届高考物理大一轮复习第14章机械振动机械波光10份含课件Word文档格式.docx
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时刻指向平衡位置.
(3):
振动物体所受的沿振动方向的合力.
4.描述简谐运动的物理量
物理量定义意义
振幅振动质点离开平衡位置的最大距离描述振动的强弱
周期振动物体完成一次全振动所需时间描述振动的快慢,两者互为倒数:
T=1f
频率振动物体单位时间内完成全振动的次数
相位ωt+φ描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态
二、简谐运动的图象
1.物理意义:
表示振子的位移随时间变化的规律,为正弦(或余弦)曲线.
2.简谐运动的图象
(1)从平衡位置开始计时,把开始运动的方向规定为正方向,函数表达式为x=Asinωt,图象如图甲所示.
(2)从正的最大位移处开始计时,函数表达式为x=As_ωt,图象如图乙所示.
三、单摆
1.定义:
在细线的一端拴一个小球,另一端固定在悬点上,如果线的伸缩和质量都不计,球的直径比线短得多,这样的装置叫做单摆.2.视为简谐运动的条:
θ&
lt;
°
3.回复力:
F=G2=Gsinθ=glx
4.周期公式:
T=2πlg
.单摆的等时性:
单摆的振动周期取决于摆长l和重力加速度g,与振幅和振子(小球)质量都没有关系.
四、受迫振动及共振
1.受迫振动
(1)概念:
物体在周期性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
当驱动力的频率等于固有频率时,受迫振动的振幅最大的现象.
(2)共振的条:
驱动力的频率等于固有频率.
(3)共振的特征:
共振时振幅最大.
(4)共振曲线(如图所示).f=f0时,A=Af与f0差别越大,物体做受迫振动的振幅越小.
[自我诊断]
1.判断正误
(1)简谐运动是匀变速运动.(×
)
(2)周期、频率和振幅都是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量.(×
(3)振幅就是简谐运动物体的位移.(×
(4)简谐运动的回复力可以是恒力.(×
()物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率无关.(√)
(6)简谐运动的图象描述的是振动质点的轨迹.(×
2.做简谐运动的物体,当它每次经过同一位置时,可能不同的物理量是( )
A.位移 B.速度
.加速度D.回复力
解析:
选B做简谐运动的物体,当它每次经过同一位置时,位移相同,加速度相同,速度的大小相等,但方向不一定相同,所以可能不同的物理量是速度,选项B正确.
3.如图所示,弹簧振子在、N之间做简谐运动.以平衡位置为原点,建立x轴,向右为x轴正方向.若振子位于N点时开始计时,则其振动图象为( )
选A当弹簧振子在N之间运动时,、N为振动的最远点,、N的距离为振幅,从N点计时粒子距点最远,N为正方向,A正确,B、、D错误.
4.(多选)如右图所示,A球振动后,通过水平细绳迫使B、振动,振动达到稳定时,下列说法中正确的是( )A.A、振动周期相等
B.的振幅比B的振幅小
.的振幅比B的振幅大
D.A、B、的振动周期相等
选ADA振动后,水平细绳上驱动力的周期TA=2πlAg,迫使B、做受迫振动,受迫振动的频率等于施加的驱动力的频率,所以TA=TB=T,A、D正确;
而T固=2πlg=TA,TB固=2πlBg>TA,故共振,B不共振,的振幅比B的振幅大,B错误、正确.
.一个质点在平衡位置点附近做机械振动.若从点开始计时,经过3s质点第一次经过点(如图所示);
再继续运动,又经过2s它第二次经过点;
则该质点第三次经过点还需要的时间是________或________.解析:
若质点从点开始向右运动,则t=3s,tb=2×
12s=1s,则有T=16s,解得第三次回到还需要14s
若质点从点开始向左运动,tb=1s,ta=3s,又由ta=34T-tb,得T=163s,t=13s,解得第三次回到点还需要103s
答案:
14s 103s考点一 简谐运动的特征
1.动力学特征:
F=-x,“-”表示回复力的方向与位移方向相反,是比例系数,不一定是弹簧的劲度系数.
2.运动学特征:
简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比,而方向相反,为变加速运动,远离平衡位置时,x、F、a、Ep均增大,v、E均减小,靠近平衡位置时则相反.
3.运动的周期性特征:
相隔T或nT的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同.
4.对称性特征:
(1)相隔T2或&
#61480;
2n+1&
#61481;
T2(n为正整数)的两个时刻,振子位置关于平衡位置对称,位移、速度、加速度大小相等,方向相反.
(2)如图所示,振子经过关于平衡位置对称的两点P、P′(P=P′)时,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.(3)振子由P到所用时间等于由到P′所用时间,即tP=tP′
(4)振子往复过程中通过同一段路程(如P段)所用时间相等,即tP=tP
.能量特征:
振动的能量包括动能E和势能Ep,简谐运动过程中,系统动能与势能相互转化,系统的机械能守恒.1.(多选)关于简谐运动的下列说法中,正确的是( )
A.位移减小时,加速度减小,速度增大
B.位移方向总跟加速度方向相反,跟速度方向相同
.物体的运动方向指向平衡位置时,速度方向跟位移方向相反;
背向平衡位置时,速度方向跟位移方向相同
D.水平弹簧振子朝左运动时,加速度方向跟速度方向相同,朝右运动时,加速度方向跟速度方向相反
选A物体做简谐运动的加速度a=-x,可得位移减小时,加速度减小,速度增大,A正确.位移方向总跟加速度方向相反,但位移方向跟速度方向可能相同,也可能相反,B错误,正确.水平弹簧振子朝左运动时,若振子在平衡位置右侧,加速度方向与速度方向相同,若振子在平衡位置左侧,加速度方向与速度方向相反,D错误.
2.如图所示,弹簧振子在振动过程中,振子从a到b历时02s,振子经a、b两点时速度相同,若它从b再回到a的最短时间为04s,则该振子的振动频率为( )A.1Hz B.12Hz
.2HzD.2Hz
选B由简谐运动的对称性可知,tb=01s,从b向右运动到最大位移的时间也为01s,故T4=02s,解得T=08s,频率f=1T=12Hz,选项B正确.
3.(2017&
#8226;
东济宁模拟)(多选)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=-01;
t=43s时刻x=01;
t=4s时刻x=01.该振子的振幅和周期可能为( )
A.01,83sB.01,8s
.02,83sD.02,8s
选AD若振子的振幅为01,43s=n+12T,4-43s=n1T,则周期最大值为83s,A正确,B错误;
若振子的振幅为02,由简谐运动的对称性可知,当振子由x=-01处运动到负向最大位移处再反向运动到x=01处,再经n个周期时所用时间为43s,则12+nT=43s,所以周期的最大值为83s,且t=4s时刻x=01,正确;
当振子由x=-01经平衡位置运动到x=01处,再经n个周期时所用时间为43s,则16+nT=43s,所以此时周期的最大值为8s,且t=4s时,x=01,D正确.分析简谐运动的技巧
(1)分析简谐运动中各物理量的变化情况时,一定要以位移为桥梁,位移增大时,振动质点的回复力、加速度、势能均增大,速度、动能均减小;
反之,则产生相反的变化.另外,各矢量均在其值为零时改变方向.
(2)分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性.
考点二 简谐运动的公式和图象
1.简谐运动的公式:
(1)简谐运动中位移随时间变化的表达式叫振动方程,一般表示为x=Asin(ωt+φ).
(2)从平衡位置开始计时,函数表达式为x=Asinωt,从最大位移处开始计时,函数表达式为x=Asωt
2.对简谐运动图象的认识:
(1)简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线,如图所示.
(2)图象反映的是位移随时间的变化规律,随时间的增加而延伸,图象不代表质点运动的轨迹.
3.图象信息:
(1)由图象可以得出质点做简谐运动的振幅、周期和频率.
(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移.
(3)可以确定某时刻质点回复力、加速度的方向:
因回复力总是指向平衡位置,故回复力和加速度在图象上总是指向t轴.
(4)确定某时刻质点速度的方向:
速度的方向可以通过下一时刻位移的变化判定,下一时刻位移如增加,振动质点的速度方向就是远离t轴,下一时刻位移如减小,振动质点的速度方向就是指向t轴.
()比较不同时刻回复力、加速度的大小.
(6)比较不同时刻质点的动能、势能的大小.
[典例] (2017&
浙江台州检测)如图甲所示,弹簧振子以点为平衡位置,在A、B两点之间做简谐运动.取向右为正方向,振子的位移x随时间t的变化如图乙所示,下列说法正确的是( )A.t=08s时,振子的速度方向向左
B.t=02s时,振子在点右侧6处
.t=04s和t=12s时,振子的加速度完全相同
D.t=04s到t=08s的时间内,振子的速度逐渐减小
解析 由图象乙可知t=08s时,振子在平衡位置向负方向运动,所以速度方向向左,选项A正确;
t=02s时,振子远离平衡位置运动,速度逐渐减小,应在点右侧大于6处,选项B错误;
t=04s和t=12s时,振子的加速度大小相同,方向相反,选项错误;
t=04s到t=08s的时间内,振子向平衡位置运动,速度逐渐增大,选项D错误.
答案 A“图象—运动结合法”分析图象问题
(1)解此类题时,首先要理解x-t图象的意义,其次要把x-t图象与质点的实际振动过程联系起.
(2)图象上的一个点表示振动中的一个状态(位置、振动方向等),图象上的一段曲线对应振动的一个过程,关键是判断好平衡位置、最大位移及振动方向.1.(2016&
湖北武汉部分重点中学联考)一质点沿x轴做简谐运动,其振动图象如图所示.在1~2s的时间内,质点的速度v、加速度a的大小的变化情况是( )
A.v变小,a变大 B.v变小,a变小
.v变大,a变小D.v变大,a变大解析:
选A由振动图象可知,质点在1~2s的时间内向下振动,故质点的速度越越小,位移逐渐增大,回复力逐渐变大,加速度逐渐变大,选项A正确.
2.(2017&
北京昌平三中检测)如图为弹簧振子的振动图象,由此可知( )A.在t1时刻,振子的动能最大,所受的弹力最大
B.在t2时刻,振子的动能最大,所受的弹力最小
.在t3时刻,振子的动能最大,所受的弹力最大
D.在t4时刻,振子的动能最大,所受的弹力最大
选Bx-t图象的斜率表示速度,故在t1时刻,速度为零,动能为零,选项A错误;
在t2时刻,速度最大,动能最大,位移为零,故回复力为零,弹力为零,选项B正确;
在t3时刻,振子的速度为零,故动能为零,选项错误;
在t4时刻,速度最大,动能最大,位移为零,故回复力为零,弹力为零,选项D错误.
3.(2016&
湖北荆州江陵中学期中)如图所示为某弹簧振子在0~s内的振动图象,由图可知,下列说法中正确的是( )A.振动周期为s,振幅为8
B.第2s末振子的速度为