當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎迪啾容^,分析產(chǎn)生誤差的可能原因。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,7.注意事項(xiàng) (1)構(gòu)成單擺的條件:細(xì)線的質(zhì)量要小、彈性要小,選用體積小、密度大的小球,擺角不超過5。 (2)要使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動,不能形成圓錐擺,方法是將擺球拉到一定位

14、置后由靜止釋放。 (3)測周期的方法:要從擺球過平衡位置時(shí)開始計(jì)時(shí)。因?yàn)榇颂幩俣却蟆⒂?jì)時(shí)誤差小,而最高點(diǎn)速度小、計(jì)時(shí)誤差大。 要測多次全振動的時(shí)間來計(jì)算周期。如在擺球過平衡位置時(shí)開始計(jì)時(shí),且在數(shù)“零”的同時(shí)按下停表,以后每當(dāng)擺球從同一方向通過平衡位置時(shí)計(jì)數(shù)1次。 (4)本實(shí)驗(yàn)可以采用圖象法來處理數(shù)據(jù)。即用縱軸表示擺長l,用橫軸表示T2,將實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在坐標(biāo)平面上標(biāo)出,應(yīng)該得到一條傾斜直線,直線的斜率 。這是在眾多的實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常采用的科學(xué)處理數(shù)據(jù)的重要辦法。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,8.誤差分析 (1)系統(tǒng)誤差的主要來源:懸點(diǎn)不固定,球、線不符合要求,振動是圓錐擺而不是在同一豎直平

15、面內(nèi)的振動等。 (2)偶然誤差主要來自時(shí)間的測量,因此,要從擺球通過平衡位置時(shí)開始計(jì)時(shí),不能多計(jì)或漏計(jì)振動次數(shù)。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,1.(實(shí)驗(yàn)誤差分析與測量)(1)用單擺測定重力加速度的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。 (多選)組裝單擺時(shí),應(yīng)在下列器材中選用(填選項(xiàng)前的字母)。 A.長度為1 m左右的細(xì)線 B.長度為30 cm左右的細(xì)線 C.直徑為1.8 cm的塑料球 D.直徑為1.8 cm的鐵球 測出懸點(diǎn)O到小球球心的距離(擺長)L及單擺完成n次全振動所用的時(shí)間t,則重力加速度g=(用L、n、t表示)。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,(2)實(shí)驗(yàn)中,有人用游標(biāo)為10分度(測量值可準(zhǔn)

16、確到0.1 mm)的卡尺測量小球的直徑。某次測量的示數(shù)如圖乙所示,讀出小球直徑d的值為 mm。在實(shí)驗(yàn)中需要用停表測出單擺振動n次所需要的時(shí)間。在一次實(shí)驗(yàn)中,他用停表記下了單擺振動50次的時(shí)間如圖丙所示,由圖可讀出時(shí)間為 s。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,2.(實(shí)驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)處理)在探究單擺周期與擺長的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,請回答下列問題。(1)現(xiàn)已提供了以下器材:鐵架臺、夾子、毫米刻度尺、游標(biāo)卡尺、細(xì)線。為了完成實(shí)驗(yàn),還必須從圖1中挑選出一些實(shí)驗(yàn)器材,其名稱是。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,(2)甲、乙兩組同學(xué)將單擺按如圖2所示的方式懸掛,你覺得比較

17、合理的是(填“甲”或“乙”)。,(3)正確掛起單擺后,將擺球從平衡位置拉開一個(gè)小角度由靜止釋放,使擺球在豎直平面內(nèi)穩(wěn)定擺動,當(dāng)擺球經(jīng)過(填“平衡位置”“最大位移處”或“任意位置”)時(shí)開始計(jì)時(shí),并計(jì)數(shù)為“1”,當(dāng)擺球第49次經(jīng)過此位置時(shí)停止計(jì)時(shí),讀出這段時(shí)間為t,則單擺的周期T=。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,(4)實(shí)驗(yàn)小組又利用單擺周期公式來測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭。為使測量結(jié)果更準(zhǔn)確,利用多組數(shù)據(jù)求平均值的辦法來測定g值。小組成員設(shè)計(jì)了如下的記錄表格,你認(rèn)為表(填“A”或“B”)設(shè)計(jì)得比較合理。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,答案 (1)停表、鐵球(2)甲(3)平衡位置 (4)

18、B,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,解析 (1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理還需要的計(jì)時(shí)儀器是停表,為了滿足單擺受到的重力遠(yuǎn)大于阻力,所以擺球要選擇小而重的鐵球。 (2)該實(shí)驗(yàn)要求擺球在運(yùn)動過程中擺長不變,所以懸點(diǎn)必須是固定不變的。因此甲懸掛方式較合理,乙懸掛方式擺球在運(yùn)動過程中,擺長會發(fā)生改變。 (3)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,應(yīng)在擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)開始計(jì)時(shí)。正確的做法是在第一次經(jīng)過平衡位置時(shí)開始計(jì)時(shí),并計(jì)數(shù)為“0”,以后每次同方向經(jīng)過平衡位置才算經(jīng)過一個(gè)完整的周期。題中情況實(shí)際上只經(jīng)過24個(gè)完整的周期,故 (4)對于實(shí)驗(yàn)中的多次測量求平均值,應(yīng)該是在擺長不同的情況下分別求出重力加速度的值然后取平均值,故表B設(shè)計(jì)得比較合理,表A沒有實(shí)際物理意義。,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,3.(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理)下表是用單擺測定重力加速度實(shí)驗(yàn)中獲得的有關(guān)數(shù)據(jù):,(1)利用上述數(shù)據(jù),在下圖的坐標(biāo)系中描繪出l-T2圖象。,(2)利用圖象,取T2=4.2 s2時(shí),l= m,重力加速度g=m/s2。 (結(jié)果保留三位有效數(shù)字),答案 (1)見解析圖(2)1.059.86,基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納,題組突破強(qiáng)化提升,