2023版高考物理一轮总复习专题12机械振动光学第1讲机械振动振动图像课件

这是一份2023版高考物理一轮总复习专题12机械振动光学第1讲机械振动振动图像课件，共49页。PPT课件主要包含了正弦函数，正弦曲线，－kx，平衡位置，振动方向，最大距离，全振动，单位时间，不同状态，线的长度等内容，欢迎下载使用。

第1讲　机械振动、振动图像
必 备 知 识·深 悟 固 基
一、简谐运动1．概念质点的位移与时间的关系遵从__________的规律，即它的振动图像(x－t图像)是一条__________的振动．
2．简谐运动的表达式(1)动力学表达式：F＝________，其中“－”表示回复力与________的方向相反．(2)运动学表达式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝________表示简谐运动的快慢，(ωt＋φ)代表简谐运动的________，φ叫作初相．3．回复力(1)定义：使物体返回到__________的力．(2)方向：时刻指向__________．(3)来源：振动物体所受的沿__________的合力．
4．描述简谐运动的物理量
二、单摆1．定义(1)在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，如果细线的________和________都不计，球的直径比_________短得多，这样的装置叫作单摆．(2)视为简谐运动的条件：________.
三、受迫振动及共振1．受迫振动系统在________作用下的振动．做受迫振动的物体，它的周期(或频率)等于________周期(或频率)，而与物体的固有周期(或频率)________关．
2．共振做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者________时，振幅达到最大，这就是共振现象．共振曲线如图所示．
(1)简谐运动是变加速运动．(2)简谐运动的图像描述的是振动质点位移随时间的变化规律而不是质点的运动轨迹．(3)弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零、动能最大．(4)物体做受迫振动的频率一定等于驱动力的频率，但不一定等于系统的固有频率，固有频率由系统本身决定．
1．[简谐振动的特点](多选)下列关于简谐运动的说法正确的是(　　)A．速度和加速度第一次同时恢复为原来大小和方向所经历的过程为一次全振动B．位移的方向总跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同C．一个全振动指的是动能或势能第一次恢复为原来大小所经历的过程D．位移减小时，加速度减小，速度增大【答案】AD
3．[单摆](多选)下列说法正确的是(　　)A．在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比B．弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变C．在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单摆做简谐振动的周期越小D．系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率【答案】ABD
4．[共振](多选)某振动系统的固有频率为f0，在周期性驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为f.若驱动力的振幅保持不变，则下列说法正确的是(　　)A．当ff0时，该振动系统的振幅随f减小而增大C．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0D．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f【答案】BD　
【解析】受迫振动的振幅A随驱动力的频率变化的规律如图所示，显然A错误，B正确；稳定时系统的频率等于驱动力的频率，即C错误，D正确．
关 键 能 力·突 破 要 点
考点1　简谐运动的特征　[基础考点]
1．动力学特征F＝－kx，“－”表示回复力的方向与位移方向相反，k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、Ek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．
5．能量特征振动的能量包括动能Ek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．(2021年河北卷)如图所示，一弹簧振子沿x轴做简谐运动，振子零时刻向右经过A点，2 s后第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，2 s内经过的路程为0.4 m．该弹簧振子的周期为______s，振幅为________m.【答案】4　0.2　
【解析】根据简谐运动对称性可知，振子零时刻向右经过A点，2 s 第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，则A、B两点关于平衡位置对称，而振动经过了半个周期的运动，则周期为T＝2t＝4 s．从A到B经过了半个周期的振动，路程为s＝0.4 m，而一个完整的周期路程为0.8 m，为4个振幅的路程，有4A＝0.8 m，解得振幅为A＝0.2 m.
3．(多选)弹簧振子做简谐运动，O为平衡位置，当它经过点O时开始计时，经过0.3 s第一次到达点M，再经过0.2 s第二次到达点M，则弹簧振子的周期不可能为(　　)A．0.53 s　　B．1.4 sC．1.6 s　　D．2 s【答案】BD
考点2　简谐运动的图像　[基础考点]
1．对简谐运动图像的认识(1)简谐运动的图像是一条正弦或余弦曲线，如图所示．(2)图像反映的是位移随时间变化的规律，随时间的增加而延伸，图像不代表质点运动的轨迹．
2．图像信息(1)得出质点做简谐运动的振幅、周期和频率．(2)确定某时刻质点离开平衡位置的位移．(3)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像上总是指向t轴．(4)确定某时刻质点速度的方向：斜率为正，速度方向向上；斜率为负，速度方向向下．(5)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．
2．(多选)如图甲所示，弹簧振子以点O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，下列说法错误的是(　　)A．t＝0.8 s时，振子的速度方向向左B．t＝0.2 s时，振子在O点右侧6 cm处C．t＝0.4 s和t＝1.2 s时，振子的加速度完全相同D．t＝0.4 s到t＝0.8 s的时间内，振子的速度逐渐减小【答案】BCD
考点3　受迫振动和共振　[基础考点]
1．自由振动、受迫振动和共振的关系比较
2．对共振的理解(1)共振曲线：如图所示，横坐标为驱动力频率f，纵坐标为振幅A.它直观地反映了驱动力频率对某固有频率为f0的振动系统受迫振动振幅的影响，由图可知，f与f0越接近，振幅A越大；当f＝f0时，振幅A最大．(2)受迫振动中系统能量的转化：做受迫振动的系统的机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换．
1．(2021年浙江选考)(多选)为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，如图甲、乙所示．则(　　)
A．针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同B．随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大
C．打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率相同D．稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同【答案】AD
2．一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力频率f的关系)如图所示，则(　　)A．此单摆的固有周期约为0.5 sB．此单摆的摆长约为1 mC．若摆长增大，单摆的固有频率增大D．若摆长增大，共振曲线的峰值将向右移动【答案】B
3．如图所示，一个竖直圆盘转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动一个T形支架在竖直方向振动，T形支架的下面系着一个弹簧和小球组成的振动系统，小球浸没在水中；当圆盘转动一会静止后，小球做________(填“阻尼”“自由”或“受迫”)振动；若弹簧和小球构成的系统振动频率约为3 Hz，现使圆盘以4 s的周期匀速转动，经过一段时间后，小球振动达到稳定，小球的振动频率为________Hz；逐渐改变圆盘的转动周期，当小球振动的振幅达到最大时，此时圆盘的周期为________s.
【答案】阻尼　0.25　0.33
考点4　单摆周期公式　[基础考点]
2．(2021年杭州模拟)(多选)如图甲所示是一单摆(由轻绳和球A组成)某次做简谐运动的图像．若将该单摆悬挂在O点，平衡时球A正好与粗糙水平地面接触(无弹力)．现将球A拉到轻绳与竖直方向夹角为53°的位置由静止释放(轻绳恰好伸直)，同时将球B(与A球完全一样)放在水平地面上且正好在O点的正下方(如图乙所示)．设球A与球B发生的是弹性正碰，碰撞时间极短，球B与地面的动摩擦因数为0.5，下列说法正确的是(题中取π2＝10)(　　)
C．由于地面粗糙，所以两球碰撞过程中不可以认为两球组成的系统动量守恒D．碰撞后，球B能前进的距离为0.512 m【答案】AD