創(chuàng)新設(shè)計浙江鴨2018版高考物理總復(fù)習(xí)第11章機(jī)械振動機(jī)械波光電磁波第1課時機(jī)械振動課件

1、[考綱要求],第1課時　機(jī)械振動,[基礎(chǔ)過關(guān)]1.簡諧運動(1)定義：如果質(zhì)點的位移與時間的關(guān)系遵從_____函數(shù)的規(guī)律，即它的振動圖象(x－t圖象)是一條正弦曲線，這樣的振動叫做簡諧運動。(2)特點：簡諧運動是最簡單、最基本的_____。彈簧振子的運動就是_________。(3)簡諧運動的圖象：是一條正弦曲線，表示做簡諧運動的質(zhì)點_____隨時間變化的規(guī)律。(4)圖象的應(yīng)用：醫(yī)院里的_______、地震儀中繪制地震

2、曲線的裝置。,考點一　簡諧運動　簡諧運動的回復(fù)力和能量(－/b),正弦,振動,簡諧振動,位移,心電圖,2.簡諧運動的回復(fù)力和能量(1)回復(fù)力(2)簡諧運動的動力學(xué)特征如果質(zhì)點所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成_____，并且總是指向__________，質(zhì)點的運動就是簡諧運動。,平衡位置,平衡位置,－kx,正比,平衡位置,(3)振動系統(tǒng)(彈簧振子)的狀態(tài)與能量的對應(yīng)關(guān)系彈簧振子運動的過程就是_____

3、和_____互相轉(zhuǎn)化的過程。①在最大位移處，_____最大，_____為零。②在平衡位置處，_____最大，_____最小。(4)簡諧運動的能量特點在簡諧運動中，振動系統(tǒng)的機(jī)械能_____，而在實際運動中都有一定的能量損耗，因此簡諧運動是一種_______的模型。,動能,勢能,勢能,動能,動能,勢能,守恒,理想化,【過關(guān)演練】1.一彈簧振子作簡諧運動，下列說法正確的是(　　)A.若位移為負(fù)值，則速度一定為正值，加速度也一定

4、為正值B.振子速度方向改變時，其位移方向也發(fā)生改變C.振子每次通過平衡位置時，加速度相同，速度也一定相同D.振子的加速度變大，其速度一定減小,解析　當(dāng)位移為負(fù)值時，如果振子是遠(yuǎn)離平衡位置，則速度為負(fù)，如果振子是向平衡位置運動，則速度為正，A錯誤；振子速度方向改變時，其位移方向不一定發(fā)生改變，B錯誤；振子每次通過平衡位置時加速度都為零，如果振子是通過平衡位置向負(fù)方向運動則速度方向也是負(fù)方向，如果振子通過平衡位置向正方向運動，則

5、振子的速度方向是向正方向的，故C錯誤；因為回復(fù)力總是指向平衡位置的，離平衡位置越遠(yuǎn)，回復(fù)力越大，當(dāng)加速度變大即回復(fù)力變大，所以振子是遠(yuǎn)離平衡位置的，故其速度一定減小，D正確。答案　D,2.對簡諧運動的回復(fù)力公式F＝－kx的理解，正確的是(　　)A.k只表示彈簧的勁度系數(shù)B.式中的負(fù)號表示回復(fù)力總是負(fù)值C.位移x是相對平衡位置的位移D.回復(fù)力只隨位移變化，不隨時間變化解析　位移x是相對平衡位置的位移；F＝－kx中的負(fù)

6、號表示回復(fù)力總是與振動物體的位移方向相反。答案　C,[要點突破]要點　簡諧運動的特征1.受力特征：簡諧運動的回復(fù)力滿足F＝－kx，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與位移的大小成正比，方向相反。2.運動特征：當(dāng)v、a同向(即v、F同向，也就是v、x反向)時，v一定增大；當(dāng)v、a反向(即v、F反向，也就是v、x同向)時，v一定減小。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(yuǎn)離平衡位置時，a

7、、F、x都增大，v減小。,5.對稱性特征：(1)速率的對稱性：物體在關(guān)于平衡位置對稱的兩位置具有相等的速率。(2)時間的對稱性：物體通過關(guān)于平衡位置對稱的兩段位移的時間相等。在振動過程中，物體通過任意兩點A、B的時間與逆向通過這兩點的時間相等。(3)加速度的對稱性：物體在關(guān)于平衡位置對稱的兩位置具有等大、反向的加速度。,【例1】 一個質(zhì)點做簡諧運動，它的振動圖象如圖所示，則(　　)A.圖中的曲線部分是質(zhì)點的運動軌

8、跡 B.有向線段OA是質(zhì)點在t1時間內(nèi)的位移 C.有向線段OA在x軸的投影是質(zhì)點在t1時間內(nèi)的位移 D.有向線段OA的斜率是質(zhì)點在t1時刻的瞬時速率,解析　圖中的曲線是質(zhì)點位移與時間的對應(yīng)關(guān)系，不是運動軌跡，A錯；質(zhì)點在t1時間內(nèi)的位移，應(yīng)是曲線在t1時刻的縱坐標(biāo)，故B錯，C對；質(zhì)點在t1時刻的瞬時速率應(yīng)是曲線在t1時刻所對應(yīng)的曲線切線的斜率，D錯。答案　C,【例2】 一彈簧振子做簡諧運動，下列說法正確的是(　　)A.

9、若位移為負(fù)值，則速度一定為正值B.振子通過平衡位置時，速度為零C.振子每次通過平衡位置時，速度相同D.振子每次通過同一位置時，速度不一定相同解析　在簡諧運動中，速度方向可能與位移方向相同，也可能相反，選項A錯誤；振子每次通過平衡位置時，速度都最大，但速度方向可能相同，也可能相反，選項B、C錯誤，D正確。答案　D,[精練題組]1.彈簧振子在光滑的水平面上做簡諧運動，在振子向著平衡位置運動的過程中(　　)A.振子所

10、受的回復(fù)力逐漸增大B.振子離開平衡位置的位移逐漸增大C.振子的速度逐漸增大D.振子的加速度逐漸增大解析　在振子向著平衡位置運動的過程中，振子所受的回復(fù)力逐漸減小，振子離開平衡位置的位移逐漸減小，振子的速度逐漸增大，振子的加速度逐漸減小，選項C正確。答案　C,2.(2016·寧波效實中學(xué)期中)一個在水平面內(nèi)做簡諧運動的彈簧振子，從第一次以不等于零的速度經(jīng)過非平衡位置的某點a時開始計時，下列說法中正確的是(　　

11、)A.到它第二次經(jīng)過a點時，所需時間為半個周期 B.到它第二次經(jīng)過a點時，所需時間為一個周期C.到它第三次經(jīng)過a點時，所需時間為一個周期D.到它第三次經(jīng)過a點時，所需時間為二個周期,解析　因為是從第一次以不等于零的速度經(jīng)過非平衡位置的某點a時開始計時，故到它第二次經(jīng)過a點時不一定是半個周期，更不可能是一個周期，選項A、B錯誤；到它第三次經(jīng)過a點時，所需時間才為一個周期，選項C正確，D錯誤；故選C。答案　C,3.(多選)

12、(2016·浙江余杭期末)如圖是一彈簧振子，O為平衡位置，則振子從a→O運動的過程中，下列說法正確的是(　　)A.位移不斷減小B.速度不斷減小C.加速度不斷減小D.彈簧的彈性勢能不斷增大,解析　振子從a→O運動的過程是靠近平衡位置，故位移減小，速度增大，加速度減小，彈性勢能減??；故B、D錯誤，A、C正確；故選A、C。答案　AC,4.彈簧振子的質(zhì)量是2 kg，當(dāng)它運動到平衡位置左側(cè)2 cm 時，受到的回復(fù)

13、力是4 N，當(dāng)它運動到平衡位置右側(cè)4 cm 時，它的加速度是(　　)A.2 m/s2，向右 B.2 m/s2，向左C.4 m/s2，向右 D.4 m/s2，向左,答案　D,【方法總結(jié)】分析簡諧運動的技巧(1)分析簡諧運動中各物理量的變化情況時，一定要以位移為橋梁，位移增大時，振動質(zhì)點的回復(fù)力、加速度、勢能均增大，速度、動能均減??；反之，則產(chǎn)生相反的變化。另外，各矢量均在其值為零時改變方向。(2)分析過

14、程中要特別注意簡諧運動的周期性和對稱性。,[基礎(chǔ)過關(guān)]1.描述簡諧運動的物理量,考點二　簡諧運動的描述(－/c),2.簡諧運動的表達(dá)式簡諧運動的表達(dá)式為x＝____________(1)A：表示簡諧運動的_____(2)ω：是一個與頻率成正比的量，叫做簡諧運動的“圓頻率”，表示簡諧運動的快慢，ω＝ ＝ 。,Asin(ωt＋φ),___,___,振幅,【過關(guān)演練】1.一位游客在千島湖邊欲乘坐游船

15、，當(dāng)日風(fēng)浪較大，游船上下浮動?？砂延未雍喕韶Q直方向的簡諧運動，振幅為20 cm，周期為3.0 s。當(dāng)船上升到最高點時，甲板剛好與碼頭地面平齊。地面與甲板的高度差不超過10 cm時，游客能舒服地登船。在一個周期內(nèi)，游客能舒服登船的時間是(　　)A.0.5 s B.0.75 s C.1.0 s D.1.5 s,答案　C,2.某個質(zhì)點的簡諧運動圖象如圖所示，求質(zhì)點的振幅和周期分別為多大？,[要點突破]要點　簡諧運動圖象

16、1.振動圖象提供的信息(1)由圖象可以看出質(zhì)點振動的振幅、周期。(2)可以確定某時刻質(zhì)點離開平衡位置的位移。(3)可以確定各時刻質(zhì)點的振動方向。(4)可以確定某時刻質(zhì)點的回復(fù)力、加速度和速度的方向。(5)比較不同時刻質(zhì)點的速度、加速度的大小。2.振動圖象的物理意義圖象描述的是振子相對平衡位置的位移隨時間變化的情況，不是物體的運動軌跡。,【例題】 (多選)(2016·寧波效實中學(xué)期中)如圖所示為一質(zhì)點

17、的簡諧運動圖象。由圖可知(　　)A.質(zhì)點的運動軌跡為正弦曲線B.t＝0時，質(zhì)點正通過平衡位置向正方向運動C.t＝0.25 s時，質(zhì)點的速度方向與位移的正方向相同D.質(zhì)點運動過程中，兩端點間的距離為0.1 m,解析　簡諧運動圖象反映質(zhì)點的位移隨時間變化的情況，不是質(zhì)點的運動軌跡，故A錯誤；t＝0時，質(zhì)點離開平衡位置的位移最大，速度為零，故B錯誤；根據(jù)圖象的斜率表示速度，則t＝0.25 s時，質(zhì)點的速度為正值，則速度

18、方向與位移的正方向相同。故C正確；質(zhì)點運動過程中，兩端點間的距離等于2倍的振幅，即＝2A＝2×5 cm＝10 cm＝0.1 m，故D正確。故選C、D。答案　CD,[精練題組]1.如圖所示為某質(zhì)點在0～4 s 內(nèi)的振動圖象，則(　　)A.質(zhì)點在3 s末的位移為2 mB.質(zhì)點在4 s末的位移為8 mC.質(zhì)點在4 s內(nèi)的路程為8 mD.質(zhì)點在4 s內(nèi)的路程為零答案　C,2.(多選)一質(zhì)點做簡諧運動，其位移x

19、與時間t的關(guān)系圖象如圖所示，由圖可知(　　)A.質(zhì)點振動的頻率是4 HzB.質(zhì)點振動的振幅是2 cmC.t＝3 s時，質(zhì)點的速度最大D.在t＝3 s時，質(zhì)點的振幅為零,解析　由題圖可以直接看出振幅為2 cm，周期為4 s，所以頻率為0.25 Hz，所以選項A錯誤，B正確；t＝3 s時，質(zhì)點經(jīng)過平衡位置，速度最大，所以選項C正確；振幅等于質(zhì)點偏離平衡位置的最大位移，與質(zhì)點的位移有著本質(zhì)的區(qū)別，t＝3 s時，質(zhì)點的位移

20、為零，但振幅仍為2 cm，所以選項D錯誤。答案　BC,3.(多選)一彈簧振子A的位移x隨時間t變化的關(guān)系式為x＝0.1sin(2.5πt)，位移x的單位為m，時間t的單位為s。則(　　)A.彈簧振子的振幅為0.2 mB.彈簧振子的周期為1.25 sC.在t＝0.2 s時，振子的運動速度為零D.質(zhì)點在0.1 s末與0.3 s末的位移相同,答案　CD,4.如圖甲所示，水平的光滑桿上有一彈簧振子，振子以O(shè)點為平衡位置，在a、

21、b兩點之間做簡諧運動，其振動圖象如圖乙所示。由振動圖象可以得知(　　)A.振子的振動周期等于t1B.在t＝0時刻，振子的位置在a點C.在t＝t1時刻，振子的速度為零D.從t1到t2，振子從O點運動到b點,解析　由題圖乙可知，振子的振動周期等于2t1，故A錯；在t＝0時刻，振子的位置在O點，故B錯；在t＝t1時刻，振子在平衡位置，其速度最大，故C錯；由題圖乙可看出，從t1到t2，振子從O點運動到b點，故D對。答案

22、　D,5.有一彈簧振子在水平方向上的B、C之間做簡諧運動，已知B、C間的距離為20 cm，振子在2 s內(nèi)完成了10次全振動。若從某時刻振子經(jīng)過平衡位置時開始計時(t＝0)，經(jīng)過周期振子有正向最大加速度。(1)求振子的振幅和周期；(2)在圖中作出該振子的位移—時間圖象；(3)寫出振子的振動方程。,答案　(1)10 cm　0.2 s　(2)圖見解析 (3)x＝10 sin (10πt＋π) cm,【方法總結(jié)】求解簡諧運動

23、問題的有效方法就是緊緊抓住一個模型——水平方向振動的彈簧振子，熟練掌握振子的振動過程以及振子振動過程中各物理量的變化規(guī)律，看到振動圖象，頭腦中立即呈現(xiàn)出一幅彈簧振子振動的圖景，再把問題一一對應(yīng)、分析求解。,[基礎(chǔ)過關(guān)]1.單擺(1)用細(xì)線懸掛一小球，上端固定，如果懸掛小球的細(xì)線的形變和質(zhì)量可以忽略，線長又比球的直徑大得多，這樣的裝置叫單擺。單擺是實際擺的_____化模型。(2)回復(fù)力為球重力沿_____方向的分力，單擺做簡

24、諧運動的條件是最大擺角_____5°。(3)周期公式T＝_______，是荷蘭物理學(xué)家_______發(fā)現(xiàn)的；單擺的等時性是指周期與_____無關(guān)。,考點三　單擺(－/c)　外力作用下的振動(－/b),理想,切線,小于,惠更斯,振幅,2.受迫振動與共振(1)受迫振動：振動系統(tǒng)在周期性_______作用下的振動。(2)受迫振動的特點：受迫振動穩(wěn)定時，系統(tǒng)的振動頻率_____驅(qū)動力的頻率，跟振動系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。

25、(3)共振：做受迫振動的物體，它的固有頻率與驅(qū)動力的頻率越接近，其振幅就越大，當(dāng)二者_(dá)____時，振幅達(dá)到最大，這就是共振現(xiàn)象。,驅(qū)動力,等于,相等,(4)共振曲線由圖可知，當(dāng)f驅(qū)＝f固時振幅_____。,最大,【過關(guān)演練】1.(多選)(2016·浙江4月選考)擺球質(zhì)量相等的甲、乙兩單擺懸掛點高度相同，其振動圖象如圖所示。選懸掛點所在水平面為重力勢能的參考面，由圖可知(　　)A.甲、乙兩單擺擺長之比是4

26、∶9B.ta時刻甲、乙兩單擺的擺角相等C.tb時刻甲、乙兩單擺的勢能差最大D.tc時刻甲、乙兩單擺的速率相等,答案　AC,2.(多選)如圖所示，在一根張緊的水平繩上，懸掛有a、b、c、d、e五個單擺，讓a擺略偏離平衡位置后無初速釋放，在垂直紙面的平面內(nèi)振動，接著其余各擺也開始振動。下列說法中正確的是(　　)A.各擺的振動周期與a擺相同B.各擺的振幅大小不同，c擺的振幅最大C.各擺的振動周期不同，c擺的周期最長

27、D.各擺均做自由振動,解析　a擺做的是自由振動，周期就等于a擺的固有周期，其余各擺均做受迫振動，所以振動周期均與a擺相同，故A正確，C、D錯誤；c擺與a擺的擺長相差不多，所以c擺所受驅(qū)動力的頻率與其固有頻率十分接近，故c擺的振幅最大，B正確。答案　AB,【例1】 圖中O點為單擺的固定懸點，現(xiàn)將擺球(可視為質(zhì)點)拉至A點，此時細(xì)線處于張緊狀態(tài)，釋放擺球，擺球?qū)⒃谪Q直平面內(nèi)的A、C之間來回擺動，B點為運動中的最低位置，則在擺動過程中(　　

28、)A.擺球在A點和C點處，速度為零，合力也為零B.擺球在A點和C點處，速度為零，回復(fù)力也為零C.擺球在B點處，速度最大，回復(fù)力也最大D.擺球在B點處，速度最大，細(xì)線拉力也最大,解析　擺球在擺動過程中，最高點A、C處速度為零，回復(fù)力最大，合力不為零，在最低點B處，速度最大，回復(fù)力為零，細(xì)線的拉力最大。答案　D,要點二　受迫振動與共振的理解1.阻尼振動和受迫振動(1)阻尼振動是振動系統(tǒng)在阻力的作用下，振幅逐漸減小的振

29、動。說明：阻尼振動中振幅雖然逐漸減小，但振動的頻率不會變化，此頻率稱為固有頻率，由振動系統(tǒng)決定。(2)受迫振動是指系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動。做受迫振動的物體的振動頻率等于驅(qū)動力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)。,2.對共振的理解(1)共振曲線：如圖所示，橫坐標(biāo)為驅(qū)動力頻率f，縱坐標(biāo)為振幅A。它直觀地反映了驅(qū)動力頻率對某固有頻率為f0的振動系統(tǒng)受迫振動振幅的影響，由圖可知，f與f0越接近，振幅A越大，當(dāng)f＝f0時，

30、振幅A最大。(2)受迫振動中系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化：做受迫振動的系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒，系統(tǒng)與外界時刻進(jìn)行能量交換。,【例2】 (2016·溫州十校期中)在實驗室可以做“聲波碎杯”的實驗，用手指輕彈一只酒杯，可以聽到清脆的聲音，測得這個聲音的頻率為500 Hz。將這只酒杯放在兩只大功率的聲波發(fā)生器之間，操作人員通過調(diào)整其發(fā)出的聲波，就能使酒杯碎掉，下列說法中正確的是(　　)A.操作人員一定是把聲波發(fā)生器的功率調(diào)到很大B.操作人

31、員可能是使聲波發(fā)生器發(fā)出了頻率很高的超聲波C.操作人員一定是同時增大了聲波發(fā)生器發(fā)出聲波的頻率和功率D.操作人員一定是將聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波頻率調(diào)到500 Hz,解析　用聲波將酒杯擊碎，利用的是共振現(xiàn)象，而物體發(fā)生共振現(xiàn)象的條件為驅(qū)動力頻率與物體固有頻率相同。之前人用手指輕彈酒杯測得聲音頻率為500 Hz，此頻率就是酒杯的固有頻率，所以操作人員應(yīng)該將聲波發(fā)生器的頻率調(diào)到500 Hz，才能擊碎酒杯。故選擇D。答案　D,[精練題組

32、]1.(多選)單擺是為研究振動而抽象出的理想化模型，其理想化條件是(　　)A.擺線質(zhì)量不計B.擺線長度不可伸縮C.擺球的直徑比擺線長度短得多D.只要是單擺的運動就是一種簡諧運動解析　單擺由擺線和擺球組成，擺線只計長度不計質(zhì)量，擺球只計質(zhì)量不計大小，且擺線不可伸縮。但把單擺作為簡諧運動來處理是有條件的，只有在擺角很小(θ≤5℃)的情況下才能視單擺運動為簡諧運動。故正確答案為A、B、C。答案　ABC,2.發(fā)生下列哪

33、一種情況時，單擺周期會增大(　　)A.增大擺球質(zhì)量 B.縮短擺長C.減小單擺振幅 D.將單擺由山下移至山頂,答案　D,3.(多選)如圖所示為同一地點的兩單擺甲、乙的振動圖象，則下列說法中正確的是(　　)A.甲、乙兩單擺的擺長相等B.甲擺的振幅比乙擺大C.甲擺的機(jī)械能比乙擺大D.在t＝0.5 s時有正向最大加速度的是乙擺,答案　ABD,4.如圖所示的裝置，彈簧振子的固有頻率是4 Hz?，F(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動

34、把手，給彈簧振子以周期性的驅(qū)動力，測得彈簧振子振動達(dá)到穩(wěn)定時的頻率為1 Hz，則把手轉(zhuǎn)動的頻率為(　　)A.1 Hz B.3 HzC.4 Hz D.5 Hz,解析　因把手每轉(zhuǎn)動一周，驅(qū)動力完成一次周期性變化，把手轉(zhuǎn)動頻率即為驅(qū)動力的頻率。彈簧振子做受迫振動，而受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，與振動系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)，故A正確。答案　A,5.(多選)如圖表示一彈簧振子做受迫振動時的振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系，由圖

35、可知(　　)A.驅(qū)動力頻率為f2時，振子處于共振狀態(tài)B.驅(qū)動力頻率為f3時，振子的振動頻率為f3C.假如讓振子自由振動，它的頻率為f2D.振子做自由振動時，頻率可以為f1、f2、f3,解析　由題圖可知當(dāng)驅(qū)動力的頻率為f2時，振子的振幅最大，即振子發(fā)生共振現(xiàn)象，故A正確；由共振條件知振子的固有頻率為f2，所以C正確，D錯誤；振子做受迫振動時，振動頻率由驅(qū)動力的頻率決定，故B正確。答案　ABC,【方法總結(jié)】