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文檔簡(jiǎn)介
第1講機(jī)械振動(dòng)課
程
標(biāo)
準(zhǔn)素
養(yǎng)
目
標(biāo)1.通過(guò)實(shí)驗(yàn),掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征,能用公式和圖像描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).2.通過(guò)實(shí)驗(yàn),探究單擺的周期與擺長(zhǎng)的定量關(guān)系,知道單擺的周期與擺長(zhǎng)、重力加速度的關(guān)系.會(huì)用單擺測(cè)量重力加速度的大?。?.通過(guò)實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)受迫振動(dòng)的特點(diǎn),了解產(chǎn)生共振的條件及其應(yīng)用.物理觀念:理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的概念及描述,認(rèn)識(shí)單擺和彈簧振子.科學(xué)思維:從動(dòng)力學(xué)和能量?jī)蓚€(gè)方面認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律,能解釋彈簧振子、單擺等生活中的情境,嘗試解讀其在生活中的應(yīng)用.考點(diǎn)一考點(diǎn)一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的基本特征及應(yīng)用【必備知識(shí)·自主落實(shí)】1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng):如果物體在運(yùn)動(dòng)方向上所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成正比,并且總是指向________,質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).2.平衡位置:物體在振動(dòng)過(guò)程中________為零的位置.3.回復(fù)力
效果力(1)定義:使物體返回到_________的力.(2)方向:總是指向_________.(3)來(lái)源:可以是某一個(gè)力,也可以是幾個(gè)力的________或某個(gè)力的________.平衡位置回復(fù)力平衡位置平衡位置合力分力4.兩種模型彈簧振子
理想物理模型(1)水平方向:如圖甲所示,回復(fù)力由彈簧的彈力提供.(2)豎直方向:如圖乙所示,回復(fù)力由________和彈簧________的合力提供.重力彈力【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】1.[2024·江西高三校聯(lián)考]如圖所示,一水平輕質(zhì)彈簧左端固定在豎直墻上,右端連接一物體,物體靜止在光滑水平地面上的O點(diǎn),現(xiàn)向左推物體,使物體到達(dá)A點(diǎn)后由靜止釋放,在彈力作用下物體向右運(yùn)動(dòng),在物體整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,彈簧始終處于彈性限度內(nèi),下列說(shuō)法正確的是(
)A.物體從O點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的過(guò)程中,彈簧的彈性勢(shì)能先增大后減小B.物體從O點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的過(guò)程中,彈簧的彈性勢(shì)能先減小后增大C.物體從A點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,彈簧的彈性勢(shì)能先增大后減小D.物體從A點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,彈簧的彈性勢(shì)能先減小后增大答案:D解析:物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),O點(diǎn)是平衡位置,所以物體從O點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的過(guò)程中,物體做減速運(yùn)動(dòng),彈簧的彈性勢(shì)能一直增大,故A、B錯(cuò)誤;物體從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí),物體做加速運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)O點(diǎn)繼續(xù)向右時(shí),物體做減速運(yùn)動(dòng),所以彈簧的彈性勢(shì)能先減小后增大,故C錯(cuò)誤,D正確.故選D.
答案:B
3.如圖所示,彈簧振子在振動(dòng)過(guò)程中,振子從a到b歷時(shí)0.2s,振子經(jīng)a、b兩點(diǎn)時(shí)速度相同,若它從b再回到a的最短時(shí)間為0.4s,則該振子的振動(dòng)頻率為(
)A.1Hz
B.1.25Hz
C.2Hz
D.2.5Hz答案:B
思維提升簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征位移特征x=Asin(ωt+φ)受力特征回復(fù)力:F=-kx;F(或a)的大小與x的大小成正比,方向相反能量特征系統(tǒng)的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒對(duì)稱性特征質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)關(guān)于平衡位置O對(duì)稱的兩點(diǎn)時(shí),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;由對(duì)稱點(diǎn)到平衡位置用時(shí)相等周期性特征考點(diǎn)二
相位圓頻率位移【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】由圖像可獲取的五個(gè)信息(1)判定振動(dòng)的振幅A和周期T(如圖所示).(2)判定振動(dòng)物體在某一時(shí)刻的位移.(3)判定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向:①下一時(shí)刻位移若增加,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向是遠(yuǎn)離平衡位置;②下一時(shí)刻位移若減小,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向是指向平衡位置.(4)判定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的加速度(回復(fù)力)的大小和方向.(5)比較不同時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的勢(shì)能和動(dòng)能的大?。|(zhì)點(diǎn)的位移越大,它所具有的勢(shì)能越大,動(dòng)能則越?。枷?簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像的理解和應(yīng)用例1某質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖像如圖所示,則(
)A.t=0.2s時(shí),質(zhì)點(diǎn)的速度方向向上B.0.2~0.4s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的速度一直減小C.t=0.2s時(shí),質(zhì)點(diǎn)的加速度方向向下D.0.2~0.4s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的加速度一直增大答案:C解析:在t=0.2s時(shí),質(zhì)點(diǎn)位于最大位移處,故它的速度為0,故A錯(cuò)誤;在0.2~0.4s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)在由最大位移處向平衡位置移動(dòng),故它的速度在增大,故B錯(cuò)誤;在t=0.2s時(shí),質(zhì)點(diǎn)在最大位移處,受到指向平衡位置的力,即向下的力,所以它的加速度方向是向下的,故C正確;在0.2~0.4s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的加速度一直減小,故D錯(cuò)誤.
答案:BC
答案:B
答案:BC
考點(diǎn)三
垂直細(xì)線方向重心
答案:AD
例6(多選)圖甲是用力傳感器對(duì)單擺做小角度擺動(dòng)過(guò)程進(jìn)行測(cè)量的裝置圖,圖乙是與力傳感器連接的計(jì)算機(jī)屏幕所顯示的F-t圖像,其中F的最大值Fmax=1.02N,已知擺球質(zhì)量m=100g,重力加速度取9.8m/s2,π2取9.8,不計(jì)擺線質(zhì)量及空氣阻力.下列說(shuō)法正確的是(
)A.單擺周期為0.8sB.單擺擺長(zhǎng)為1.0mC.F的最小值Fmin=0.96ND.若僅將擺球質(zhì)量變?yōu)?00g,單擺周期不變答案:CD
考點(diǎn)四考點(diǎn)四受迫振動(dòng)和共振【必備知識(shí)·自主落實(shí)】1.受迫振動(dòng)(1)概念:系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng).周期性外力(2)振動(dòng)特征:物體做受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后,物體振動(dòng)的頻率等于________的頻率,與物體的固有頻率________.驅(qū)動(dòng)力無(wú)關(guān)2.共振(1)概念:當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于________時(shí),物體做受迫振動(dòng)的振幅最大的現(xiàn)象.(2)共振的條件:驅(qū)動(dòng)力的頻率等于_________.(3)共振的特征:共振時(shí)______最大.(4)共振曲線:如圖所示.f=f0時(shí),A=________,f與f0差別越大,物體做受迫振動(dòng)的振幅________.固有頻率固有頻率振幅Am越小【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】4.[2024·天津河西區(qū)質(zhì)量調(diào)查]如圖甲所示,一個(gè)有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的豎直圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),固定在圓盤(pán)上的小圓柱帶動(dòng)一個(gè)T形支架在豎直方向振動(dòng),T形支架的下面系著一個(gè)由彈簧和小球組成的振動(dòng)系統(tǒng).圓盤(pán)靜止時(shí),讓小球做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),其振動(dòng)圖像如圖乙所示.圓盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),小球做受迫振動(dòng),小球振動(dòng)穩(wěn)定時(shí),下列說(shuō)法正確的是(
)A.小球振動(dòng)的固有頻率是4HzB.小球做受迫振動(dòng)時(shí)周期一定是4sC.圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)周期在4s附近時(shí),小球振幅顯著增大D.圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)周期在4s附近時(shí),小球振幅顯著減小答案:C
5.(多選)同一地點(diǎn),甲、乙單擺在驅(qū)動(dòng)力作用下振動(dòng),其振幅A隨驅(qū)動(dòng)力頻率f變化的圖像如圖所示,下列說(shuō)法正確的是(
)A.若驅(qū)動(dòng)力的頻率為f0,乙單擺振動(dòng)的頻率大于f0B.若驅(qū)動(dòng)力的頻率為f0,乙單擺振動(dòng)的頻率等于f0C.若驅(qū)動(dòng)力的頻率為3f0,甲、乙單擺振動(dòng)的振幅相同D.若驅(qū)動(dòng)力的頻率為3f0,甲、乙單擺振動(dòng)的頻率均為3f0答案:BD解析:當(dāng)物體做受迫振動(dòng)時(shí),物體振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率,故A錯(cuò)誤,B、D正確;受迫振動(dòng)物體的固有頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率越接近,振幅越大,由圖可知,甲的固有頻率是f0,乙的固有頻率是2f0,若驅(qū)動(dòng)力的頻率為3f0,甲單擺振動(dòng)的振幅小于乙單擺振動(dòng)的振幅,故C錯(cuò)誤.故選BD.6.單擺M、N、O、P自由振動(dòng)時(shí),振動(dòng)圖像分別如圖甲、乙、丙、丁所示.現(xiàn)將單擺M、N、O、P懸掛在如圖所示支架的細(xì)線上,并保持各自的擺長(zhǎng)不變,使其中一個(gè)單擺振動(dòng),經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間,其他三個(gè)都可能振動(dòng)起來(lái).不計(jì)空氣阻力.下列判斷正確的是(
)A.若使M振動(dòng)起來(lái),P不會(huì)振動(dòng)B.若使M振動(dòng)起來(lái),穩(wěn)定時(shí)N振動(dòng)的周期仍小于2sC.若使P振動(dòng)起來(lái),穩(wěn)定時(shí)N比M的振幅大D.若使O振動(dòng)起來(lái),穩(wěn)定時(shí)M的振動(dòng)周期等于3s答案:D解析:若使M振動(dòng)起來(lái),其他小球也會(huì)振動(dòng),做受迫振動(dòng),A錯(cuò)誤;受迫振動(dòng)的周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期,B錯(cuò)誤;若使P振動(dòng)起來(lái),由于M的固有周期與驅(qū)動(dòng)力的周期相同,M發(fā)生共振,穩(wěn)定時(shí)M比N的振幅大,C錯(cuò)誤;O的周期為3s,使O振動(dòng)起來(lái),M做受迫振動(dòng),則穩(wěn)定時(shí)M的振動(dòng)周期為3s,D正確.故選D.思維提升簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振的比較振動(dòng)項(xiàng)目簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)受迫振動(dòng)共振受力
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