新教材高中物理第二章機(jī)械振動(dòng)章末小結(jié)與素養(yǎng)評(píng)價(jià)課件粵教版選擇性

第二章機(jī)械振動(dòng)一、主干知識(shí)成體系二、

遷移交匯辨析清(一)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)的對(duì)比

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)阻尼振動(dòng)受迫振動(dòng)產(chǎn)生條件不受阻力作用受阻力作用受阻力和驅(qū)動(dòng)力作用頻率固有頻率頻率不變驅(qū)動(dòng)力頻率振幅不變減小大小變化不確定振動(dòng)圖像

形狀不確定實(shí)例彈簧振子振動(dòng)，單擺做小角度擺動(dòng)敲鑼打鼓發(fā)出的聲音越來(lái)越弱揚(yáng)聲器紙盆振動(dòng)發(fā)聲、鐘擺的擺動(dòng)[典例1]圖甲為一彈簧振子的振動(dòng)圖像，規(guī)定向右的方向?yàn)檎较颍嚫鶕?jù)圖像完成以下問(wèn)題：(1)如圖乙所示，振子振動(dòng)的起始位置是________，從起始位置開始，振子向________(選填“右”或“左”)運(yùn)動(dòng)。(2)在圖乙中，找出如圖甲所示圖像中的O、A、B、C、D各對(duì)應(yīng)振動(dòng)過(guò)程中的位置。即O對(duì)應(yīng)________，A對(duì)應(yīng)________，B對(duì)應(yīng)________，C對(duì)應(yīng)________，D對(duì)應(yīng)________。(3)在t＝2s時(shí)，振子的速度的方向與t＝0時(shí)速度的方向________。(4)振子在前4s內(nèi)的位移等于________。[解析]

(1)由x-t圖像知，在t＝0時(shí)，振子在平衡位置，故起始位置為E；從t＝0時(shí)刻開始，振子向正的最大位移處運(yùn)動(dòng)，即向右運(yùn)動(dòng)。(2)由x-t圖像知：O點(diǎn)、B點(diǎn)、D點(diǎn)對(duì)應(yīng)平衡位置的E點(diǎn)，A點(diǎn)在正的最大位移處，對(duì)應(yīng)G點(diǎn)；C點(diǎn)在負(fù)的最大位移處，對(duì)應(yīng)F點(diǎn)。(3)t＝2s時(shí)，圖線切線斜率為負(fù)，即速度方向?yàn)樨?fù)方向；t＝0時(shí)，圖線切線斜率為正，即速度方向?yàn)檎较颍蕛蓵r(shí)刻速度方向相反。(4)4s末振子回到平衡位置，故振子在前4s內(nèi)的位移為0。[答案]

(1)E右(2)E

G

E

F

E

(3)相反(4)0(二)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期性和對(duì)稱性1．周期性做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體經(jīng)過(guò)一個(gè)周期或幾個(gè)周期后，能恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，因此在處理實(shí)際問(wèn)題中，要注意到多解的可能性。2．對(duì)稱性(1)速率的對(duì)稱性：系統(tǒng)在關(guān)于平衡位置對(duì)稱的兩位置具有相等的速率。(2)加速度和回復(fù)力的對(duì)稱性：系統(tǒng)在關(guān)于平衡位置對(duì)稱的兩位置具有等大反向的加速度和回復(fù)力。(3)時(shí)間的對(duì)稱性：系統(tǒng)通過(guò)關(guān)于平衡位置對(duì)稱的兩段位移的時(shí)間相等。振動(dòng)過(guò)程中通過(guò)任意兩點(diǎn)A、B的時(shí)間與逆向通過(guò)這兩點(diǎn)的時(shí)間相等。[典例2]一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置O點(diǎn)的附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，它離開O點(diǎn)后經(jīng)過(guò)3s時(shí)間第一次經(jīng)過(guò)M點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)2s第二次經(jīng)過(guò)M點(diǎn)，該質(zhì)點(diǎn)再經(jīng)過(guò)________s第三次經(jīng)過(guò)M點(diǎn)。若該質(zhì)點(diǎn)由O點(diǎn)出發(fā)在20s內(nèi)經(jīng)過(guò)的路程是20cm，則質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅為________cm。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期性和初始條件的不確定性，往往引起此類問(wèn)題的多解，解決此類問(wèn)題時(shí)要將題目分析透徹，弄清各種可能性，切勿漏解。

[針對(duì)訓(xùn)練]1．把一彈簧振子的彈簧拉長(zhǎng)一些，然后由靜止釋放，0.5s后振子回到平衡位置，則此彈簧振子的周期可能為

(

)A．0.1s

B．0.2sC．0.55s D．0.4s2. 如圖所示，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)M、N兩點(diǎn)，歷時(shí)1s，質(zhì)點(diǎn)通過(guò)N點(diǎn)后再經(jīng)過(guò)1s第2次通過(guò)N點(diǎn)，在這2s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的總路程為12cm。則質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期和振幅分別為

(

)A．3s,6cm B．4s,6cmC．4s,9cm D．2s,8cm(三)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和力學(xué)綜合問(wèn)題1．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)常和力學(xué)知識(shí)綜合，如簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與彈簧模型綜合，可以考查牛頓第二定律的應(yīng)用、速度的動(dòng)態(tài)分析以及臨界問(wèn)題；簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與單擺綜合，可以考查單擺周期公式的應(yīng)用、圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律以及機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用。2．解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與力學(xué)綜合問(wèn)題的思路

從題型上看，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與力學(xué)綜合有以下幾方面。 (1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中位移、速度、回復(fù)力的大小關(guān)于平衡位置對(duì)稱的應(yīng)用。

①判斷物體的運(yùn)動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

物體在彈簧彈力(變力)和其他力均為恒力的情況下的運(yùn)動(dòng)一般是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。可以證明物體僅在彈簧彈力與重力作用下在豎直方向的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，光滑斜面上的物體僅在彈簧彈力、重力、斜面支持力的作用下的運(yùn)動(dòng)也是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。②要注意簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的速度、合外力(回復(fù)力)關(guān)于平衡位置對(duì)稱這一特點(diǎn)。同學(xué)們一般能記住位移對(duì)稱性，但對(duì)回復(fù)力(合外力)的對(duì)稱性卻很生疏。③此類問(wèn)題也可應(yīng)用機(jī)械能守恒定律或能量守恒定律求解。應(yīng)注意彈簧伸長(zhǎng)或壓縮的形變量相等時(shí)具有相同的彈性勢(shì)能。(2)單擺的周期公式的應(yīng)用與自由落體運(yùn)動(dòng)、斜面上物體的運(yùn)動(dòng)等基本動(dòng)力學(xué)模型的綜合，一般考查下落快慢、何時(shí)相碰或碰撞點(diǎn)的判斷等問(wèn)題。此類問(wèn)題應(yīng)抓住單擺周期公式的應(yīng)用，并注意多解問(wèn)題。(3)動(dòng)力學(xué)中臨界問(wèn)題的求解。例如：恰好分離(恰未分離)，壓力最大(壓力最小)等問(wèn)題，此類問(wèn)題要抓住動(dòng)力學(xué)中的臨界條件。[典例3]一輕質(zhì)彈簧直立在地面上，其勁度系數(shù)為k＝400N/m，彈簧的上端與盒子A連接在一起，盒子內(nèi)裝物體B，B的上、下表面恰與盒子接觸，如圖所示。A和B的質(zhì)量mA＝mB＝1kg，g取10m/s2，不計(jì)阻力。先將A向上抬高使彈簧伸長(zhǎng)量為5cm后從靜止釋放，A和B一起做上下方向的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。已知彈簧的彈性勢(shì)能取決于彈簧的形變大小，試求：(1)盒子A的振幅；(2)物體B的最大速率；(3)當(dāng)A、B的位移為正的最大和負(fù)的最大時(shí)，A對(duì)B的作用力的大小分別是多少？[針對(duì)訓(xùn)練]1．一平臺(tái)沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，一物體置于振動(dòng)平臺(tái)上隨平臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)處于什么位置時(shí)，物體對(duì)平臺(tái)的壓力最大

(

)A．當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)B．當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)過(guò)振動(dòng)中心時(shí)C．當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)D．當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)過(guò)振動(dòng)中心時(shí)解析：物體隨平臺(tái)在豎直方向振動(dòng)過(guò)程中，僅受兩個(gè)力作用：重力和臺(tái)面支持力。由這兩個(gè)力的合力作為振動(dòng)的回復(fù)力，并產(chǎn)生始終指向平衡位置的加速度。物體在最高點(diǎn)a和最低點(diǎn)b時(shí)，所受回復(fù)力和加速度的大小相等，方向均指向O點(diǎn)，如圖所示。根據(jù)牛頓第二定律得最高點(diǎn)mg－Na＝ma；最低點(diǎn)Nb－mg＝ma；平衡位置NO－mg＝0；所以Nb>NO>Na。即當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，平臺(tái)對(duì)物體的支持力最大，根據(jù)牛頓第三定律，此時(shí)物體對(duì)平臺(tái)的壓力最大。答案：C2.如圖所示，一質(zhì)量為M的無(wú)底木箱，放在水平地面上，一輕質(zhì)彈簧一端懸于木箱的上邊，另一端掛著用細(xì)線連接在一起的兩物體A和B，mA＝mB＝m。剪斷A、B間的細(xì)線后，A做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，則當(dāng)A振動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，木箱對(duì)地面的壓力為多少？三、

創(chuàng)新應(yīng)用提素養(yǎng)1．(多選)鋪設(shè)鐵軌時(shí)，每?jī)筛撥壗涌p處都必須留有一定的間隙，勻速運(yùn)行的列車經(jīng)過(guò)軌端接縫處時(shí)，車輪就會(huì)受到一次沖擊。由于每一根鋼軌長(zhǎng)度相等，所以這個(gè)沖擊力是周期性的，列車受到周期性的沖擊做受迫振動(dòng)。普通鋼軌長(zhǎng)為12.6m，列車的固有周期為0.315s。下列說(shuō)法正確的是

(

)A．列車的危險(xiǎn)速度為40m/sB．列車過(guò)橋需要減速，是為了防止列車與橋發(fā)生共振現(xiàn)象C．列車運(yùn)行的振動(dòng)頻率和列車的固有頻率總是相等的D．增加鋼軌的長(zhǎng)度有利于列車高速運(yùn)行2. (多選)將一單擺向左拉至水平標(biāo)志線上，從靜止釋放，當(dāng)擺球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，擺線碰到障礙物，擺球繼續(xù)向右擺動(dòng)。用頻閃照相機(jī)拍到如圖所示的單擺運(yùn)動(dòng)過(guò)程的頻閃照片，以下說(shuō)法正確的是

(

)A．?dāng)[線碰到障礙物前后的周期之比為3∶2B．?dāng)[線碰到障礙物前后的擺長(zhǎng)之比為3∶2C．?dāng)[球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)，線速度不變，半徑減小，擺線張力變大D．?dāng)[球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)，角速度變大，半