2020版高考物理人教版(山东专用)一轮复习课件:选修3-4 第1节 机械振动 .ppt
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1、选修3-4 第1节 机械振动,基础过关,考点研析,基础知识,一、简谐运动 1.概念:如果质点的位移与时间的关系遵从 函数的规律,即它的振动图像是一条 曲线,这样的振动叫做简谐运动. 2.描述简谐运动的物理量 (1)位移x:由 指向振动质点所在位置的有向线段,是 量.,基础过关 紧扣教材自主落实,正弦,正弦,平衡位置,矢,(2)振幅A:振动物体离开平衡位置的 ,是标量,表示振动的强弱. (3)周期T和频率f:做简谐运动的物体完成 所需的时间叫周期;而频率则等于单位时间内完成 .它们均是表示振动快慢的物理量,二者互为倒数.,最大距离,一次全振动,全振动的次数,3.简谐运动的表达式 (1)动力学表达
2、式:F=-kx,F指回复力,回复力大小总是与它偏离平衡位置的位移大小成 ,并且总是指向 .,正比,平衡位置,4.简谐运动的图像 (1)简谐运动的图像:是一条正弦曲线,表示做简谐运动的质点 随时间变化的规律. (2)图像的应用:医院里的 、地震仪中绘制地震曲线的装置.,位移,心电图,二、简谐运动的回复力和能量 1.回复力,2.简谐运动的动力学特征 如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成 ,并且总是指向 ,质点的运动就是简谐运动.,平衡位置,平衡位置,-kx,正比,平衡位置,3.振动系统(弹簧振子)的状态与能量的对应关系 弹簧振子运动的过程就是 和 互相转化的过程. (1)在最大位移处, 最
3、大, 为零. (2)在平衡位置处, 最大, 最小. 4.简谐运动的能量特点 在简谐运动中,振动系统的机械能 ,而在实际运动中都有一定的能量损耗,因此简谐运动是一种 的模型. 三、单摆 1.定义:用细线悬挂一小球,上端固定,如果悬挂小球的细线的形变和质量可以忽略,线长又比球的直径大得多,这样的装置叫单摆.单摆是实际摆的 化模型.,动能,势能,势能,动能,动能,势能,守恒,理想化,理想,2.单摆的回复力:回复力为球重力沿 方向的分力,单摆做简谐运动的条件是最大摆角 5.,小于,惠更斯,振幅,切线,四、受迫振动与共振 1.受迫振动:振动系统在周期性 作用下的振动. 2.受迫振动的特点:受迫振动稳定时
4、,系统的振动频率 驱动力的频率,跟振动系统的固有频率无关. 3.共振:做受迫振动的物体,它的固有频率与驱动力的频率越接近,其振幅就越大,当二者 时,振幅达到最大,这就是共振现象.,驱动力,等于,相等,(1)简谐运动的平衡位置就是质点所受合力为零的位置.( ) (2)做简谐运动的质点先后通过同一点,回复力、速度、加速度、位移都是相同的.( ) (3)做简谐运动的质点,速度增大时,其加速度一定减小.( ) (4)简谐运动的回复力肯定不是恒力.( ) (5)弹簧振子每次经过平衡位置时,位移为零,动能为零.( ) (6)物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率无关.( ),过关巧练,1.思考判断,2.(
5、多选)单摆是为研究振动而抽象出的理想化模型,其理想化条件是( ) A.摆线质量不计 B.摆线长度不可伸缩 C.摆球的直径比摆线长度短得多 D.只要是单摆的运动就是一种简谐运动,ABC,解析:单摆由摆线和摆球组成,摆线只计长度不计质量,摆球只计质量不计大小,且摆线不可伸缩.但把单摆作为简谐运动来处理是有条件的,只有在摆角很小(5)的情况下才能视单摆运动为简谐运动.故A,B,C正确.,3.如图所示,弹簧振子在B,C间振动,O为平衡位置,BO=OC=5 cm,若振子从B到C的运动时间是1 s,则下列说法中正确的是( ) A.振子从B经O到C完成一次全振动 B.振动周期是1 s,振幅是10 cm C.
6、经过两次全振动,振子通过的路程是20 cm D.从B开始经过3 s,振子通过的路程是30 cm,D,解析:振子从BOC仅完成了半次全振动,所以周期 T=21 s=2 s,振幅A=BO =5 cm.振子在一次全振动中通过的路程为4A=20 cm,所以两次全振动中通过的路程为40 cm,3 s的时间为1.5T,所以振子通过的路程为30 cm.,考点一 简谐运动的规律,考点研析 核心探究重难突破,1.受力特征 简谐运动的回复力满足F=-kx,位移x与回复力的方向相反.由牛顿第二定律知,加速度a与位移的大小成正比,方向相反. 2.运动特征 (1)当v,a同向(即v,F同向,也就是v,x反向)时,v一定
7、增大. (2)当v,a反向(即v,F反向,也就是v,x同向)时,v一定减小. (3)当物体靠近平衡位置时,a,F,x都减小,v增大. (4)当物体远离平衡位置时,a,F,x都增大,v减小.,3.能量特征 对弹簧振子和单摆来说,振幅越大,能量越大,在振动过程中,动能和势能相互转化,机械能守恒. 4.周期性特征 物体做简谐运动时,其位移、回复力、加速度、速度等矢量都随时间做周期性的变化,它们的周期就是简谐运动的周期T. 5.对称性特征 (1)速率的对称性:物体在关于平衡位置对称的两位置具有相等的速率. (2)时间的对称性:物体通过关于平衡位置对称的两段位移的时间相等.在振动过程中,物体通过任意两点
8、A,B的时间与逆向通过这两点的时间相等. (3)加速度的对称性:物体在关于平衡位置对称的两位置具有等大、反向的加速度.,【典例1】 (多选)一弹簧振子做简谐运动,它所受的回复力F随时间t变化的图像为正弦曲线,如图所示,下列说法正确的是( ) A.在t从0到2 s时间内,弹簧振子做减速运动 B.在t1=3 s和t2=5 s时,弹簧振子的速度大小相等,方向相反 C.在t2=5 s和t3=7 s时,弹簧振子的位移大小相等,方向相同 D.在t从0到4 s时间内,t=2 s时刻弹簧振子所受回复力做功的功率最大,AC,解析:在t从0到2 s时间内,弹簧振子所受的回复力增大,说明位移在增大,振子做减速运动,
9、选项A正确;从题图中可以看出,在t1=3 s和t2=5 s时,振子所受的回复力大小相等,振子的速度大小相等,速度方向相同,选项B错误;从题图中可以看出,在t2=5 s和t3=7 s时,回复力大小相等,方向相同,则有弹簧振子的位移大小相等,方向相同,选项C正确;从题图中可以看出,t=2 s时刻弹簧振子所受的回复力最大,振子的速度为零,则回复力做功的功率为零,选项D错误.,【针对训练】 (多选)如图是一弹簧振子,O为平衡位置,则振子从aO运动的过程中,下列说法正确的是( ) A.位移不断减小 B.速度不断减小 C.加速度不断减小 D.弹簧的弹性势能不断增大,AC,解析:振子从aO运动的过程是靠近平
10、衡位置,故位移减小,速度增大,加速度减小,弹性势能减小;故B,D错误,A,C正确.,考点二 简谐运动的公式与图像,1.图像特征 (1)简谐运动的图像是一条正弦或余弦曲线,是正弦曲线还是余弦曲线取决于质点初始时刻的位置. (2)图像反映的是位移随时间的变化规律,随时间的增加而延伸,图像不代表质点运动的轨迹.,(3)任一时刻在图线上对应点的切线的斜率,大小表示该时刻振子的速度大小,正负表示速度的方向,为正时,表示振子的速度沿x轴正方向;为负时,表示振子的速度沿x轴负方向. 2.振动图像提供的信息 (1)由图像可以看出质点振动的振幅、周期. (2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移. (3)可以确
11、定各时刻质点的振动方向. (4)可以确定某时刻质点的回复力、加速度和速度的方向. (5)比较不同时刻质点的速度、加速度的大小. 3.振动图像的物理意义 图像描述的是振子相对平衡位置的位移随时间变化的情况,不是物体的运动轨迹.,【典例2】 (多选)简谐运动的振动图像可用下述方法画出:如图(甲)所示,在弹簧振子的小球上安装一支绘图笔P,让一条纸带在与小球振动方向垂直的方向上匀速运动,笔P在纸带上画出的就是小球的振动图像.取水平向右为小球离开平衡位置位移的正方向,纸带运动的距离代表时间,得到的弹簧振子振动图像如图(乙)所示.则下列说法正确的是( ),ABD,A.弹簧振子的周期为4 s B.弹簧振子的
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