高中物理电磁感应选修34机械振动----机械波.pptx

选修选修3-4第第11章机械振动章机械振动 机械波机械波2014高考导航高考导航考纲展示考纲展示热点视角热点视角1.简谐运动简谐运动2.简谐运动的公式和图象简谐运动的公式和图象 3.单摆、周期公式单摆、周期公式 4.受迫振动和共振受迫振动和共振 5.机械波机械波 6.横波和纵波横波和纵波 7.横波的图象横波的图象 8.波速、波长和频率波速、波长和频率(周期周期)的关的关系系 9.波的干涉和衍射现象波的干涉和衍射现象 10.多普勒效应多普勒效应 实验十二：探究单摆的运动、用实验十二：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度单摆测定重力加速度1.本章出现大型综合题的可能性本章出现大型综合题的可能性不大考查的题型大多以选择不大考查的题型大多以选择题的形式出现，难度中等或中题的形式出现，难度中等或中等偏下等偏下2.命题频率较高的是简谐运动的命题频率较高的是简谐运动的特点和图象、波的图象以及波特点和图象、波的图象以及波长、频率和波速的关系长、频率和波速的关系3.波动图象、振动图象的区别及波动图象、振动图象的区别及转换也是考查的热点，图象题转换也是考查的热点，图象题可以综合考查考生的理解能力、可以综合考查考生的理解能力、推理能力和空间想象能力推理能力和空间想象能力.第第1讲机械振动讲机械振动本节目录本节目录基基础础再再现现对对点点自自测测知知能能演演练练轻轻巧巧夺夺冠冠考考点点探探究究讲讲练练互互动动技技法法提提炼炼思思维维升升华华要要点点透透析析直直击击高高考考基础再现对点自测基础再现对点自测知识清单知识清单一、简谐运动一、简谐运动1概概念念：质质点点的的位位移移与与时时间间的的关关系系遵遵从从_的的规规律律,即它的振动图象即它的振动图象(xt图象图象)是一条是一条_的振动的振动2简谐运动的表达式简谐运动的表达式(1)动动力力学学表表达达式式：F_，其其中中“”表表示示回回复复力力与与_的方向相反的方向相反(2)运运动动学学表表达达式式：xAsin(t),其其中中A代代表表振振幅幅,_表示简谐运动的快慢表示简谐运动的快慢,(t)代表简谐运动的代表简谐运动的_,叫做初相叫做初相正弦函数正弦函数正弦曲线正弦曲线kx位移位移2f相位相位3回复力回复力(1)定义：使物体返回到定义：使物体返回到_的力的力(2)方向：时刻指向方向：时刻指向_(3)来源：振动物体所受的沿来源：振动物体所受的沿_的合力的合力4描述简谐运动的物理量描述简谐运动的物理量平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置振动方向振动方向二、简谐运动的图象二、简谐运动的图象1物物理理意意义义：表表示示振振子子的的_随随时时间间变变化化的的规规律律，为为正正弦弦(或余弦或余弦)曲线曲线2简谐运动的图象简谐运动的图象(1)从从平平衡衡位位置置开开始始计计时时,把把开开始始运运动动的的方方向向规规定定为为正正方方向向，函数表达式为函数表达式为x_，图象如图甲所示，图象如图甲所示(2)从从正正的的最最大大位位移移处处开开始始计计时时,函函数数表表达达式式为为x_，图象如图乙所示，图象如图乙所示位移位移AsintAcost三、单摆三、单摆1定定义义：在在细细线线的的一一端端拴拴一一个个小小球球，另另一一端端固固定定在在悬悬点点上上,如如果果细细线线的的_和和_都都不不计计，球球的的直直径径比比_短得多，这样的装置叫做单摆短得多，这样的装置叫做单摆2视为简谐运动的条件：视为简谐运动的条件：_.伸缩伸缩质量质量线的长度线的长度55单单摆摆的的等等时时性性：单单摆摆的的振振动动周周期期取取决决于于摆摆长长l和和重重力力加加速度速度g，与振幅和振子，与振幅和振子(小球小球)质量都没有关系质量都没有关系四、受迫振动及共振四、受迫振动及共振1受迫振动受迫振动(1)概念：物体在概念：物体在_驱动力作用下的振动驱动力作用下的振动(2)振振动动特特征征：受受迫迫振振动动的的频频率率等等于于_的的频频率率，与与系系统的统的_无关无关周期性周期性驱动力驱动力固有频率固有频率2共振共振(1)概概念念：当当驱驱动动力力的的频频率率等等于于_时时，受受迫迫振振动动的的振幅最大的现象振幅最大的现象(2)共振的条件：驱动力的频率等于共振的条件：驱动力的频率等于_(3)共振的特征：共振时共振的特征：共振时_最大最大(4)共振曲线共振曲线(如图所示如图所示)ff0时，时，A_.f与与f0差别越大，差别越大，物体做受迫振动的振幅物体做受迫振动的振幅_.固有频率固有频率固有频率固有频率振幅振幅Am越小越小热身体验热身体验1.弹弹簧簧振振子子在在光光滑滑水水平平面面上上做做简简谐谐运运动动，在在振振子子向向平平衡衡位位置运动的过程中置运动的过程中()A振子所受的回复力逐渐增大振子所受的回复力逐渐增大B振子的位移逐渐增大振子的位移逐渐增大C振子的速度逐渐减小振子的速度逐渐减小D振子的加速度逐渐减小振子的加速度逐渐减小21.如图为一弹簧振子的振动图象如图为一弹簧振子的振动图象,由此可知由此可知()A在在t1时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最大时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最大B在在t2时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最小时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最小C在在t3时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最小时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最小D在在t4时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最大时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最大22.(2012高高考考重重庆庆卷卷)装装有有砂砂粒粒的的试试管管竖竖直直静静浮浮于于水水面面，如如图图所所示示将将试试管管竖竖直直提提起起少少许许，然然后后由由静静止止释释放放并并开开始始计计时时，在在一一定定时时间间内内试试管管在在竖竖直直方方向向近近似似做做简简谐谐运运动动若若取取竖竖直直向向上上为为正正方方向向，则则以以下下描描述述试试管管振振动动的的图图象象中中可可能能正确的是正确的是()4如如图图所所示示，在在曲曲轴轴上上悬悬挂挂一一个个弹弹簧簧振振子子，曲曲轴轴不不动动时时让让其其上上下下振振动动，振振动动周周期期为为T1.现现使使把把手手以以周周期期T2匀匀速速转转动动，T2T1，当其运动达到稳定后，则，当其运动达到稳定后，则()A弹簧振子的振幅周期为弹簧振子的振幅周期为T1B弹簧振子的振动周期为弹簧振子的振动周期为T2C要使弹簧振子的振幅增大，可以减小把手的转速要使弹簧振子的振幅增大，可以减小把手的转速D要使弹簧振子的振幅增大，可以增大把手的转速要使弹簧振子的振幅增大，可以增大把手的转速热身体验答案与解析热身体验答案与解析1.解析：选解析：选D.在振子向平衡位置运动的过程中，振子的位移逐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，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，故速度逐渐增大但加速度方向与速度方向相同，故速度逐渐增大21.解析：选解析：选B.从图象的横坐标和纵坐标可以知道此图是机械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，点在不同时刻的位置，t2和和t4是在平衡位置处，是在平衡位置处，t1和和t3是在最大是在最大位移处，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；在最大位移处，速度为零，加速度最度为零，即弹性力为零；在最大位移处，速度为零，加速度最大，即弹性力为最大，所以大，即弹性力为最大，所以B正确正确一、简谐运动图象的应用一、简谐运动图象的应用1.确确定定振振动动物物体体在在任任意意时时刻刻的的位位移移如如图图所所示示，对对应应t1、t2时时刻的位移分别为刻的位移分别为x17 cm，x25 cm.2确定振动的振幅如图振幅是确定振动的振幅如图振幅是10 cm.3确定振动的周期和频率振动图象确定振动的周期和频率振动图象上一个完整的正弦上一个完整的正弦(余弦余弦)图形在时间轴图形在时间轴上拉开的上拉开的“长度长度”表示周期表示周期由由图图可可知知，OD、AE、BF的的间间隔隔都都等等于于振振动动周周期期，T0.2 s,频率频率f1/T5 Hz.要点透析直击高考要点透析直击高考4确确定定各各质质点点的的振振动动方方向向例例如如图图中中的的t1时时刻刻，质质点点正正远远离离平平衡衡位位置置向向位位移移的的正正方方向向运运动动；在在t3时时刻刻，质质点点正正向向着着平衡位置运动平衡位置运动5比比较较各各时时刻刻质质点点加加速速度度的的大大小小和和方方向向例例如如在在图图中中t1时时刻刻质质点点位位移移x1为为正正，则则加加速速度度a1为为负负；t2时时刻刻质质点点位位移移x2为为负，则加速度负，则加速度a2为正，又因为为正，又因为|x1|x2|，所以，所以|a1|a2|.即时应用即时应用1(2013金桥高级中学质检金桥高级中学质检)一质点做简谐运动，一质点做简谐运动，其位移其位移x与时间与时间t的关系曲线如图所示，由图可知的关系曲线如图所示，由图可知()A质点振动频率是质点振动频率是4 HzBt2 s时，质点的加速度最大时，质点的加速度最大C质点的振幅为质点的振幅为4 cmDt3 s时，质点所受的合外力最大时，质点所受的合外力最大解析：选解析：选B.质点振动的周期是质点振动的周期是4 s，频率是，频率是0.25 Hz；t2 s时时,质点的位移最大，回复力最大，加速度最大；质点的振幅为质点的位移最大，回复力最大，加速度最大；质点的振幅为2 cm；t3 s时，质点的位移为零，所受的合外力为零，选时，质点的位移为零，所受的合外力为零，选项项B正确正确2对称性特征对称性特征(1)如如图图所所示示，振振子子经经过过关关于于平平衡衡位位置置O对对称称(OPOP)的的两两点点P、P时时，速速度度的的大大小小、动动能能、势势能能相相等等，相相对对于于平平衡衡位位置的位移大小相等置的位移大小相等(2)振子由振子由P到到O所用时间等于所用时间等于O到到P所用时间，即所用时间，即tPOtOP.(3)振振子子往往复复过过程程中中通通过过同同一一段段路路程程(如如OP段段)所所用用时时间间相相等等，即即tOPtPO.特特别别提提醒醒：由由于于简简谐谐运运动动具具有有周周期期性性和和对对称称性性，因因此此，涉涉及及简简谐谐运运动动时时，往往往往出出现现多多解解.分分析析问问题题时时应应特特别别注注意意物物体体在在某一位置时的速度的大小和方向、位移的大小和方向某一位置时的速度的大小和方向、位移的大小和方向.考点探究讲练互动考点探究讲练互动例例例例1 1考点考点1简谐运动的特征简谐运动的特征 如图所示，一轻弹簧与质量为如图所示，一轻弹簧与质量为m的的物体组成弹簧振子，物体在同一条竖直线物体组成弹簧振子，物体在同一条竖直线上的上的A、B间做简谐运动，间做简谐运动，O为平衡位置，为平衡位置，C为为AO的中点，已知的中点，已知COh，弹簧的劲，弹簧的劲度系数为度系数为k.某时刻物体恰好以大小为某时刻物体恰好以大小为v的的速速度度经经过过C点点并并向向上上运运动动则则以以此此时时刻刻开开始始半半个个周周期期的的时时间间内，对质量为内，对质量为m的物体，下列说法正确的是的物体，下列说法正确的是()A重力势能增加了重力势能增加了2mghB回复力做功为回复力做功为2mghC速度的变化量的大小为速度的变化量的大小为2vD通过通过A点时回复力的大小为点时回复力的大小为kh【思路点拨思路点拨】解答本题应把握以下三点：解答本题应把握以下三点：(1)简谐运动具有对称性简谐运动具有对称性(2)重力做功与路径无关重力做功与路径无关(3)速度是矢量，速度变化按矢量运算法则速度是矢量，速度变化按矢量运算法则【解析解析】作出弹簧振子的振动图象如图作出弹簧振子的振动图象如图所示所示,由于振动的周期性和对称性由于振动的周期性和对称性,在半个在半个周期内弹簧振子将运动到周期内弹簧振子将运动到O点下方的点下方的D点，点，C、D两点相对平衡位置两点相对平衡位置O对称，因此弹簧对称，因此弹簧振振子子的的高高度度降降低低了了2h，重重力力做做功功2mgh，故故弹弹簧簧振振子子的的重重力力势势能能减减少少了了2mgh，A项项错错误误；回回复复力力是是该该振振子子所所受受的的合合外外力力，由由对对称称关关系系知知，弹弹簧簧振振子子过过D点点的的速速度度大大小小与与过过C点点时时相相等等，方方向向竖竖直直向向下下，因因此此回回复复力力做做的的功功等等于于弹弹簧簧振振子子动动能能的的改改变变量量为为零零，而而速速度度的的变变化化为为vv(v)2v，B错错，C对对；弹弹簧簧振振子子通通过过A点点时时相相对对平平衡衡位位置置的的位位移移为为2h，因此回复力因此回复力Fkx2kh，D项错项错【答案答案】C考点考点2简谐运动的图象与公式简谐运动的图象与公式 (2013启启东东中中学学高高三三质质检检)一一质质点点做做简简谐谐运运动动的的图图象象如图所示，下列说法正确的是如图所示，下列说法正确的是()A质点振动频率是质点振动频率是4 HzB在在10 s内质点经过的路程是内质点经过的路程是20 cmC第第4 s末质点的速度是零末质点的速度是零D在在t1 s和和t3 s两时刻，质点位移大小相等、方向相同两时刻，质点位移大小相等、方向相同例例2【解析解析】读图可知，该简谐运动的周期为读图可知，该简谐运动的周期为4s，频率为，频率为0.25 Hz，在在10 s内内质质点点经经过过的的路路程程是是2.54A20 cm.第第4 s末末的的速速度度最最大大在在t1 s和和t3 s两两时时刻刻，质质点点位位移移大大小小相相等、方向相反等、方向相反【答案答案】B思维建模思维建模单摆模型的应用单摆模型的应用【范范例例】(12分分)如如图图所所示示，在在水水平平地地面面上上有有一一段段光光滑滑圆圆弧弧形形槽槽，弧弧的的半半径径是是R，所所对对圆圆心心角角小小于于10，现现在在圆圆弧弧的的右侧边缘右侧边缘M处放一个小球处放一个小球A，使其，使其由静止下滑由静止下滑，则：，则：(1)小小球球由由M至至O的的过过程程中中所所需需时时间间t为为多多少少？在在此此过过程程中中能量如何转化能量如何转化(定性说明定性说明)?(2)若在圆弧的最低点若在圆弧的最低点O的正上方的正上方h处由静止释处由静止释放小球放小球B，让其自由下落，同时，让其自由下落，同时A球从圆弧右球从圆弧右侧由静止释放，侧由静止释放，欲使欲使A、B两球在圆弧最低点两球在圆弧最低点O处相遇处相遇，则，则B球下落的高度球下落的高度h是多少？是多少？技法提炼思维升华技法提炼思维升华知能演练轻巧夺冠知能演练轻巧夺冠本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放