2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題十四 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波 第1講 機(jī)械振動(dòng)課件.ppt

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專題十四機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波 第1講 機(jī)械振動(dòng) 考點(diǎn)1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 正弦 正弦 1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從 函數(shù)的規(guī)律 其振動(dòng)圖象 x t圖象 是一條 曲線 2 特征 回復(fù)力F x是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)相對(duì) 位置的位移 可用該關(guān)系式判斷一個(gè)振動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) kx 平衡 3 描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量 平衡 矢 1 位移x 由 位置指向質(zhì)點(diǎn)所在位置的有向線段 是 量 最大距離 標(biāo) 2 振幅A 振動(dòng)物體離開平衡位置的 是 量 表示振動(dòng)的強(qiáng)弱 全振動(dòng) 次數(shù) 3 周期T 物體完成一次 所需的時(shí)間 頻率f 單位時(shí)間內(nèi)完成全振動(dòng)的 它們是表示振動(dòng)快慢的物理量 二者的關(guān)系為T 4 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移表達(dá)式 x Asin t 考點(diǎn)2 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象 位移 時(shí)間 1 物理意義 表示振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)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(zhì)點(diǎn)位于 位置處開始計(jì)時(shí) 函數(shù)表達(dá)式為x Asin t 圖象如圖14 1 1甲所示 從質(zhì)點(diǎn)位于 處開始計(jì)時(shí) 函數(shù)表達(dá)式為x Acos t 圖象如圖乙所示 甲 乙 圖14 1 1 考點(diǎn)3 受迫振動(dòng) 驅(qū)動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)力 無(wú)關(guān) 等于 1 受迫振動(dòng) 系統(tǒng)在周期性 作用下的振動(dòng) 做受迫振動(dòng)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(qū)動(dòng)力的頻率 系統(tǒng)的固有頻率時(shí) 受迫振動(dòng)的振幅最大 基礎(chǔ)自測(cè) 1 多選 一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象如圖14 1 2所示 下列說(shuō) 法正確的是 圖14 1 2 B 在10s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)的路程為20cmC 第4s末質(zhì)點(diǎn)的速度為零 D 在t 1s和t 3s兩時(shí)刻 質(zhì)點(diǎn)位移大小相等 方向相 反 E 在t 2s和t 6s兩時(shí)刻 質(zhì)點(diǎn)速度相同答案 BDE A 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率為4Hz 2 多選 一個(gè)單擺在地面上做受迫振動(dòng) 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(zhǎng)約為1m 圖14 1 3 C 若擺長(zhǎng)增大 單擺的固有頻率增大D 若擺長(zhǎng)增大 共振曲線的峰將向右移動(dòng)E 此單擺的振幅是8cm答案 CDE 3 多選 2016年海南卷 下列說(shuō)法正確的是 A 在同一地點(diǎn) 單擺做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期的平方與其擺長(zhǎng)成正比B 彈簧振子做簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí) 振動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能與動(dòng)能之和保持不變C 在同一地點(diǎn) 當(dāng)擺長(zhǎng)不變時(shí) 擺球質(zhì)量越大 單擺做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期越小D 系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動(dòng)時(shí) 系統(tǒng)振動(dòng)的頻率等于周期性驅(qū)動(dòng)力的頻率E 已知彈簧振子初始時(shí)刻的位置及其振動(dòng)周期 就可知振子在任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)速度的方向答案 ABD 4 圖14 1 4為一彈簧振子的振動(dòng)圖象 試完成以下問題 1 寫出該振子簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式 2 在第2s末到第3s末這段時(shí)間內(nèi) 彈簧振子的加速度 速度 動(dòng)能和彈性勢(shì)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(dòng)圖象可得 A 5cm T 4s 0 2 由圖可知 在t 2s時(shí) 振子恰好通過(guò)平衡位置 此時(shí)加速度為零 隨著時(shí)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(dòng)能不斷減小 彈性勢(shì)能逐漸增大 當(dāng)t 3s時(shí) 加速度的值達(dá)到最大 速度等于零 動(dòng)能等于零 彈性勢(shì)能達(dá)到最大值 3 振子經(jīng)過(guò)一個(gè)周期 位移為零 路程為5 4cm 20cm 前100s剛好經(jīng)過(guò)了25個(gè)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(diǎn)1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征 熱點(diǎn)歸納 1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中路程 s 與振幅 A 的關(guān)系 1 質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)的路程是振幅的4倍 2 質(zhì)點(diǎn)在半個(gè)周期內(nèi)通過(guò)的路程是振幅的2倍 3 質(zhì)點(diǎn)在四分之一周期內(nèi)通過(guò)的路程有三種情況 計(jì)時(shí)起點(diǎn)對(duì)應(yīng)質(zhì)點(diǎn)在三個(gè)特殊位置 兩個(gè)最大位移處和一個(gè)平衡位置 時(shí) s A 計(jì)時(shí)起點(diǎn)對(duì)應(yīng)質(zhì)點(diǎn)在最大位移和平衡位置之間且向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí) s A 計(jì)時(shí)起點(diǎn)對(duì)應(yīng)質(zhì)點(diǎn)在最大位移和平衡位置之間且向最大位移處運(yùn)動(dòng)時(shí) s A 2 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的重要特征 關(guān)系式為x Asint t的單位為s 則質(zhì)點(diǎn) 考向1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移 典題1 多選 某質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 其位移隨時(shí)間變化的 4A 振動(dòng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(gòu)成彈簧振子 該物塊是由a b兩個(gè)小物塊粘在一起組成的 物塊在光滑水平面上左右振動(dòng) 振幅為A0 周期為T0 當(dāng)物塊向右通過(guò)平衡位置時(shí) a b之間的粘膠脫開 以后小物塊a振動(dòng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性和周期性 典題3 多選 一簡(jiǎn)諧振子沿x軸振動(dòng) 平衡位置在坐標(biāo) 原點(diǎn) t 0時(shí)刻振子的位移x 0 1m t 43 s時(shí)刻x 0 1m t 4s時(shí)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(diǎn)2 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的理解和應(yīng)用 熱點(diǎn)歸納 1 對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的認(rèn)識(shí) 1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(shí)間的變化規(guī)律 隨時(shí)間的增加而延伸 圖象不代表質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡 2 圖象信息 1 由圖象可以得出質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅 周期和頻率 2 可以確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移 3 可以確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)回復(fù)力 加速度的方向 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 4 確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)速度的方向 速度的方向可以通過(guò)下一時(shí)刻位移的變化來(lái)判定 下一時(shí)刻位移如果增加 振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度方向就是遠(yuǎn)離t軸 下一時(shí)刻位移如果減小 振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度方向就是指向t軸 5 比較不同時(shí)刻回復(fù)力 加速度的大小 6 比較不同時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能 勢(shì)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(fù)力最大值之比F甲 F乙 2 1C 振子甲速度為零時(shí) 振子乙速度最大D 兩振子的振動(dòng)頻率之比f(wàn)甲 f乙 2 1E 振子乙速度為最大時(shí) 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(wàn)甲 f乙 1 2 D錯(cuò)誤 彈簧振子周期與振子質(zhì)量 彈簧勁度系數(shù)k有關(guān) 周期不同 說(shuō)明兩彈簧振子不同 A錯(cuò)誤 由于彈簧的勁度系數(shù)k不一定相同 所以兩振子所受回復(fù)力 F kx 的最大值之比F甲 F乙不一定為2 1 B錯(cuò)誤 由簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)可知 在振子到達(dá)平衡位置時(shí)位移為零 速度最大 在振子到達(dá)最大位移處時(shí) 速度為零 從圖象中可以看出 在振子甲到達(dá)最大位移處時(shí) 振子乙恰好到達(dá)平衡位置 C正確 當(dāng)振子乙到達(dá)平衡位置時(shí) 振子甲有兩個(gè)可能的位置 一個(gè)是最大位移處 一個(gè)是平衡位置 E正確 答案 ABD 方法技巧 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的位移 時(shí)間圖象和原來(lái)學(xué)過(guò)的位移 時(shí)間圖象相同 圖象只是反映質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律 不是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡 圖象斜率的大小表示速度的大小 斜率的正 負(fù)表示速度的方向 熱點(diǎn)3 受迫振動(dòng)與共振的應(yīng)用 熱點(diǎn)歸納 1 自由振動(dòng) 受迫振動(dòng)和共振的關(guān)系的比較 2 對(duì)共振的理解 1 共振曲線 如圖14 1 8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(duì)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 圖14 1 8 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 240r min 則下列說(shuō)法不正確的是 典題5 多選 如圖14 1 9所示 曲軸上掛一個(gè)彈簧振子 轉(zhuǎn)動(dòng)搖把 曲軸可帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng) 開始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把 讓振子自由振動(dòng) 測(cè)得其頻率為2Hz 現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把 轉(zhuǎn)速為 圖14 1 9A 當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí) 它的振動(dòng)周期是0 5sB 當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí) 它的振動(dòng)頻率是4HzC 當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí) 彈簧振子的振幅增大D 當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時(shí) 彈簧振子的振幅增大E 彈簧振子的振幅與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān) 解析 搖把勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率f n 24060 Hz 4Hz 周期T 1f動(dòng)力的周期及頻率相等 A錯(cuò)誤 B正確 當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時(shí) 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(cuò)誤 D正確 答案 ACE方法技巧 1 無(wú)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(shì)能的轉(zhuǎn)化 還有驅(qū)動(dòng)力對(duì)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 0 25s 當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí) 它的振動(dòng)周期及頻率均與驅(qū)