高考物理機械振動考點總結(jié).ppt

1、機 械 振 動 與 機 械 波 光,機 械 振 動 與 機 械 波 光,機 械 振 動 與 機 械 波 光,本章內(nèi)容試題信息容量大、綜合性強，一道題往往考查多個概念和規(guī)律，特別是通過波的圖象綜合考查理解能力、推理能力和空間想象能力圍繞波的干涉、衍射現(xiàn)象等內(nèi)容，以新的背景出題的可能性也在不斷的增大 復(fù)習(xí)本章時應(yīng)把握以下知識重點： 1對于簡諧運動及其振動圖象，理解振動過程中回復(fù)力、 位移、速度、加速度、動能、勢能等物理量的變化規(guī)律,2振動與波的圖象問題復(fù)習(xí)時要真正搞懂振動與波的關(guān) 系及兩個圖象的物理意義，還要注意其空間和時間上的 周期性 3幾何光學(xué)中，重點理解光的折射、全反射和臨界角，并 應(yīng)注重與

2、實際應(yīng)用的聯(lián)系在分析時，能否正確作出光 路圖常是解題的關(guān)鍵 4對光的本性，試題較簡單為此必須切實掌握其中的基 本概念、規(guī)律，不能忽略任何一個知識點.,一、簡諧運動 1簡諧運動：質(zhì)點的位移與時間的關(guān)系遵從 函數(shù)規(guī) 律，即其振動圖象是一條 2表達式：xAsin(t),3簡諧運動的兩種模型,正弦,正弦曲線,摩擦力,質(zhì)量,質(zhì)量,很小,1對于確定的彈簧振子，其振動周期T與頻率f也就確定了， 即T與f只由振動系統(tǒng)本身的條件決定 2單擺的振動周期(T)與擺球質(zhì)量、振幅都無關(guān)，稱為單擺 的等時性,二、簡諧運動的描述 1描述簡諧運動的物理量 (1)位移：方向為從平衡位置指向 ，大小為 到該位置的距離其最大值為振

3、幅 (2)速度：描述振子在振動過程中經(jīng)過某一位置或在某一時刻 運動的快慢在所建立的坐標軸上，速度的正負號表示振 子運動方向與坐標軸的正方向相同或相反,振子所在的位置,平衡位置,(3)加速度：根據(jù)牛頓第二定律，做簡諧運動的物體的加速 度a 由此可知，加速度的大小跟 大小成正 比，其方向與位移方向總是 (4)回復(fù)力 定義：使物體返回到 的力 方向：時刻指向 來源：振動物體所受的沿振動方向的合力,位移,相反,平衡位置,平衡位置,(5)振幅、周期(頻率)、相位 振幅：反映振動質(zhì)點 的物理量，它是標量 周期和頻率：描述 的物理量，其大小由振動 系統(tǒng)本身來決定，與 無關(guān)也叫做固有周期和固有 頻率 相位：用

4、來描述周期性運動在各個時刻所處的不同狀 態(tài)的物理量，其單位為弧度,振動強弱,振動快慢,振幅,1振動物體經(jīng)過同一位置時，其位移大小、方向是一定的， 而速度方向卻有指向或背離平衡位置兩種可能 2振動物體經(jīng)過平衡位置時，速度最大且方向不變，振動 加速度為零但方向改變 3振動物體在平衡位置時，回復(fù)力為零，但所受合外力不 一定為零(如單擺),2描述簡諧運動的圖象,時間,位移,時間,振子實際軌跡并非正弦曲線,三、受迫振動及共振 1阻尼振動 (1)定義：系統(tǒng)克服阻尼所做的振幅逐漸減小的振動 (2)功能關(guān)系：系統(tǒng)減少的機械能用來克服阻力做功,2受迫振動 (1)概念：系統(tǒng)在 的外力(驅(qū)動力)作用下的振動 (2)

5、振動特征：受迫振動的頻率等于 的頻率，與系統(tǒng)的 無關(guān),驅(qū)動力,固有頻率,周期性,3共振 (1)概念：驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的 時，受迫振動 的振幅最大的現(xiàn)象 (2)共振條件：驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的 (3)特征：共振時 最大 (4)共振曲線：如圖1111所示,圖1111,固有頻率,固有頻率,振幅,1.受力特征：簡諧運動的回復(fù)力滿足Fkx，位移x與回復(fù)力 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運動特征：當(dāng)物體靠近平衡位置時，a、F、x都減小，v增 大；當(dāng)物體遠離平衡位置時，a、F、x都增大，v減小 3能量特征：對單擺和彈簧振子來說，振幅越大，能量越 大在運動過程中，動能

6、和勢能相互轉(zhuǎn)化，機械能守恒,4周期性特征：物體做簡諧運動時，其位移、回復(fù)力、加 速度、速度、動量等矢量都隨時間做周期性變化，它們的 變化周期就是簡諧運動的周期(T)；物體的動能和勢能也 隨時間做周期性變化，其變化周期為,5對稱性特征 (1)如圖1212所示，振子經(jīng)過關(guān)于平衡位置O對稱(OP OP)的兩點P、P時，速度的大小、動能、勢能相 等，相對于平衡位置的位移大小相等,圖1112,(2)振子由P到O所用時間等于由O到P所用時間，即 tPOtOP. (3)振子往復(fù)過程中通過同一段路程(如OP段)所用時間 相等，即tOPtPO.,由于簡諧運動具有周期性和對稱性，因此，涉及簡諧運動時，往往出現(xiàn)多解

7、分析問題時應(yīng)特別注意物體在某一位置時的速度的大小和方向、位移的大小和方向,1(2009天津高考)某質(zhì)點做簡諧運動，其位移隨時間 變化的關(guān)系式為x Asin t，則質(zhì)點 () A第1 s末與第3 s末的位移相同 B第1 s末與第3 s末的速度相同 C. 3 s末至5 s末的位移方向都相同 D3 s末至5 s末的速度方向都相同,解析：由xAsin t知，周期T8 s第1 s、第3 s、第5 s間分別相差2 s，就是 個周期根據(jù)簡諧運動圖象中的對稱性可知A、D項正確,答案：AD,1.對稱法 (1)遠離平衡位置的過程：由Fkxma可知，x增大，F(xiàn)增 大，a增大，但a與v反向，故v減小，動能減小 (2)

8、靠近平衡位置的過程：由Fkxma可知，x減小，F(xiàn)減 小，a減小，但a與v同向，故v增大，動能增大 (3)經(jīng)過同一位置時，位移、回復(fù)力、加速度、速率、動能一 定相同，但速度、動量不一定相同，方向可能相反,2圖象法 (1)確定振動物體在任一時刻的位移如圖1113所示，對 應(yīng)t1、t2時刻的位移分別為x17 cm，x25 cm. 圖1113,(2)確定振動的振幅圖象中最大位移的值就是振幅，如圖 1113所示，振動的振幅是10 cm. (3)確定振動的周期和頻率振動圖象上一個完整的正弦(余 弦)圖形在時間軸上拉開的“長度”表示周期 由圖1113可知，OD、AE、BF的間隔都等于振動周期， T0.2 s

9、，頻率f1/T5 Hz.,(4)確定各質(zhì)點的振動方向例如圖1114中的t1時刻，質(zhì) 點正遠離平衡位置向正方向運動；在t3時刻，質(zhì)點正向著 平衡位置運動 (5)比較各時刻質(zhì)點加速度的大小和方向例如在圖1214 中t1時刻質(zhì)點位移x1為正，則加速度a1為負，t2時刻質(zhì)點位 移x2為負，則加速度a2為正，又因為|x1|x2|，所以 |a1|a2|.,2一彈簧振子做簡諧運動，周期為T，則 () A若t時刻和(tt)時刻振子運動的位移大小相等、 方向相同，則t一定等于T的整數(shù)倍 B若t時刻和(tt)時刻振子運動的速度大小相等、 方向相反，則t一定等于T/2的整數(shù)倍 C若tT，則在t時刻和(tt)時刻振子

10、運動的 加速度一定相等 D若tT/2，則在t時刻和(tt)時刻彈簧的長 度一定相等,解析：此題若用圖象來解決將更直觀、方便設(shè)彈簧振子的 振動圖象如圖所示,B、C兩點的位移大小相等、方向相同，但B、C兩點的時間間隔tnT(n1,2,3)，A錯誤；B、C兩點的速度大小相等、方向相反，但tnT/2(n1,2,3)，B錯誤；因為A、D兩點的時間間隔tT，A、D兩點的位移大小和方向均相等，所以A、D兩點的加速度一定相等，C正確；A、C兩點的時間間隔tT/2，A點與C點位移大小相等、方向相反，在A點彈簧是伸長的，在C點彈簧是壓縮的，所以在A、C兩點彈簧的形變量大小相同，而彈簧的長度不相等，D錯誤,答案：C

11、,如圖1114所示，在水平地面上有一段光滑圓弧形槽，弧的半徑是R，所對圓心角小于10，現(xiàn)在圓弧的右側(cè)邊緣M處放一個小球A，使其由靜止開始下滑，則： (1)球A由M至O的過程中所需時間t為多少？在此過程中能量如何轉(zhuǎn)化(定性說明)?,圖1114,(2)若在MN圓弧上存在兩點P、Q，且P、Q關(guān)于O點對稱，且已測得球A由P直達Q所需時間為t，則球A由Q至N的最短時間為多少？ (3)若在圓弧的最低點O的正上方h處由靜止釋放小球B，讓其自由下落，同時球A從圓弧右側(cè)邊緣M處由靜止釋放，欲使A、B兩球在圓弧最低點O處相遇，則球B下落的高度h是多少？,思路點撥小球在所對應(yīng)的圓心角小于10的圓弧上運動可 看做為擺

12、長為R的單擺的運動,解析(1)由單擺周期公式T2 知，球A的運動周 期T2 ，所以 在由MO的過程中球A的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 (2)由對稱性可知 代入數(shù)據(jù)解得球A由Q至N的最短時間為 tQN,(3)欲使球A、B相遇，則兩球運動時間相同，且必須同時到達O點，球A能到O點的時間可以是 T，也可以是 故由簡諧運動的周期性可知，兩球相遇所經(jīng)歷的時間可以是( n)T或( n)T(n0,1,2,3) 所以球A運動的時間必為 T的奇數(shù)倍， 即t 所以 R(n0,1,2,3),答案 重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 (2) (3) R(n0,1,2,3),(1)簡諧運動具有對稱性，關(guān)于平衡位置O對稱.在從平衡位置 運動到對

13、稱點對應(yīng)的運動時間一定相等. (2)簡諧運動具有周期性，每周期振子經(jīng)過平衡位置兩次.,(12分) (2010溫州模擬)如圖1115所示為一彈簧振子的振動圖象，試完成以下問題：,圖1115,(1)寫出該振子簡諧運動的表達式 (2)在第2 s末到第3 s末這段時間內(nèi)，彈簧振子的加速度、速度、動能和彈性勢能各是怎樣變化的？ (3)該振子在前100 s的總位移是多少？路程是多少？,思路點撥解答本題時應(yīng)注意以下兩點： (1)彈簧振子的加速度、速度、動能和彈性勢能的變化與振子 位移變化的關(guān)系 (2)位移和路程的區(qū)別及路程與振子振幅的大小關(guān)系,解題樣板(1)由振動圖象可得： A5 cm，T4 s，0 則 故

14、該振子簡諧運動的表達式為x5sin (4分),(2)由圖1215可知，在t2 s時，振子恰好通過平衡位置，此時加速度為零，隨著時間的延續(xù)，位移值不斷增大，加速度的值也變大，速度值不斷變小，動能不斷減小，彈性勢能逐漸增大當(dāng)t3 s時，加速度的值達到最大，速度等于零，動能等于零，彈性勢能達到最大值(4分),(3)振子經(jīng)一周期位移為零，路程為54 cm20 cm，前100 s剛好經(jīng)過了25個周期，所以前100 s振子位移x0，振子路程s2025 cm500 cm5 m. (4分),答案見解題樣板,(1)彈簧振子的位移、加速度、彈性勢能的大小變化規(guī)律相 同，而位移與速度、動能的大小變化規(guī)律相反 (2)

15、振子在每周期內(nèi)的路程一定為4A，半周期內(nèi)的路程為 2A，但 內(nèi)的路程不一定為A.,1一彈簧振子在振動過程中的某段時間內(nèi)，其加速度數(shù)值越 來越大，則在這段時間內(nèi) () A振子的速度越來越大 B振子正在向平衡位置運動 C振子的速度方向與加速度方向一致 D以上說法都不正確,解析：因加速度數(shù)值在增大，由牛頓第二定律Fma可知，其回復(fù)力F在增大，又Fkx，故位移x在增大，即振子在遠離平衡位置，故B不對；加速度指向平衡位置，而速度背離平衡位置，故加速度和速度方向相反，C不對；振子遠離平衡位置，a與v方向相反，故做減速運動，速度越來越小，A不對，所以本題正確答案為D.,答案：D,2(2009寧夏高考)某振動

16、系統(tǒng)的固有頻率為f0，在周期性驅(qū) 動力的作用下做受迫振動，驅(qū)動力的頻率為f.若驅(qū)動力的 振幅保持不變，下列說法正確的是 () A當(dāng)ff0時，該振動系統(tǒng)的振幅隨f增大而減小 B當(dāng)ff0時，該振動系統(tǒng)的振幅隨f減小而增大 C該振動系統(tǒng)的振動穩(wěn)定后，振動的頻率等于f0 D. 該振動系統(tǒng)的振動穩(wěn)定后，振動的頻率等于f,解析：受迫振動的振幅A隨驅(qū)動力的頻率變化而變化，驅(qū)動力的頻率越接近固有頻率，受迫振動的振幅越大，A錯，B對穩(wěn)定時受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，即C錯，D對,答案：BD,3(2009上海高考)做簡諧振動的單擺擺長不變，若擺球質(zhì)量 增加為原來的4倍，擺球經(jīng)過平衡位置時速度減小為原來的 1/

17、2，則單擺振動的 () A頻率、振幅都不變B頻率、振幅都改變 C頻率不變，振幅改變 D頻率改變，振幅不變,解析：由單擺周期公式T2 知，周期只與l、g有關(guān)，與m和v無關(guān)，周期不變頻率不變質(zhì)量改變前，設(shè)單擺最低點與最高點高度差為h，最低點速度為v，有mgh mv2，改變后4mgh 可知hh，振幅改變，故選C.,答案：C,4如圖1116所示，彈簧下端掛一質(zhì)量為m的物體，物體 在豎直方向上做振幅為A的簡諧運動，當(dāng)物體振動到最高 點時，彈簧正好為原長，則物體在振動過程中 () A物體在最低點時所受的彈力大小應(yīng)為2mg B彈簧的彈性勢能和物體動能總和不變 C彈簧的最大彈性勢能等于2mgA D 物體的最大

18、動能應(yīng)等于mgA,圖1116,解析：由于物體振動到最高點時，彈簧正好為原長，故該點處物體的加速度大小為g，方向豎直向下，根據(jù)振動的對稱性，物體在最低點時的加速度大小也為g，方向豎直向上，由牛頓第二定律Fmgma，而ag，得物體在最低點時所受的彈力大小應(yīng)為2mg，A選項正確；在振動過程中彈簧的彈性勢能、物體的動能及物體的重力勢能總和不變，B選項錯誤；從最高點運動到最低點時，由機械能守恒得重力勢能的減少等于彈簧彈性勢能的增加，故彈簧的最大彈性勢能等于2mgA，C選項正確；物體在平衡位置時具有最大動能，從最高點到平衡位置的過程，由動能定理得EkmmgAW彈簧，故D選項錯誤,答案：AC,5在心電圖儀、

19、地震儀等儀器工作過程中，要進行振動記 錄，如圖1117甲所示是一個常用的記錄方法，在彈簧 振子的小球上安裝一支記錄用筆P，在下面放一條白紙 帶當(dāng)小球振動時，勻速拉動紙帶(紙帶速度方向與振子振 動方向垂直)，筆就在紙帶上畫出一條曲線，如圖乙所示,圖1117,(1)若勻速拉動紙帶的速度為1 m/s，則由圖中數(shù)據(jù)可算出振 子的運動周期為多少？ (2)畫出P的振動圖象,解析：(1)由圖乙可知，當(dāng)紙帶勻速前進20 cm時，彈簧振子恰好完成一次全振動 由v 可得t 所以T0.2 s. (2)由圖乙可以看出P的振幅為2 cm， 振動圖象如下圖所示,答案：(1)0.2 s(2)見解析圖,一、實驗?zāi)康?1探究單

20、擺周期與擺長的關(guān)系 2能正確熟練地使用秒表 二、實驗原理 測量擺長和擺的周期，得到一組數(shù)據(jù)；改變擺長，再得到幾組數(shù)據(jù)從中可以找出周期與擺長的關(guān)系 三、實驗器材 帶孔小鋼球一個、細絲線一條(長約1 m)、毫米刻度尺一把、秒表、游標卡尺、帶鐵夾的鐵架臺,四、實驗步驟 1實驗步驟 (1)做單擺 取約1 m長的細絲線穿過帶孔的小鋼球，并打一個比小孔大 一些的結(jié)，然后把線的另一端用鐵夾固定在鐵架臺上，并 把鐵架臺放在實驗桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，讓擺球自 然下垂 (2)測擺長 用米尺量出擺線長l(精確到毫米)，用游標卡尺測出小球直 徑D(也精確到毫米)，則單擺的擺長ll,(3)測周期 將單擺從平衡位置拉

21、開一個角度(小于10)，然后釋放小 球，記下單擺做30次50次全振動的總時間，算出平均每一 次全振動的時間，即為單擺的振動周期反復(fù)測量三次，再 算出測得周期數(shù)值的平均值 (4)改變擺長，重做幾次實驗,2數(shù)據(jù)處理 (1)先通過數(shù)據(jù)分析，對周期T與擺長l的定量關(guān)系做出猜測， 例如可能是Tl、Tl2，或者 (2)建立直角坐標系，用縱坐標表示周期T，橫坐標表示l(或 l2、 等)，作出圖象如果這樣作出的圖象確實是一 條直線，說明Tl(或Tl2、T 等),五、注意事項 1選擇材料時應(yīng)選擇細、輕又不易伸長的線，長度一般在1 m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2 cm. 2單擺懸線

22、的上端不可隨意卷在鐵夾的桿上，應(yīng)夾緊在鐵 夾中，以免擺動時發(fā)生擺線下滑、擺長改變的現(xiàn)象 3注意擺動時控制擺線偏離豎直方向不超過10.可通過估 算振幅的辦法掌握,4擺球振動時，要使之保持在同一個豎直平面內(nèi)，不要形 成圓錐擺 5計算單擺的振動次數(shù)時，應(yīng)從擺球通過最低位置時開始 計時，為便于計時，可在擺球平衡位置的正下方作一標 記以后擺球每次從同一方向通過最低位置時進行計數(shù)， 且在數(shù)“零”的同時按下秒表，開始計時計數(shù),六、誤差分析 1系統(tǒng)誤差 主要來源于單擺模型本身是否符合要求即：懸點是否固定，擺球是否可看做質(zhì)點，球、線是否符合要求，擺動是圓錐擺還是在同一豎直平面內(nèi)振動以及測量哪段長度作為擺長等只要注意了上面這些問題，就可以使系統(tǒng)誤差減小到遠小于偶然誤差而達到忽略不計的程度,2偶然誤差 主要來自時間(即單擺周期)的測量上因此，要注意測準時間(周期)要從擺球通過平衡位置開始計時，并采用倒計時計數(shù)的方法，即4,3,2,1,0,1,2，在數(shù)“零”的同時按下秒表開始計時不能多計或漏計振動次數(shù)為了減小偶然誤差，應(yīng)進行多次測量后取平均值,在“探究單擺周期與擺長的關(guān)系”的實驗中， 有人提出以下幾點建議，其中能夠提高測量結(jié)果精確度的是 () A適當(dāng)加長擺線 B質(zhì)量相同、體積不同的擺球，應(yīng)選用體積較大的 C單擺偏離平衡位置的角度不能太大 D當(dāng)單擺經(jīng)過