高考物理總復(fù)習(xí) 第12章 第1講 機(jī)械振動(dòng)課件 新人教版.ppt

第十二章機(jī)械振動(dòng)機(jī)械波 第一講機(jī)械振動(dòng) 知識(shí)點(diǎn)一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律 即它的振動(dòng)圖象是一條的曲線 2 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述 1 描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量 位移x 由指向的有向線段表示振動(dòng)位移 是矢量 按正弦規(guī)律變化 平衡位置 振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)所在位置 振幅a 振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置的 是標(biāo)量 表示振動(dòng)的強(qiáng)弱 周期t和頻率f 做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體完成所需要的時(shí)間叫周期 而頻率則等于單位時(shí)間內(nèi)完成 它們是表示振動(dòng)快慢的物理量 二者互為倒數(shù)關(guān)系 2 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式動(dòng)力學(xué)表達(dá)式 f kx運(yùn)動(dòng)學(xué)表達(dá)式 x asin t 最大距離 一次全振動(dòng) 全振動(dòng)的次數(shù) 3 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象 1 振動(dòng)圖象表示的是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系 是一條正弦 或余弦 曲線 如圖所示 偏離平行位置 2 由振動(dòng)圖象可以確定質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的和周期 以及任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移 振動(dòng)方向和加速度的方向 如圖所示 t1時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)p的運(yùn)動(dòng)方向沿 振幅 x軸負(fù)方向 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的基本特征及其規(guī)律應(yīng)用1 受力特征 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力滿足f kx 回復(fù)力與位移的方向相反 由牛頓第二定律知 加速度a與位移大小成正比 方向相反 2 運(yùn)動(dòng)特征 當(dāng)物體靠近平衡位置時(shí) x a都減小 v增大 當(dāng)物體運(yùn)離平衡位置時(shí) x a都增大 v減小 5 對(duì)稱性特征 1 如圖所示 振子經(jīng)過(guò)關(guān)于平衡位置o對(duì)稱的兩點(diǎn)p p 時(shí) op op 速度的大小 動(dòng)能 勢(shì)能相等 相對(duì)于平衡位置的位移大小相等 2 振子由p到o所用時(shí)間等于由o到p 所用時(shí)間 即tpo top 3 振子往復(fù)過(guò)程中通過(guò)同一段路程 如op段 所用時(shí)間相等 即top tpo 1 如圖所示為彈簧振子p在0 4s內(nèi)的振動(dòng)圖象 從t 0開(kāi)始 a 再過(guò)1s 該振子的位移是正的最大b 再過(guò)1s 該振子的速度方向沿正方向c 再過(guò)1s 該振子的加速度方向沿正方向d 再過(guò)1s 該振子的加速度最大 解析 振動(dòng)圖象描述質(zhì)點(diǎn)在各個(gè)時(shí)刻離開(kāi)平衡位置的位移的情況 依題意 再經(jīng)過(guò)1s 將振動(dòng)圖象延伸到正x最大處 這時(shí)振子的位移為正的最大 因?yàn)榛貜?fù)力與位移成正比且方向與位移方向相反 所以此時(shí)回復(fù)力最大且方向?yàn)樨?fù)方向 故振動(dòng)物體的加速度最大且方向?yàn)樨?fù)方向 此時(shí)振動(dòng)物體的速度為零 無(wú)方向可談 所以正確的選項(xiàng)為a d 答案 ad 知識(shí)點(diǎn)二受迫振動(dòng)與共振1 受迫振動(dòng) 1 概念 系統(tǒng)在的外力 驅(qū)動(dòng)力 作用下的振動(dòng) 2 振動(dòng)特征 受迫振動(dòng)的頻率等于的頻率 與系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān) 周期性 驅(qū)動(dòng)力 2 共振 1 概念 驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的時(shí) 受迫振動(dòng)的振幅最大的現(xiàn)象 2 共振條件 驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的 3 特征 共振時(shí)最大 4 共振曲線 如圖所示 固有頻率 固有頻率 振幅 自由振動(dòng) 受迫振動(dòng)和共振的比較 2 如圖所示 a球振動(dòng)后 通過(guò)水平細(xì)繩迫使b c振動(dòng) 振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí) 下列說(shuō)法正確的是 a 只有a c振動(dòng)周期相等b c的振幅比b的振幅小c c的振幅比b的振幅大d a b c的振動(dòng)周期相等 答案 cd 2 實(shí)驗(yàn)器材中心有小孔的金屬小球 長(zhǎng)約1米的細(xì)線 鐵架臺(tái) 帶鐵夾 秒表 刻度尺 游標(biāo)卡尺 3 實(shí)驗(yàn)步驟 1 做單擺 讓細(xì)線的一端穿過(guò)小球的小孔 并打一個(gè)比小孔大一些的結(jié) 然后把線的另一端用鐵夾固定在鐵架臺(tái)上 并把鐵架臺(tái)放實(shí)驗(yàn)桌邊 使鐵夾伸到桌面以外 讓擺球自然下垂 且在單擺平衡位置處作標(biāo)記 如圖所示 2 注意事項(xiàng) 1 選擇材料時(shí)應(yīng)選擇細(xì) 輕又不易伸長(zhǎng)的線 長(zhǎng)度一般在1m左右 小球應(yīng)選用密度較大的金屬球 直徑應(yīng)較小 最好不超過(guò)2cm 2 單擺懸線的上端不可隨意卷在鐵夾的桿上 應(yīng)夾緊在鐵夾中 以免擺動(dòng)時(shí)發(fā)生擺線下滑 擺長(zhǎng)改變的現(xiàn)象 3 擺動(dòng)時(shí)注意控制擺線偏離豎直方向不超過(guò)10 可通過(guò)估算振幅的辦法掌握 4 擺球振動(dòng)時(shí) 要使之保持在同一個(gè)豎直平面內(nèi) 不要形成圓錐擺 5 計(jì)算單擺的振動(dòng)次數(shù)時(shí) 應(yīng)從擺球通過(guò)最低位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) 為便于計(jì)時(shí) 可在擺球平衡位置的正下方作一標(biāo)記 以后擺球每次從同一方向通過(guò)最低位置時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù) 且在數(shù) 零 的同時(shí)按下秒表 開(kāi)始計(jì)時(shí)計(jì)數(shù) 3 誤差分析 1 本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差主要來(lái)源于單擺模型本身是否符合要求 即 懸點(diǎn)是否固定 球 線是否符合要求 振動(dòng)是圓錐擺還是在同一豎直平面內(nèi)的振動(dòng)等 2 本實(shí)驗(yàn)的偶然誤差主要來(lái)自時(shí)間的測(cè)量 因此 要從擺球通過(guò)平衡位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) 不能多計(jì)或漏計(jì)振動(dòng)次數(shù) 答案 b 作出質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象 由圖象可以看出 第1s末和第3s末的速度方向不同 b錯(cuò) 由圖象可知 3s末至4s末質(zhì)點(diǎn)的位移方向與4s末至5s末質(zhì)點(diǎn)的位移方向相反 而速度的方向都相同 故c錯(cuò) d對(duì) 答案 ad 根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)表達(dá)式判斷質(zhì)點(diǎn)的位移 速度 加速度 回復(fù)力 動(dòng)能 勢(shì)能的變化情況時(shí) 可將表達(dá)式的描述轉(zhuǎn)化為振動(dòng)圖象進(jìn)行分析 變式訓(xùn)練 1 2012 北京高考 一個(gè)彈簧振子沿x軸做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 取平衡位置o為x軸坐標(biāo)原點(diǎn) 從某時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí) 經(jīng)過(guò)四分之一的周期 振子具有沿x軸正方向的最大加速度 能正確反映振子位移x與時(shí)間t關(guān)系的圖象是 解析 經(jīng)過(guò)四分之一的周期 振子運(yùn)動(dòng)到 x最大位移處 具有沿x軸正方向的最大加速度 能正確反映振子位移x與時(shí)間t關(guān)系的圖象是a 答案 a 一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 先后以相同的速度依次通過(guò)a b兩點(diǎn) 歷時(shí)1s 質(zhì)點(diǎn)通過(guò)b點(diǎn) 后再經(jīng)過(guò)1s又第二次通過(guò)b點(diǎn) 在這兩秒鐘內(nèi)質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的總路程為12cm 求 1 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期和頻率 2 質(zhì)點(diǎn)的振幅 3 質(zhì)點(diǎn)12s內(nèi)通過(guò)的路程 設(shè)質(zhì)點(diǎn)以o點(diǎn)為平衡位置振動(dòng) 先后以相同的速度依次通過(guò)a b兩點(diǎn) 說(shuō)明a b兩點(diǎn)關(guān)于o點(diǎn)對(duì)稱 且沿a o b路徑運(yùn)動(dòng) 然后由b運(yùn)動(dòng)到最大位移處再返回b 根據(jù)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性即可求解周期和振幅 答案 1 4s0 25hz 2 6cm 3 72cm 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性 周期性是解決相關(guān)問(wèn)題的突破口 根據(jù)題意 正確畫(huà)出示意圖 可達(dá)到事半功倍的效果 答案 ac 19分 2012 大綱全國(guó)高考 一單擺在地面處的擺動(dòng)周期與在某礦井底部擺動(dòng)周期的比值為k 設(shè)地球的半徑為r 假定地球的密度均勻 已知質(zhì)量均勻分布的球殼對(duì)殼內(nèi)物體的引力為零 求礦井的深度d 1 聯(lián)系單擺運(yùn)動(dòng)的周期t和礦井深度d的物理量為重力加速度 2 在深度d處地球?qū)ξ矬w的吸引力相當(dāng)于和地球密度相同 半徑為r d的球?qū)ξ矬w的吸引力 答案 r 1 k2 變式訓(xùn)練 3 如圖所示 三根細(xì)線于o點(diǎn)處打結(jié) 兩根細(xì)線的另一端均固定在同一水平面上相距l(xiāng)的a b兩點(diǎn)上 使 aob成直角三角形 bao 30 已知oc線長(zhǎng)也為l 下端c點(diǎn)系著一個(gè)小球 半徑忽略不計(jì) 下列說(shuō)法正確的是 答案 a 某同學(xué)想在家里做用單擺測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn) 但沒(méi)有合適的擺球 他只好找到一塊大小為3cm左右 外形不規(guī)則的大理石塊代替小球 實(shí)驗(yàn)步驟是a 石塊用細(xì)尼龍線系好 結(jié)點(diǎn)為m 將尼龍線的上端固定于o點(diǎn)b 用刻度尺測(cè)量om間尼龍線的長(zhǎng)度l作為擺長(zhǎng)c 將石塊拉開(kāi)一個(gè)大約 30 的角度 然后由靜止釋放 1 你認(rèn)為該同學(xué)在以上實(shí)驗(yàn)步驟中有重大錯(cuò)誤的是哪些步驟 為什么 2 該同學(xué)用om的長(zhǎng)作為擺長(zhǎng) 這樣做引起的系統(tǒng)誤差將使重力加速度的測(cè)量值比真實(shí)值偏大還是偏小 你認(rèn)為用何方法可以解決擺長(zhǎng)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量的困難 解析 1 實(shí)驗(yàn)步驟中有重大錯(cuò)誤的是 b 大理石重心到懸掛點(diǎn)間的距離才是擺長(zhǎng)c 最大偏角不能超過(guò)10 d 應(yīng)在擺球經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)計(jì)時(shí) 答案 見(jiàn)解析 變式訓(xùn)練 4 2011 福建高考 某實(shí)驗(yàn)小組在利用單擺測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊膶?shí)驗(yàn)中 1 用游標(biāo)卡尺測(cè)定擺球的直徑 測(cè)量結(jié)果如