高三第一轮复习《机械振动和机械波》

高三第一轮复习《机械振动和机械波》一、机械振动： （一）夯实基础：1、简谐运动、振幅、周期和频率：（1）简谐运动：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动。

特征是：F=-kx,a=-kx/m （2）简谐运动的规律：①在平衡位置：速度最大、动能最大、动量最大；位移最小、回复力最小、加速度最小。

②在离开平衡位置最远时：速度最小、动能最小、动量最小；位移最大、回复力最大、加速度最大。

③振动中的位移x 都是以平衡位置为起点的，方向从平衡位置指向末位置，大小为这两位置间的直线距离。

加速度与回复力、位移的变化一致,在两个“端点”最大，在平衡位置为零，方向总是指向平衡位置。

④当质点向远离平衡位置的方向运动时，质点的速度减小、动量减小、动能减小，但位移增大、回复力增大、加速度增大、势能增大，质点做加速度增大减速运动；当质点向平衡位置靠近时，质点的速度增大、动量增大、动能增大，但位移减小、回复力减小、加速度减小、势能减小，质点做加速度减小的加速运动。

④弹簧振子周期：T= 2 (与振子质量有关,与振幅无关)（3）振幅A ：振动物体离开平衡位置的最大距离称为振幅。

它是描述振动强弱的物理量, 是标量。

（4）周期T 和频率f ：振动物体完成一次全振动所需的时间称为周期T,它是标量，单位是秒；单位时间内完成的全振动的次数称为频率，单位是赫兹（Hz ）。

周期和频率都是描述振动快慢的物理量，它们的关系是：T=1/f. 2、单摆：（1）单摆的概念：在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，线的伸缩和质量可忽略，线长远大于球的直径，这样的装置叫单摆。

（2）单摆的特点：○1单摆是实际摆的理想化，是一个理想模型; ○2单摆的等时性，在振幅很小的情况下，单摆的振动周期与振幅、摆球的质量等无关; ○3单摆的回复力由重力沿圆弧方向的分力提供，当最大摆角α<100时，单摆的振动是简谐运动，其振动周期T=gL π2。

（3）单摆的应用：○1计时器；○2测定重力加速度g=224TLπ. 3、受迫振动和共振： （1）受迫振动：物体在周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动，其振动频率和固有频率无关，等于驱动力的频率；受迫振动是等幅振动，振动物体因克服摩擦或其它阻力做功而消耗振动能量刚好由周期性的驱动力做功给予补充，维持其做等幅振动。

（2）共振：○1共振现象：在受迫振动中，驱动力的频率和物体的固有频率相等时，振幅最大，这种现象称为共振。

○2产生共振的条件：驱动力频率等于物体固有频率。

○3共振的应用：转速计、共振筛。

4、简谐运动图象：（1）特点：用演示实验证明简谐运动的图象是一条正弦（或余弦）曲线。

（2）简谐运动图象的应用：①可求出任一时刻振动质点的位移。

②可求振幅A ：位移的正负最大值。

③可求周期T ：两相邻的位移和速度完全相同的状态的时间间隔。

④可确定任一时刻加速度的方向。

⑤可求任一时刻速度的方向。

⑥可判断某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况。

πm K例1.两根质量均可不计的弹簧，劲度系数分别为K 1、K 2，它们与一个质量为m 的小球组成的弹簧振子，如图1所示。

试证明弹簧振子做的运动是简谐运动。

问题2.简谐运动中各物理量的变化：例2.弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动，在振子向平衡位置运动的过程中： A ．振子所受的回复力逐渐增大 B ．振子的位移逐渐增大 C ．振子的速度逐渐减小 D ．振子的加速度逐渐减小。

问题3.简谐运动的对称性： 例3.如图所示。

弹簧振子在振动过程中，振子经a 、b 两点的速度相同，若它从a到b 历时0.2s,从b 再回到a 的最短时间为0.4s,则该振子的振动频率为( ) A.1Hz; B.1.25Hz; C.2Hz; D.2.5Hz.例4.如图所示，一轻质弹簧竖直放置，下端固定在水平面上，上端处于a 位置，当一重球放在弹簧上端静止时，弹簧上端被压缩到b 位置。

现将重球（视为质点）从高于a 位置的c 位置沿弹簧中轴线自由下落，弹簧被重球压缩到最低位置d.以下关于重球运动过程的正确说法应是（ ） A 、重球下落压缩弹簧由a 至d 的过程中，重球做减速运动。

B 、重球下落至b 处获得最大速度。

C 、重球下落至d 处获得最大加速度。

D 、由a 至d 过程中重球克服弹簧弹力做的功等于小球由c 下落至d 处时重力势能减少量。

问题4.简谐运动的周期性：例5.有人利用安装在气球载人舱内的单摆来确定气球的高度。

已知该单摆在海平面处的周期是T 0。

当气球停在某一高度时，测得该单摆周期为T.求该气球此时离海平面的高度h 。

（把地球看作质量均匀分布的半径为R 的球体）例6.一弹簧振子作简谐运动，周期为T ，则下列说法中正确的是（ ）A.若t 时刻和(t+△t)时刻振子运动位移的大小相等、方向相同，则△t 一定等于T 的整数倍；B.若t 时刻和(t+△t)时刻振子运动速度的大小相等、方向相反，则△t 一定等于T/2的整数倍；C.若△t=T ，则在t 时刻和(t+△t)时刻振子运动的加速度一定相等；D.若△t=T/2 ，则在t 时刻和(t+△t)时刻弹簧的长度一定相等。

变式1.如图中两单摆摆长相同，平衡时两摆球刚好接触，现将摆球A 在两摆线所在平面内向左拉开一小角度后释放，碰撞后，两摆球分开各自做简谐运动，以m A ,m B 分别表示摆球A 、B 的质量，则下列说法正确的是( )A.如果m A >m B ，下一次碰撞将发生在平衡位置右侧；B.如果m A <m B ，下一次碰撞将发生在平衡位置左侧；C.无论两摆球的质量之比是多少，下一次碰撞不可能在平衡位置右侧；D.无论两摆球的质量之比是多少，下一次碰撞不可能在平衡位置左侧 。

变式2.一简谐振子沿x 轴振动，平衡位置在坐标原点。

t=0时刻振子的位移x=-0.1m;t=4/3s 时刻x=0.1m;t=4s 时刻x=0.1m,该振子的振幅和周期可能为（ ）A 、0.1m, 8/3sB 、0.1m, 8sC 、0.2m, 8/3sD 、0.2m, 8s 问题5.简谐运动的图象问题：例8.甲、乙两弹簧振子，振动图象如图所示，则可知（ ） A ．两弹簧振子完全相同D．振子甲速度为零时，振子乙速度最大例9.一个质点经过平衡位置O，在A、B间做简谐运动，如图（a）所示，它的振动图象如图（b）所示，设向右为正方向，则（1）OB=______cm；（2）第0.2s末质点的速度方向是______，位移大小为______；（3）第0.7s时，质点位置在______点与______点之间；（4）质点从O经B运动到A所需时间t=______s；（5）质点在0.2s到0.8s内运动的路程为______cm．（6）质点做简谐运动的方程为变式3.质点做简谐运动x-t的关系如图，以x轴正向为速度v的正方向，该质点的v-t关系是（）A. B. C. D.变式4.一位游客在千岛湖边欲乘游船，当日风浪很大，游船上下浮动。

可把游艇浮动简化成竖直方向的简谐运动，振幅为20cm，周期为3.0s。

当船上升到最高点时，甲板刚好与码头地面平齐。

地面与甲板的高度差不超过10cm时，游客能舒服地登船。

在一个周期内，游客能舒服地登船的时间是（）A．0.5s B．0.75s C．1.0s D．1.5s问题6.机械振动与机械能的综合问题例10.共振是指物体在外界驱动力的作用下运动，物体的振动频率始终等于驱动力的频率，当驱动力的频率等于物体自由振动的频率时，物体的振幅最大，这就叫共振现象，如图所示为一单摆的共振曲线，根据图中的信息，求：（1）该单摆的摆长约为多少？（2）单摆以共振时的振幅自由摆动时摆球的最大速度是多大？（g取10m/s2）问题7.会根据共振的条件分析求解相关问题：例11.如图所示，曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动。

开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2Hz.现匀速转动摇把，转速为240r/min。

（1）当振子稳定振动时，它的振动周期是多大？（2）转速多大时，弹簧振子的振幅最大？（三）巩固提高：1.同一地点，单摆甲的周期是单摆乙的周期的4倍，下列说法正确的是（）A.甲的频率是乙的4倍B.甲的摆长是乙的16倍C.甲的振幅是乙的4倍D.甲在最低点的速度是乙的4倍2.一弹簧振子做简谐运动，周期为8s．已知在t＝2s和t＝6s时刻，振子正好位于其平衡位置，其振幅为10cm。

则下列说法中正确的是（）A.在t＝0和t＝10s时，振子的加速度都为零B.在t＝6s和t＝12s时，振子的加速度都达到最大值C.在t＝6s和t＝14s时，振子的位移都为零3.一物体在某行星表面的重力加速度是它在地球表面的41，在地球上走得很准的摆钟搬到行星上后，此钟分针走一整圈所经历的时间是（ ） A.h 41 B.h 21C.4hD.2h 4.单摆做简谐运动的过程中，关于回复力的说法正确的是（ ） A .单摆受到的重力和摆线对球的拉力的合力提供回复力 B .单摆受到的重力的切线分力提供回复力C .单摆在最低点受到的合力不为零，所以回复力可能也不为零D .单摆受到的重力提供回复力5.甲物体做简谐运动，在6 s 内完成了30次全振动，它振动的频率是 Hz ．若甲物体完成15次全振动的时间内，乙物体恰好完成了3次全振动，则两个物体的周期之比为 。

6.如图所示的弹簧振子，O 为平衡位置，B 、C 为最大位移位置，以向右的方向为正方向，则振子从B 运动到O 的过程中，位移为________（填“正”或“负”），量值逐渐_______（填增大或减小）；振子速度方向为______，量值逐渐_______； 7.水平放置的弹簧振子，质量为0.2kg ，当它做简谐运动时，运动到平衡位置左侧3cm处时，受到的回复力是6N ，那么当它运动到平衡位置右侧4cm 处时，它的加速度大小为 方向 . 8.某处发生了地震，产生的地震波中有横波和纵波，在地表面传播的横波和纵波的波速分别为3.7km/s 和9.1km/s 。

在某地的观测站对该地震进行观测时，发现两列波传来的时间相差6秒钟，则震源距离观测站的距离为 m 9.如图所示，在O 点悬有一细绳，细绳穿过小球B 的通过直径的小孔，使B 球能顺着绳子滑下来.在O 点正下方有一半径为R=1m 的光滑弧形轨道，圆心位置恰好在O 点，弧形轨道的最低点为O ′，在接近O ′处有另一小球A ，令A 、B 两球同时开始无初速释放。

（取π2=10，g=10m/s 2）求： ①、若细线光滑，试计算B 小球和A 小球第一次到O ′时间？②、若要A 球第一次到达平衡位置时正好能够和B 球相碰，则B 球与绳之间的摩擦力与B 球重力大小之比是多少？10.在“用单摆测重力加速度”的实验中：(1)为了减少系统误差，实验中应注意：①摆线的长度L _________大得多；②摆角θ___________；③单摆振动时应在___________。