高考物理 第1讲 机械振动考点知识总复习教案51 选修3－4

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1、选修3－4　第一章　机械振动与机械波第1讲　机械振动简谐运动　Ⅰ(考纲要求)　单摆、单摆的周期公式　Ⅰ(考纲要求)1．简谐运动(1)定义：物体在跟位移大小成正比并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动．(2)简谐运动的特征①动力学特征：F回＝－kx.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．2．简谐运动的两种模型模型弹簧振子单摆示意图简谐运动条件(1)弹簧质量可忽略(2)无摩擦等阻力(3)在弹簧弹性限度内(1)摆线

2、为不可伸缩的轻细线(2)无空气等阻力(3)最大摆角小于5°回复力弹簧的弹力提供摆球重力沿与摆线垂直(即切向)方向的分力平衡位置弹簧处于原长处最低点周期与振幅无关T＝2π能量转化弹性势能与动能的相互转化，机械能守恒重力势能与动能的相互转化，机械能守恒1．五个概念(1)回复力：使振动物体返回平衡位置的力．(2)平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置．(3)位移x：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段，是矢量．(4)振幅A：振动物体离开平衡位置的最大距离，表示振动的强弱，是标量．(5)周期T和频率

3、f：表示振动快慢的物理量．2．三个特征(1)受力特征：F＝－kx.(2)运动特征：a＝－x.(3)能量特征：系统机械能守恒．简谐运动的公式和图象　Ⅱ(考纲要求)1.简谐运动的表达式(1)动力学表达式：F＝－kx，其中“－”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．2．简谐运动的图象(1)从平衡位置开始计时，函数表达式为x＝Asinωt，图象如图1－1－1甲所示．图1－1－1(2)

4、从最大位移处开始计时，函数表达式为x＝Acosωt，图象如图1－1－1乙所示．受迫振动和共振　Ⅰ(考纲要求)1.自由振动、受迫振动和共振的比较　　　振动类形项目　　自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力周期性驱动力作用周期性驱动力作用振动周期或频率由系统本身性质决定，即固有周期或固有频率由驱动力的周期或频率决定，即T＝T驱或f＝f驱T驱＝T固或f驱＝f固振动能量振动物体的机械能不变由产生驱动力的物体提供，机械能不守恒振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆(摆角θ<5°)机械工作时底座发生的振动

5、共振筛、转速计等2.共振曲线图1－1－2如图1－1－2所示，横坐标为驱动力频率f驱，纵坐标为振幅A.它直观地反映了驱动力频率对受迫振动振幅的影响，由图可知，f驱与f固越接近，振幅A越大，当f驱＝f固时，振幅A最大.实验：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度注意事项1．悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证顶点固定．2．强调在同一平面内振动且摆角小于5°.3．选择在摆球摆到平衡位置处时开时计时，并数准全振动的次数．4．小球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长l，用游标卡尺测量小球的直径，然后算出摆球的半

6、径r，则摆长L＝l＋r.5．选用一米左右的细线．1．弹簧振子在光滑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解析　分析这类问题，关键是首先抓住回复力与位移的关系，然后运用牛顿运动定律逐步分析．在振子向平衡位置运动的过程中，振子的位移逐渐减小，因此，振子所受回复力逐渐减小，加速度逐渐减小，但加速度方向与速度方向相同，故速度逐渐增大．答案　D图1－1－32．一质点做简谐运动时，其振动图象如图1

7、－1－3所示．由图可知，在t1和t2时刻，质点运动的(　　)．A．位移相同B．回复力相同C．速度相同D．加速度相同解析　从题图中可以看出在t1和t2时刻，质点的位移大小相等、方向相反．则有，在t1和t2时刻质点所受的回复力大小相等、方向相反，加速度大小相等、方向相反，A、B、D错误；在t1和t2时刻，质点都是从负最大位移向正最大位移运动，速度方向相同，由于位移大小相等，所以速度大小相等，C正确，本题答案为C.答案　C图1－1－43．图1－1－4为一弹簧振子的振动图象，由此可知(　　)．A．在t1时刻

8、，振子的动能最大，所受的弹性力最大B．在t2时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最小C．在t3时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最小D．在t4时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最大解析　从图象的横坐标和纵坐标可以知道此图是机械振动图象，将它与机械波的图象区分开，它所描述的是一个质点在不同时刻的位置，t2和t4是在平衡位置处，t1和t3是在最大位移处，头脑中应出现一幅弹簧振子振动的实物图象，根据弹簧振子振动的特征，弹簧振子在平衡位置时的速度最大，加速度为零，即弹性力为零；