高考物理一轮复习11机械振动课件高三全册物理课件

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答案:ACD
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练 1 (多选)振动的单摆当摆球通过平衡位置时,关于摆球 受到的回复力、合力及加速度的说法中正确的是( )
A.回复力为零 B.合力不为零,方向指向悬点 C.合力不为零,方向沿轨迹的切线 D.回复力为零,合力也为零 E.加速度不为零,方向指向悬点
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答案:(1)在 0~1 s,2~3 s 内位移方向跟它的瞬时速度方向 相同 在 1~2 s,3~4 s 内位移方向跟它的瞬时速度方向相反
(2)0 (3) 20 cm
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透析考点·多维突破 考点一 简谐运动的规律
1.动力学特征:F=-kx,“-”表示回复力的方向与位移方向 相反,k 是比例系数,不一定是弹簧的劲度系数.
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(4)简谐运动的特征 ①动力学特征:F 回=_-__k_x____ ②运动学特征:x、v、a 均按正弦或余弦规律发生周期性变 化(注意 v、a 的变化趋势相反). ③能量特征:系统的机械能守恒、振幅 A 不变.
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2.描述简谐运动的物理量
物理量
定义
意义
位移
由_平__衡__位__置_指向质点 描述质点振动中某时刻的位置 所__在__位__置__的有向线段 相对于平__衡__位__置__的位移
向点 B 运动,设点 M′与点 M 关于点 O 对称,则振子从点 M′经过点 B 到点 M′所
用的时间与振子从点 M 经过点 C 到点 M 所需时间相等,即 0.2 s.振子从点 O 到点 M′、
从点 M′到点 O 及从点
O 到点
M
所需时间相等,为0.3
s-0.2 3Leabharlann s=310s,故周期为 T
=0.5 s+310 s≈0.53 s,所以周期不可能为选项 B、D、E.
A.位移的方向是由振子所在处指向平衡位置 B.加速度的方向总是由振子所在处指向平衡位置 C.经过半个周期振子经过的路程一定是振幅的 2 倍 D.若两时刻相差半个周期,弹簧在这两个时刻的形变量一 定相等 E.经过半个周期,弹簧振子完成一次全振动
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解析:位移的方向始终是由平衡位置指向振子所在处,选项 A 错误;加速度的方向始终是由振子所在处指向平衡位置,选项 B 正确;经过半个周期,振子经过的路程是振幅的 2 倍,若两时 刻相差半个周期,两时刻弹簧的形变量一定相等,选项 C、D 正 确;经过一个周期,弹簧振子完成一次全振动,选项 E 错误.
第1讲 机械振动
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教材回扣·夯实基础 知识点一 简谐运动 1.简谐运动 (1)定义:如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小 成正比,并且总是指向平__衡__位__置__,质点的运动就是简谐运动. (2)平衡位置:物体在振动过程中_回__复__力___为零的位置. (3)回复力 ①定义:使物体返回到平__衡___位__置_的力. ②方向:总是指向_平__衡__位__置_. ③来源:属于__效__果____力,可以是某一个力,也可以是几个 力的__合__力____或某个力的__分__力 ____.
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5.对称性特征
(1)如图所示,振子经过关于平衡位置 O 对称的两点 P、P′ 时( OP=OP′),速度的大小、动能、势能相等,相对于平衡位 置的位移大小相等.
(2)振子由 P 到 O 所用时间等于由 O 到 P′所用时间,即 tPO =tOP′.
(3)振子往复过程中通过同一段路程(如 OP 段)所用时间相 等,即 tOP=tPO.
A.此单摆的周期约为 0.5 s B.此单摆的摆长约为 1 m C.若摆长增加,共振曲线的峰将向左移动 D.若把该单摆从福建移到北京,要使其固有频率不变,应 增加摆长 E.列车过桥需要减速,是为了防止列车发生共振
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解析:单摆做受迫振动,振动频率与驱动力频率相等;当驱 动力频率等于固有频率时,发生共振,由题图知固有频率为 0.5 Hz,周期为 2 s,故 A 错误;由公式 T=2π Lg,可得 L≈1 m, 故 B 正确;若摆长增加,则固有频率减小,所以共振曲线的峰 将向左移动,C 正确;该单摆从福建移到北京、重力加速度变大, 要使其固有频率不变,需增加摆长,D 正确;列车过桥时需减速, 是为了使驱动力频率远小于桥的固有频率,防止桥发生共振,而 不是防止列车发生共振,E 错误.
2.运动学特征:当物体靠近平衡位置时,x、a 都减小,v 增大; 当物体远离平衡位置时,x、a 都增大,v 减小.
3.能量特征:对单摆和弹簧振子来说,振幅越大,能量越大.在 运动过程中,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变化,它们的变化周期就是简谐运动的 周期(T);物体的动能和势能也随时间做周期性变化,其变化周期为T2.
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2.(多选)如图所示,弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运 动,在弹簧振子向着平衡位置运动的过程中( )
A.弹簧振子所受的回复力逐渐减小 B.弹簧振子相对平衡位置的位移逐渐减小 C.弹簧振子的速度逐渐增大 D.弹簧振子的速度逐渐减小 E.弹簧振子的加速度逐渐增大
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解析:弹簧振子向着平衡位置运动的过程中,运动位移逐渐 减小,则回复力逐渐减小,选项 A、B 正确;回复力与位移成正 比,回复力逐渐减小,加速度也逐渐减小,但向着平衡位置运动 的过程中一直加速,所以速度不断增加,选项 C 正确,而选项 D、 E 错误.
答案:ABC
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3.[人教版选修 3-4·P17·T3 改编](多选)如图是两个单摆的振 动图象,以下说法正确的是( AD )
A.甲、乙两个摆的振幅之比为 2:1 B.甲、乙两个摆的频率之比为 1:2 C.甲、乙两个摆的摆长之比为 1:2 D.以向右的方向作为摆球偏离平衡位置的位移的正方向, 从 t=0 起,乙第一次到达右方最大位移时,甲振动到了平衡位 置,且向左运动
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4.[人教版选修 3-4·P21·T4 改编](多选)一单 摆在地面上做受迫振动,其共振曲线(振幅 A 与驱动力频率 f 的关系)如图所示,则下列说法 正确的是( )
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1 (多选)关于简谐运动的周期,以下说法正确的是( ) A.间隔一个周期的整数倍的两个时刻,物体的振动情况相 同 B.间隔半个周期的奇数倍的两个时刻,物体的速度和加速 度可能同时相同 C.半个周期内物体的动能变化一定为零 D.一个周期内物体的势能变化一定为零 E.经过一个周期质点通过的路程变为零
答案:BDE
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考点二 简谐运动的公式和图象的理解及应用 1.简谐运动的数学表达式 x=Asin(ωt+φ) 2.根据简谐运动图象可获取的信息
(1)确定振动的振幅 A 和周期 T.(如图所示) (2)可以确定振动物体在任一时刻的位移.
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(3)确定各时刻质点的振动方向.判断方法:振动方向可以 根据下一时刻位移的变化来判定.下一时刻位移若增加,质点的 振动方向是远离平衡位置;下一时刻位移如果减小,质点的振动 方向指向平衡位置.
答案:BCD
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练 3 [2019·鞍山模拟](多选)弹簧振子做简谐运动,O 为平 衡位置,当它经过点 O 时开始计时,经过 0.3 s,第一次到达点 M,再经过 0.2 s 第二次到达点 M,则弹簧振子的周期不可能为 ()
A.0.53 s B.1.4 s C.1.6 s D.2 s E.3 s
知识点四 受迫振动和共振 1.受迫振动 (1)概念:系统在_周__期__性___的外力(驱动力)作用下的振动. (2)振动特征:受迫振动的频率等于_驱__动__力___的频率,与系 统的_固__有__频__率_无关. 2.共振 (1)概念:驱动力的频率等于系统的_固__有__频__率_时,受迫振动 的振幅___最__大___的现象. (2)共振条件:驱动力的频率等于系统的_固__有__频__率_. (3)特征:共振时__振 ___幅___最大. (4)共振曲线:如图所示.
平衡 位置
弹簧处于__原__长____处
周期 与_振__幅_____无关
单摆 (1)摆线为不可伸缩的轻细线 (2)无空气阻力 (3)最大摆角__很__小____ 摆 球 __重__力____ 沿 圆 弧 切 线 方 向的分力
__最__低____点
__T_=__2_π____gl__
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2.图象
(1)从平衡位置开始计时,函数表达式为 x=_A_s_i_n__ω_t_,图象如图
甲所示.
(2)从最大位移处开始计时,函数表达式为 x=__A_c_o_s__ω_t,图象如
图乙所示.
(3)如图丙所示,从任意位置开始计时,函数表达式为 x=_A_s_i_n_(_ω_t_+. φ)
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解析:根据周期的定义可知,物体完成一次全振动,所有的 物理量都恢复到初始状态,故 A 项正确.当间隔半周期的奇数 倍时,所有的矢量都变得大小相等,方向相反,且物体的速度和 加速度不同时为零,故 B 项错误,C、D 两项正确.经过一个周 期,质点通过的路程为 4A,E 项错误.
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解析:如图甲所示,设 O 为平衡位置,OB(OC)代表振幅,振子从 O→C 所需时
间为T4.因为简谐运动具有对称性,所以振子从 M→C 所用时间和从 C→M 所用时间相
等,故T4=0.3 s+0.22 s=0.4 s,解得 T=1.6 s;如图乙所示,若振子一开始从平衡位置
答案:BCD
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5.[人教版选修 3-4·P5·T3]如下图所示,在 t=0 到 t=4 s 的 范围内回答以下问题.
(1)质点相对平衡位置的位移的方向在哪些时间内跟它的瞬 时速度的方向相同?在哪些时间内跟瞬时速度的方向相反?
(2)质点在第 2 s 末的位移是多少? (3)质点在前 2 s 内走过的路程是多少?
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[夯实双基]
1.思考辨析 (1)简谐运动平衡位置就是质点所受合力为零的位置.( × ) (2)振幅等于振子运动轨迹的长度.( × ) (3)简谐运动的回复力肯定不是恒力.( √ ) (4) 弹 簧 振 子 每 次 经 过 平 衡 位 置 时 , 位 移 为 零 、 动 能 为 零.( × ) (5)单摆无论摆角多大都是简谐运动.( × ) (6)物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率无关. ( √ ) (7)简谐运动的图象描述的是振动质点的轨迹.( × )
(4)根据简谐运动的图象可以知道质点在任意时刻离开平衡位置
的___位__移___.
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知识点三 单摆、周期公式 简谐运动的两种模型的比较:
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模型
弹簧振子
简谐运 动条件
(1)弹簧质量可忽略 (2)无摩擦等_阻__力_____ (3)在弹簧弹性限度内
回复力 弹簧的_弹__力_____提供
解析:单摆的回复力不是它的合力,而是重力沿圆弧切线方 向的分力;当摆球运动到平衡位置时,回复力为零,但合力不为 零,因为小球还有向心力和向心加速度,方向指向悬点(即指向 圆心).
答案:ABE
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练 2 [2019·南昌模拟](多选)关于水平放置的弹簧振子所做 的简谐运动,下列说法正确的是( )
振幅
振动物体离开平衡位 置的_最__大__距__离_
描述振动的__强__弱____和能量
周期
振动物体完成一次 _全__振__动___所需时间 描述振动的_快__慢_____,两者互为
频率
振动物体_单__位__时__间_内 倒数:T=___1_____
完成全振动的次数
f
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知识点二 简谐运动的公式和图象 1.表达式 (1)动力学表达式:F=-kx,其中“-”号表示回复力与位 移的方向__相__反____. (2)运动学表达式:x=Asin(ωt+φ),其中 A 代表振幅,ω=2πf 表示简谐运动的__快__慢____,(ωt+φ)代表简谐运动的相位,φ 叫做 ___初__相___.
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