【紅對勾】高考物理 機械振動課件

內(nèi)容要求簡諧運動Ⅰ簡諧運動的公式和圖象Ⅱ單擺、周期公式Ⅰ受迫振動和共振Ⅰ機械波Ⅰ橫波和縱波Ⅰ橫波的圖象Ⅱ波速、波長和頻率(周期)的關系Ⅱ波的干涉和衍射現(xiàn)象Ⅰ實驗：研究單擺的運動、用單擺測重力加速度彈簧振子，簡諧運動的振幅、周期和頻率，簡諧運動的振動圖象，單擺，在小振幅條件下單擺作簡諧振動，周期公式，振動在介質中的傳播——波．橫波和縱波，橫波的圖象，波長、頻率和波速的關系．這些內(nèi)容是本章高考的熱點．在近幾年的高考中所涉及的知識均為這些知識點中的一、二個，而且都是選擇題，題目多數(shù)為中等難度(在0.6左右)．其他的知識點有：振動中的能量轉化，簡諧運動中的機械能守恒，受迫振動，受迫振動的振動頻率，共振及其常見的應用，波的干涉、衍射現(xiàn)象，聲波．由于近年來高考題目總數(shù)減少，而知識覆蓋面又不能低于考試說明中所列二十個單元的80%的緣故，題目的綜合程度要有一定提高．本章知識雖然與有關運動的各種物理量聯(lián)系密切，但規(guī)律較為復雜，對中學生來說用數(shù)學語言進行表述比較困難，在一道題中涉及多個知識單元的題目相對較少，所以作為大題出現(xiàn)的可能性較小．預計在高考中將仍以選擇、填空或作圖的方式出現(xiàn)，在波的圖象上出題的次數(shù)仍將最高，用圖象考核理解能力和推理能力以及對波的圖象的理解和應用的題目應予以足夠的重視．1．在復習振動時，注意該部分問題高中階段要求雖不太高，但該部分知識比較瑣碎、概念較多，且振動的規(guī)律與學生們熟知的直線運動規(guī)律存在很大差異，應在理解概念和規(guī)律上多下功夫．重點是簡諧運動的四個過程，在振動過程中回復力、位移、速度、加速度的變化規(guī)律．單擺的振動及單擺的周期公式，是本章的一個重點．本章為數(shù)不多的計算題大多與單擺有聯(lián)系，特別像其中的快、慢鐘的調節(jié)、復合場中單擺周期的變化問題等是學生學習中典型的難點問題，應注意多做練習加以突破．周期性和對稱性是振動的特征，充分利用這些特點可為解決振動問題提供很大的幫助．在復習中應選取典型例題加以訓練．2．在波動問題中，深刻理解波的形成過程，前后質點振動的關系是關鍵．波動中各質點都在平衡位置附近做周期性振動，后一質點的振動總是落后于帶動它的前一質點的振動．波動是全部質點聯(lián)合起來共同呈現(xiàn)的現(xiàn)象．只有把波的形成過程弄清楚了，才能針對實際問題進行分析判斷．例如，1999年全國高考第16題．根據(jù)波長、頻率、速度、周期間的關系進行計算是本章計算問題的一個集中點，盡管計算并不復雜，但不能掉以輕心．應注意頻率由振源決定，波速由介質決定這一關鍵概念．另外，多解性是該部分題目的又一個特征，應多結合例題反復練習，真正理解和掌握這一問題．3．波動和振動都呈周期性，且圖象完全相似，這正是學生易將兩者混淆的原因所在．在復習中應注意分清兩者物理意義上的差別：振動討論的是某一質點的運動規(guī)律，而波動則是參與振動的一系列質點的“群體效應”，振動圖象是直觀、形象地反映振動規(guī)律的有用工具，在復習中應結合具體的振動模型的振動情況加深對其物理意義的理解．而波動圖象則直觀、形象地揭示了較為抽象的波動規(guī)律，復習中，在弄清其物理意義的基礎上，應注意利用其特殊作用，應能熟練地應用一些基本方法，如“微平移法”、“振動步調比較法”(即“帶動法”)等，用它們確定圖象上某一質點的振動方向和波的傳播方向等．相對于振動圖象，波動圖象學生理解起來會感到難度更大一些，難就難在“靜”(圖象描述某一時刻所有質點的空間分布規(guī)律)和“動”(某一段時間后圖象沿傳播方向平移)的聯(lián)系上，這是復習中應首要解決的問題．有關圖象的問題，雖然高考年年有，但萬變不離其宗，只要真正把振動與波的關系搞清了，真正理解兩個圖象的物理意義了，也就完全可以適應高考了．在這一方面毋需做太多的練習，應在理解圖象的物理意義上多下功夫．4．波波的干干涉問問題不不是本本章的的重點點，但但是一一個難難點．．在形形象演演示波波的干干涉5．在在復習習中也也要注注意到到綜合合能力力的訓訓練，，注重重聯(lián)系系實際際，解解決實實際問問題．．例如如共振振、回回聲、、水波波的形形成等等一些些常見見的現(xiàn)現(xiàn)象均均涉及及到振振動與與波的的知識識，對對這些些現(xiàn)象象應能能用有有關的的知識識作出出解釋釋，不不需要要過于于強調調研究究其中中的細細節(jié)問問題，，但有有關的的原理理必須須弄清清．課時1機機械振振動知識點點一簡諧運運動及及簡諧諧運動動的規(guī)規(guī)律——知知識回回顧———一、機機械振振動1．定義：：物體(或物物體的的一部部分)在平平衡位位置附附近的的運動．．2．回復力力：使振動動的物物體返返回的力叫叫做回回復力力，回回復力力總指指向平平衡位位置，，是以以命名的的力，，它是是振動動物體體在方向上上的合合外力力．往復平衡位位置效果振動3．平平衡位位置：：物體原原來靜靜止的的位置置．物物體振振動經(jīng)經(jīng)過平平衡位位置時時處于平平衡狀狀態(tài)，，如單單擺．．4．簡諧運運動如果物物體所所受回回復力力的大大小與與位移移大小小成，并且且總是是指向向平衡衡位置置，則則物體體的運運動叫叫簡諧諧運動動．不一定定正比二、描描述簡簡諧運運動的的物理理量1．位移：振動物體的的位移是物物體相對于2．速度：簡諧運動是變加速運動．物體經(jīng)平衡位置時速度

，物體在最大位移處時速度為零，且物體的速度在最大位移處改變方向．平衡位置平衡位置最大4．回復力力(1)來源源：是振動動物體所受受的沿振動動方向所有有力的合力力．(2)效果果：產(chǎn)生振振動加速度度，改變速速度的大小小，使物體體回到平衡衡位置．(3)舉例例：①水平平彈簧振子子的回復力力即為彈簧簧的彈力；；②豎直懸懸掛的彈簧簧振子的回回復力是彈彈簧彈力和和重力的合合力；③單單擺的回復復力是擺球球所受重力力在圓周切切線方向的的分力，不不能說成是是重力和拉拉力的合力力．(4)F＝－kx中“－”號號表示回復復力與位移移x反向．5．振幅幅、周期期(頻率率)、相相位(1)振振幅：反反映振動動質點振振動強弱弱的物理理量，它它是標量量．(2)周周期和頻頻率：描描述振動動快慢的的物理量量，其大大小由振振動系統(tǒng)統(tǒng)本身來來決定，，與振幅幅無關．．也叫做做固有周周期和固固有頻率率．(3)相位：：是用來描述述周期性運動動在各個時刻刻所處的不同同狀態(tài)的物理理量，其單位位為弧度．特別提提示(1)振動動物體體經(jīng)過過同一一位置置時，，其位位移大大小、(2)當振子經(jīng)過平衡位置時，回復力一定為零，但所受合外力不一定為零．三、、簡簡諧諧運運動動的的規(guī)規(guī)律律1．簡諧諧運運動動(1)動力學表達式：F＝－kx其中“－”表示回復力與位移的方向相反．(2)運動學表達式：x＝Asin(ωt＋φ)2(1)瞬時量的對稱性：做簡諧運動的物體，在關于平衡位置對稱的兩點，回復力、位移、加速度具有等大反向的關系．另外速度的大小、動能具有對稱性，速度的方向可能相同或相反．(2)過過程程量量的的對對稱稱性性：：振振動動質質點點來來回回通通過過相相同同的的兩兩點點間間的的時時間間相相等等，，如如tBC＝tCB；質質點點經(jīng)圖13．．簡簡諧諧運運(1)從平衡位置開始計時，函數(shù)表達式為x＝Asinωt，圖象如圖2.

圖2圖3(2)從最大位移處開始計時，函數(shù)表達式x＝Acosωt，圖象如圖3.特別別提提(1)簡諧運動的圖象并非振動質點的運動軌跡．(2)利用簡諧運動的對稱性，可以解決物體的受力問題，如放在豎直彈簧上做簡諧運動的物體，若已知物體在最高點的合力或加速度，可求物體在最低點的合力或加速度．——要點簡諧運動的兩個基本模型的比較——基礎礎自測———1圖4(1)OB＝________cm.(2)第0.2s末質質點的的速度度方向向是________，，加速速度大大小為為________．(3)第0.4s末質質點的的加速速度方方向是是________；(4)第0.7s時，，質點點位置置在________點點與________點點之間間．(5)質點點從O運動到到B再運動動到A所需時時間t＝________s.(6)在4s內(nèi)完完成________次次全振振動．．答案：：(1)5(2)O→A0(3)A→O(4)OB(5)0.6(6)52．如如圖5所示示為一一單擺擺及其其振動動圖象象．由由圖回回答：：圖5(1)若擺擺球從從E指向G為正方方向，，α為最大大擺角角，則則圖象象中O、A、B、C點分別別對應應單擺擺中的的________點．．一周周期內(nèi)內(nèi)加速速度為為正且且減小小，并并與速速度同同方向向的時時間范范圍是是________．勢勢能增增加且且速度度為正正的時時間范范圍是是________．(2)單擺擺擺球球多次次通過過同一一位置置時，，下述述物理理量變變化的的是________．．A．位移B．．速度C．加速度D．動量E．動能 F．擺線張力(3)求單擺擺的擺長(g＝10m/s2π2≈10)．擺動中EF間加速度為正正，且靠近平平衡位置過程程中加速度逐逐漸減小，所所以是從F向E的運動過程，，在圖象中為為C到D的過程，時間間范圍是1.5～2.0s間．擺擺球遠離平衡衡位置勢能增增加，即從E向兩側擺動，，而速度為正正，顯然是從從E向G的過程，在圖圖象中為從O到A，時間范圍是是0～0.5s間．答案：(1)E、G、E、F1.5～2.0s0～0.5s(2)BD(3)1m知識點二受迫振動和共共振——知識回顧顧——1．驅動力：：周期性的外力力作用于振動動系統(tǒng)，對系系統(tǒng)做功，克克服阻尼作用用，補償系統(tǒng)統(tǒng)的能量損耗耗，使系統(tǒng)持持續(xù)地振動下下去，這種周周期性的外力力叫驅動力．．2．受迫振動：是物體在周期期性外力作用用下的振動，，其振動頻率率和固有頻率率無關，等于于驅動力的頻頻率．3．共振：驅動力的頻率率接近物體的的固有頻率時時，受迫振動動的振幅增大大，這種現(xiàn)象象稱為共振．．(1)產(chǎn)生共共振的條件：：驅動力頻率率等于物體固固有頻率．(2)共振的的應用：共振振篩，共振測測速．(3)共振曲曲線如圖6所示，，以驅動力頻頻率為橫坐標標，以受迫振振動的振幅為圖6振動類型項目受迫振動共振受力情況周期性驅動力作用周期性驅動力作用振動周期或頻率由驅動力的周期或頻率決定，即T＝T驅或f＝f驅T驅＝T固或f驅＝f固振動能量由產(chǎn)生驅動力的物體提供振動物體獲得的能量最大常見例子機械工作時底座發(fā)生的振動共振篩、轉速計等——基礎自自測——如圖7所示示是一個單單擺做受迫迫振動時的的共振曲線線，表示振振幅A與驅動力的的頻率f的關系，下下列說法正正確的是()A．擺長約約為10cmB．擺長約約為1mC．若增大大擺長，共共振曲線的的“峰”將將向右移動動D．若增大大擺長，共共振曲線的的“峰”將將向左移圖7解析：由單擺做受受迫振動時時的共振曲曲線可知，，當單擺發(fā)發(fā)生共振時時，固有頻頻率等于驅驅動力的頻頻率，即固固有頻率為為0.5Hz，因因而固有周周期為2s，由單單擺的周期期公式可知知，此單擺擺的擺長約約為1m，B正確確；若增大大擺長，周周期變長，，頻率變小小，共振曲曲線的“峰”將向向左左移移動動，，D正正確確．．答案案：：BD題型型一一簡諧諧運運動動的的圖圖象象[例A．若規(guī)定狀態(tài)a時t＝0，則圖象為①B．若規(guī)定狀態(tài)b時t＝0，則圖象為②C．若規(guī)定狀態(tài)c時t＝0，則圖象為③D．若規(guī)定狀態(tài)d時t＝0，則圖象為④圖8[解解析析]若t＝0，，質質點點處處于于a狀態(tài)態(tài)，，則則此此時時x＝＋＋3cm，，運運動動方方向向為為正正方方向向，，只只有有圖圖①①對對；；若若t＝0時時質質點點處處于于b狀態(tài)態(tài)，，此此時時x＝＋＋2cm，，運運動動方方向向為為負負方方向向，，圖圖②②不不對對；；若若取取處處于于c狀態(tài)態(tài)時時t＝0，，此此時時x＝－－2cm，，運運動動方方向向為為負負方方向向，，故故圖圖③③不不正正確確；；若若取取狀狀態(tài)態(tài)d為t＝0，此此時x＝－4cm圖圖④剛好好符合，，故A、、D正確確．[答案]AD題后反思思振動圖象象反映的的是振動動物體在在不同時時刻隨時時間變化化的規(guī)律律：1．只有有簡諧運運動的圖圖象才是是正弦(或余2．從振動圖象可以知道振幅、周期、任一時刻振動物體的位移x及振動物體的運動方向．變式1——1一質點做做簡諧運運動的圖圖象如圖圖9所示示，下列列說法正正確的是是()A．在0.035s時，速速度為正正，加速速度為負負B．在0.04s時時，速度度最大，，加速度度為0C．在0至0.01s內(nèi)，，速度和和加速度度同向D．在第第二個0.01s內(nèi)內(nèi)，回復復力做負負功圖9解析：在0.035s時，，質點沿沿＋x方向運動動，速度度為正，，位移為為正，而而加速度度為負，，A對；；在0.04s時，，質點位位移正向向最大，，速度為為零，加加速度負負向最大大，B錯錯；在0至0.01s內(nèi)，，質點由由正向最最大位移移向平衡衡位置運運動，C對；在在第二個個0.01s內(nèi)，質質點由平平衡位置置沿－x軸運動動，回回復力力做負負功，，D對對．答案：：ACD題型二二單擺周周期公公式的的應用用[例2]如圖10所所示，，圖10一個光光滑的的圓弧弧形槽槽半徑徑為R，圓弧弧所對對的圓圓心角角小于于5°°.AD的長為為x，今有有一小小球m1以沿AD方向的的初速速度v從A點開始始運動動，要要使小小球m1可以與與固定定在D點的小小球m2相碰撞撞，那那么小小球m1的速度度v應滿足足什么么條件件？題后反反思解答本本題時時要注注意以以下兩兩點：：(1)小球球的運運動雖雖不是是單擺擺的運運動，，但小小球沿沿AB弧方向向上的的運動動可等等效為為單擺擺運動動．(2)多解解是本題的的一個重要要特點，解解題時不要要只考慮一一種特殊情情況，以免免造成解答答的局限性性．圖11題型三受迫振動和和共振[例3]一砝碼和一一輕彈簧構構成彈簧振振子，圖12所示的的裝置可用用于研究該該彈簧振子子的受迫振振動．勻速速轉動把手手時，曲桿桿給彈簧振振子以驅動動力，使振振子做受迫迫振動．把把手勻速轉轉動的周期期就是驅動動力的周期期，改變把把手勻速轉轉動的速度度就可以改改變驅動力若用T0表示彈簧振振子的固有有周期，T表示驅動力力的周期，，Y表示受迫振振動達到穩(wěn)穩(wěn)定后砝碼碼振動的振振幅，則()圖12A．由圖線線可知T0＝4sB．由圖線線可知T0＝8sC．當T在4s附附近時，Y顯著增大；；當T比4s小小得多或大大得多時，，Y很小D．當T在8s附附近時，Y顯著增大；；當T比8s小小得多或大大得多時，，Y很小圖13[解析]由題意可知知，圖13甲是自由由振動的振振動圖線，，固有周期期T0＝4s，，選項A正正確．由共振曲線線規(guī)律可知知，當受迫迫振動的周周期T越接近固有有周期T0時，振幅越越大；當受受迫振動的的周期T遠離固有周周期T0時，振幅明明顯變小，，選項C正正確．[答案]AC題后反思(1)解答答受迫振動動和共振的的問題時要要抓住兩點點：①受迫迫振動的頻頻率等于驅驅動力的頻頻率；②當當受迫振動動的頻率越越接近固有有頻率時，，受迫振動動的振幅越越大，否則則越?。?2)生活活中受迫振振動的例子子很多，要要善于利用用受迫振動動和共振的的原理解釋釋生活中的的一些現(xiàn)象象．圖14A．A，B，C，D四個單擺的的周期均相相同B．只有A，C兩個單擺的的周期相同同C．B，C，D中因D的質量最小小，故其振振幅是最大大的D．B，C，D中C的振幅最大大解析：在A的驅動下，，B，C，D均做受迫振振動，受迫迫振動的頻頻率均與驅驅動力的頻頻率(A的固有頻率率)相等，，與各自的的固有頻率率無關，所所以選項A正確，B選項錯誤誤．能否達達到最大振振幅，即共共振，應判判斷f固是否與f驅相等．對于于單擺而言言，固有頻頻率是與擺擺球質量無無關的，所所以不必考考慮擺球的的質量．在在B，C，D中，只有C球的固有頻頻率等于驅驅動力的頻頻率，所以以在B，C，D中C的振幅最大大．答案：AD1．(2009·上海高高考)做簡諧運動動的單擺擺擺長不變，，若擺球質質量增加為為原來的4倍，擺球球經(jīng)過平衡衡位置時速速度減小為為原來的1/2，則則單擺振動動的()A．頻率、、振幅都不不變B．頻率率、振幅都都改變C．頻率不不變，振幅幅改變D．頻頻率改變，，振幅不變變答案：CA．第1s末與第第3s末末的位移相相同B．第1s末與第第3s末末的速度相相同C．第3s末至第第5s末末的位移方方向都相同同D．第3s末至第第5s末末的速度方方向都相同同答案：AD3．(2009·寧夏、、遼寧高考考)某振動系統(tǒng)統(tǒng)的固有頻頻率為f0，在周期性性驅動力的的作用下做做受迫振動動，驅動力力的頻率為為f.若驅動力力的振幅保保持不變，，下列說法法正確的是是()A．當f<f0時，該振動動系統(tǒng)的振振幅隨f增大而減小小B．當f>f0時，該振動動系統(tǒng)的振振幅隨f減小而增大大C．該振動動系統(tǒng)的振振動穩(wěn)定后后，振動的的頻率等于于f0D．該振動動系統(tǒng)的振振動穩(wěn)定后后，振動的的頻率等于于f解析：