浙江省高考物理總復(fù)習(xí) 第11章第一節(jié) 機(jī)械振動(dòng)課件 大綱人教版

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1、第一節(jié)機(jī)械振動(dòng)第一節(jié)機(jī)械振動(dòng)課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練經(jīng)典題型探究經(jīng)典題型探究知能優(yōu)化演練知能優(yōu)化演練第第一一節(jié)節(jié)機(jī)機(jī)械械振振動(dòng)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)梳理基礎(chǔ)知識(shí)梳理基礎(chǔ)知識(shí)梳理基礎(chǔ)知識(shí)梳理一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1回復(fù)力回復(fù)力(1)定義：使振動(dòng)物體返回到定義：使振動(dòng)物體返回到_的力的力(2)方向：時(shí)刻指向方向：時(shí)刻指向_(3)來(lái)源：振動(dòng)物體所受的沿振動(dòng)方向的合外來(lái)源：振動(dòng)物體所受的沿振動(dòng)方向的合外力力2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(1)受力特征：受力特征：_ (F回復(fù)力，回復(fù)力，x位位移，負(fù)號(hào)表示回復(fù)力方向與位移方向相反移，負(fù)號(hào)表示回復(fù)力方向與位移方向相反)平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置Fkx(2)描述簡(jiǎn)諧振動(dòng)的物

2、理量描述簡(jiǎn)諧振動(dòng)的物理量振幅：反映質(zhì)點(diǎn)振幅：反映質(zhì)點(diǎn)_的物理量，它的物理量，它是標(biāo)量是標(biāo)量周期和頻率：描述振動(dòng)周期和頻率：描述振動(dòng)_的物理量，其的物理量，其大小由振動(dòng)系統(tǒng)本身決定，與大小由振動(dòng)系統(tǒng)本身決定，與_無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)振動(dòng)強(qiáng)弱振動(dòng)強(qiáng)弱快慢快慢振幅振幅模型模型彈簧振子彈簧振子單擺單擺模型示模型示意圖意圖特點(diǎn)特點(diǎn)忽略摩擦力，彈簧忽略摩擦力，彈簧對(duì)小球的彈力提供回對(duì)小球的彈力提供回復(fù)復(fù)力力彈簧的質(zhì)量可忽略彈簧的質(zhì)量可忽略細(xì)線的質(zhì)量，球細(xì)線的質(zhì)量，球的直徑均可忽的直徑均可忽略略擺角擺角很小很小公式公式回復(fù)力回復(fù)力Fkx回復(fù)力回復(fù)力F x周期周期T2 三、受迫振動(dòng)及共振三、受迫振動(dòng)及共振1受迫振動(dòng)受迫振

3、動(dòng)(1)概念：物體在概念：物體在_驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)(2)振動(dòng)特征：受迫振動(dòng)的頻率等于振動(dòng)特征：受迫振動(dòng)的頻率等于_的頻率，的頻率，與系統(tǒng)的與系統(tǒng)的_無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)2共振共振(1)概念：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于概念：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于_時(shí)，受迫時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大的現(xiàn)象振動(dòng)的振幅最大的現(xiàn)象(2)共振的條件：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于共振的條件：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于_(3)共振的特征：共振時(shí)共振的特征：共振時(shí)_最大最大周期性周期性驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力固有頻率固有頻率固有頻率固有頻率固有頻率固有頻率振幅振幅(4)共振曲線共振曲線(如圖如圖1111所示所示)ff0時(shí)，時(shí)，A_.f與與f0差別越大，物體做受迫振差別

4、越大，物體做受迫振動(dòng)的振幅動(dòng)的振幅_越小越小圖圖1111Am課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)重要特征一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)重要特征1受力特征：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力滿足受力特征：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力滿足Fkx，位移位移x與回復(fù)力的方向相反由牛頓第二定律知，與回復(fù)力的方向相反由牛頓第二定律知，加速度加速度a與位移大小成正比，方向相反與位移大小成正比，方向相反2運(yùn)動(dòng)特征：當(dāng)物體靠近平衡位置時(shí)，運(yùn)動(dòng)特征：當(dāng)物體靠近平衡位置時(shí)，x、F、a都減小，但都減小，但v增大，到達(dá)平衡位置時(shí)增大，到達(dá)平衡位置時(shí)v最大；當(dāng)物最大；當(dāng)物體遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，體遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，x、F、a都增大，都增大，v減小減小5對(duì)稱(chēng)性特征對(duì)

5、稱(chēng)性特征(1)如圖如圖1112所示，振子經(jīng)過(guò)關(guān)于平衡位置所示，振子經(jīng)過(guò)關(guān)于平衡位置O對(duì)對(duì)稱(chēng)稱(chēng)(OPOP)的兩點(diǎn)的兩點(diǎn)P、P時(shí)，速度的大小、動(dòng)能、時(shí)，速度的大小、動(dòng)能、勢(shì)能相等，相對(duì)于平衡位置的位移大小相等勢(shì)能相等，相對(duì)于平衡位置的位移大小相等(2)振子由振子由P到到O所用時(shí)間等于所用時(shí)間等于O到到P所用時(shí)間，即所用時(shí)間，即tPOtOP.(3)振子往復(fù)過(guò)程中通過(guò)同一段路程振子往復(fù)過(guò)程中通過(guò)同一段路程(如如OP段段)所用時(shí)所用時(shí)間相等，即間相等，即tOPtPO.圖圖1112特別提醒：特別提醒：由于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)具有周期性和對(duì)稱(chēng)由于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)具有周期性和對(duì)稱(chēng)性，因此，涉及簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往出現(xiàn)多性，因此，涉及

6、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往出現(xiàn)多解分析問(wèn)題時(shí)應(yīng)特別注意物體在某一位置解分析問(wèn)題時(shí)應(yīng)特別注意物體在某一位置時(shí)的速度的大小和方向、位移的大小和方時(shí)的速度的大小和方向、位移的大小和方向向二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的分析方法二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的分析方法1對(duì)稱(chēng)法對(duì)稱(chēng)法(1)遠(yuǎn)離平衡位置的過(guò)程：由遠(yuǎn)離平衡位置的過(guò)程：由Fkxma可知，可知，x增大，增大，F(xiàn)增大，增大，a增大，但增大，但a與與v反向，故反向，故v減小，減小，動(dòng)能減小動(dòng)能減小(2)靠近平衡位置的過(guò)程：由靠近平衡位置的過(guò)程：由Fkxma可知，可知，x減小，減小，F(xiàn)減小，減小，a減小，但減小，但a與與v同向，故同向，故v增大，增大，動(dòng)能增大動(dòng)能增大(3)經(jīng)過(guò)同一位置時(shí)，位移、

7、回復(fù)力、加速度、經(jīng)過(guò)同一位置時(shí)，位移、回復(fù)力、加速度、速率、動(dòng)能一定相同，但速度、動(dòng)量不一定相速率、動(dòng)能一定相同，但速度、動(dòng)量不一定相同，方向可能相反同，方向可能相反2圖象法圖象法(1)確定振動(dòng)物體在任一時(shí)刻的位移如圖確定振動(dòng)物體在任一時(shí)刻的位移如圖1113所示，對(duì)應(yīng)所示，對(duì)應(yīng)t1、t2時(shí)刻的位移分別為時(shí)刻的位移分別為x17 cm，x25 cm.圖圖1113(2)確定振動(dòng)的振幅圖象中最大位移的值就是確定振動(dòng)的振幅圖象中最大位移的值就是振幅，如圖振幅，如圖1113所示，振動(dòng)的振幅是所示，振動(dòng)的振幅是10 cm.(3)確定振動(dòng)的周期和頻率振動(dòng)圖象上一個(gè)完確定振動(dòng)的周期和頻率振動(dòng)圖象上一個(gè)完整的正弦

8、整的正弦(余弦余弦)圖形在時(shí)間軸上拉開(kāi)的圖形在時(shí)間軸上拉開(kāi)的“長(zhǎng)度長(zhǎng)度”表表示周期示周期由圖由圖1113可知，可知，OD、AE、BF的間隔都等的間隔都等于振動(dòng)周期，于振動(dòng)周期，T0.2 s，頻率，頻率f1/T5 Hz.(4)確定各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向例如圖確定各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向例如圖1113中的中的t1時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)正遠(yuǎn)離平衡位置向正方向運(yùn)動(dòng)；在時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)正遠(yuǎn)離平衡位置向正方向運(yùn)動(dòng)；在t3時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)正向著平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)正向著平衡位置運(yùn)動(dòng)(5)比較各時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)加速度的大小和方向例如在比較各時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)加速度的大小和方向例如在圖圖1113中中t1時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)位移時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)位移x1為正，則加速度為正，則加速度a1為

9、負(fù)，為負(fù)，t2時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)位移時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)位移x2為負(fù)，則加速度為負(fù)，則加速度a2為正，為正，又因?yàn)橛忠驗(yàn)閨x1|x2|，所以，所以|a1|a2|.即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀)2.(2011年紹興模擬年紹興模擬)一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖象一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖象如圖如圖1114所示，質(zhì)點(diǎn)的速度與加速度方向相所示，質(zhì)點(diǎn)的速度與加速度方向相同的時(shí)間段是同的時(shí)間段是()圖圖1114A0 s0.3 s B0.3 s0.6 sC0.6 s0.9 s D0.9 s1.2 s解析：解析：選選BD.質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度方向與回質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度方向與回復(fù)力方向相同，與位移方向相反

10、，總是指向平復(fù)力方向相同，與位移方向相反，總是指向平衡位置；位移增加時(shí)速度與位移方向相同，位衡位置；位移增加時(shí)速度與位移方向相同，位移減小時(shí)速度與位移方向相反移減小時(shí)速度與位移方向相反經(jīng)典題型探究經(jīng)典題型探究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及其振動(dòng)圖象簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及其振動(dòng)圖象 (2011年溫州模擬年溫州模擬)如圖如圖1115 所示為一所示為一彈簧振子的振動(dòng)圖象，試完成以下問(wèn)題：彈簧振子的振動(dòng)圖象，試完成以下問(wèn)題：(1)寫(xiě)出該振子簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式寫(xiě)出該振子簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式(2)在第在第2 s末到第末到第3 s末這段時(shí)間內(nèi)，末這段時(shí)間內(nèi)，彈簧振子的加速度、速度、動(dòng)能彈簧振子的加速度、速度、動(dòng)能和彈性勢(shì)能各是怎樣變化的？和彈性

11、勢(shì)能各是怎樣變化的？(3)該振子在前該振子在前100 s的總位移是多的總位移是多少？路程是多少？少？路程是多少？圖圖1115【思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥】分析該題時(shí)可關(guān)注以下四點(diǎn)：分析該題時(shí)可關(guān)注以下四點(diǎn)：(1)振子的初始位置及運(yùn)動(dòng)方向；振子的初始位置及運(yùn)動(dòng)方向；(2)振子位移的大小、方向及其變化趨勢(shì)；振子位移的大小、方向及其變化趨勢(shì)；(3)由位移變化判斷由位移變化判斷a、v、Ek、Ep的變化；的變化；(4)由運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)確定位移和路程由運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)確定位移和路程(2)由題圖可知，在由題圖可知，在t2 s時(shí)，振子恰好通過(guò)平衡時(shí)，振子恰好通過(guò)平衡位置，此時(shí)加速度為零，隨著時(shí)間的延續(xù)，位移位置，此時(shí)加速度為零，隨著

12、時(shí)間的延續(xù)，位移值不斷加大，加速度的值也變大，速度值不斷變值不斷加大，加速度的值也變大，速度值不斷變小，動(dòng)能不斷減小，彈性勢(shì)能逐漸增大當(dāng)小，動(dòng)能不斷減小，彈性勢(shì)能逐漸增大當(dāng)t3 s時(shí)，加速度的值達(dá)到最大，速度等于零，動(dòng)能等時(shí)，加速度的值達(dá)到最大，速度等于零，動(dòng)能等于零，彈性勢(shì)能達(dá)到最大值于零，彈性勢(shì)能達(dá)到最大值(3)振子經(jīng)過(guò)一個(gè)周期位移為零，路程為振子經(jīng)過(guò)一個(gè)周期位移為零，路程為54 cm20 cm，前，前100 s剛好經(jīng)過(guò)了剛好經(jīng)過(guò)了25個(gè)周期，所以前個(gè)周期，所以前100 s振子位移振子位移x0，振子路程，振子路程s2025 cm500 cm5 m.【答案答案】見(jiàn)解析見(jiàn)解析 (滿分樣板滿分樣

13、板8分分)如圖如圖1116所示，光滑所示，光滑圓弧槽半徑為圓弧槽半徑為R，A為最低點(diǎn)，為最低點(diǎn)，C到到A的距離遠(yuǎn)小的距離遠(yuǎn)小于于R.兩個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的小球兩個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的小球B和和C都由靜止開(kāi)始釋都由靜止開(kāi)始釋放，要使放，要使B、C兩球在兩球在A點(diǎn)相遇問(wèn)點(diǎn)相遇問(wèn)B到到A點(diǎn)的距點(diǎn)的距離離H應(yīng)滿足什么條件？應(yīng)滿足什么條件？單擺周期公式的應(yīng)用單擺周期公式的應(yīng)用2圖圖1116【思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥】將將C球的運(yùn)動(dòng)與單擺的運(yùn)動(dòng)類(lèi)比，球的運(yùn)動(dòng)與單擺的運(yùn)動(dòng)類(lèi)比，可知可知C球做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，又因球做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，又因C球運(yùn)動(dòng)的周期性和球運(yùn)動(dòng)的周期性和重復(fù)性，重復(fù)性，B、C相遇的時(shí)間必有多解相遇的時(shí)間必有多解 一砝碼和一輕彈

14、簧構(gòu)成彈簧振子，如圖一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，如圖1117甲所示該裝置可用于研究彈簧振子的受迫振甲所示該裝置可用于研究彈簧振子的受迫振動(dòng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動(dòng)力，動(dòng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動(dòng)力，使振子做受迫振動(dòng)把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期就是驅(qū)動(dòng)使振子做受迫振動(dòng)把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期就是驅(qū)動(dòng)力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的速度就可以改變驅(qū)動(dòng)力的的速度就可以改變驅(qū)動(dòng)力的周期若保持把手不變，給周期若保持把手不變，給砝碼一向下的初速度，砝碼砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)圖象如便做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)圖象如圖乙所示圖乙所示受迫振動(dòng)和共振的應(yīng)用受迫振動(dòng)和共振的應(yīng)

15、用3圖圖1117當(dāng)把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定當(dāng)把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，砝碼的振動(dòng)圖象如圖丙所示若用時(shí)，砝碼的振動(dòng)圖象如圖丙所示若用T0表示彈表示彈簧振子的固有周期，簧振子的固有周期，T表示驅(qū)動(dòng)力的周期，表示驅(qū)動(dòng)力的周期，X表示表示受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后砝碼振動(dòng)的振幅，則受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后砝碼振動(dòng)的振幅，則(1)穩(wěn)定后，物體振動(dòng)的頻率穩(wěn)定后，物體振動(dòng)的頻率f_Hz.(2)欲使物體的振動(dòng)能量最大，需滿足什么條件？欲使物體的振動(dòng)能量最大，需滿足什么條件？答：答：_.(3)“某同學(xué)提出，我國(guó)火車(chē)大提速時(shí)，需盡可能某同學(xué)提出，我國(guó)火車(chē)大提速時(shí)，需盡可能的增加鐵軌單節(jié)長(zhǎng)度，或者是鐵軌無(wú)結(jié)頭的增加鐵軌單節(jié)長(zhǎng)度，或者是鐵軌無(wú)結(jié)頭”利利用上述所涉及的知識(shí)，請(qǐng)分析該同學(xué)所提問(wèn)題的用上述所涉及的知識(shí)，請(qǐng)分析該同學(xué)所提問(wèn)題的物理道理物理道理答：答：_.【答案答案】見(jiàn)解析見(jiàn)解析【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】物體做受迫振動(dòng)時(shí)，其振物體做受迫振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無(wú)關(guān)，當(dāng)頻率無(wú)關(guān)，當(dāng)f驅(qū)驅(qū)f固固時(shí)物體做受迫振動(dòng)的時(shí)物體做受迫振動(dòng)的振幅最大，即發(fā)生共振振幅最大，即發(fā)生共振