第1讲 机械振动 课件 2027届高考物理一轮复习

这是一份第1讲 机械振动 课件 2027届高考物理一轮复习，共50页。PPT课件主要包含了第1讲机械振动，回复力，平衡位置，简谐运动的五个特征，初相位，驱动力，固有频率等内容，欢迎下载使用。
课程标准　1.知道简谐运动的概念,掌握简谐运动的特征,理解简谐运动的表达式和图像。2.知道什么是单摆,熟记单摆的周期公式。3.理解受迫振动和共振的概念,了解产生共振的条件。
考点1　简谐运动的基本特征
1.简谐运动:如果物体的________与_______关系遵从正弦函数的规律,即它的振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线,这样的振动就叫作简谐运动。2.平衡位置:物体在振动过程中__________为零的位置。3.回复力(1)定义:使物体在__________附近做往复运动的力。(2)方向:总是指向__________。
简谐运动基本物理量的分析 如图所示,小球在BC之间做简谐运动,当小球位于O点时,弹簧处于原长,在小球从C运动到O的过程中(　　)A.动能不断增大,加速度不断减小B.回复力不断增大,系统机械能守恒C.弹性势能不断减小,加速度不断增大D.弹性势能不断增大,加速度不断减小
[解析]　做简谐运动的小球,从C到O的过程中逐渐靠近平衡位置,速度方向指向平衡位置,弹簧弹力充当回复力,也指向平衡位置,故速度方向与受力方向相同,所以合力做正功,动能增大;同时由于偏离平衡位置的位移减小,由回复力公式F=-kx可知,回复力逐渐减小,根据牛顿第二定律可知F=-kx=ma,故加速度不断减小,故A正确;由上述分析可知回复力不断减小,整个系统只有系统内的弹簧弹力做功,故系统的机械能守恒,故B错误;在小球从C到O的过程中,弹簧形变量逐渐减小,故弹性势能逐渐减小,同时由上述分析可知,加速度也逐渐减小,故C、D错误。
简谐运动的周期性和对称性 如图所示,一质点做简谐运动,先后以相同的速度依次通过M、N两点,历时1 s,质点通过N 点后再经过1 s又第2次通过N点,在这2 s内质点通过的总路程为12 cm。质点的振动周期和振幅分别为(　　)A.3 s,6 cm　　　　B.4 s,6 cmC.4 s,9 cmD.2 s,8 cm
考点2　简谐运动的表达式和图像
1.简谐运动的表达式x=__________,ωt+φ为_____,φ为________,ω为圆频率,ω与周期T的关系为ω=__________。
Asin(ωt+φ)
2.简谐运动的振动图像表示做简谐运动的物体的_____随时间变化的规律,是一条正弦曲线。
1.由振动图像可获取的信息(1)振幅A、周期T(或频率f )和初相位φ0(如图所示)。
(2)某时刻振动质点离开平衡位置的位移。(3)某时刻质点速度的大小和方向:曲线上各点切线的斜率的大小(即此切点的导数)和正负分别表示各时刻质点的速度大小和方向,速度的方向也可根据下一个相邻时刻质点的位移的变化来确定。(4)某时刻质点的回复力和加速度的方向:回复力总是指向平衡位置,回复力和加速度的方向相同。(5)某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势能的变化情况。
1.简谐运动的振动图像描述的是振动质点的轨迹。( )2.简谐运动的振动图像一定是正弦(或余弦)曲线。( )3.根据简谐运动的图像可以判断质点在某一时刻的位移大小、振动方向。( )
(2026·湖北襄阳模拟)某同学找来粗细均匀的圆柱形木棒,下端绕上铁丝,将其竖直浮在装有水的杯子中,如图所示。竖直向下按压5 cm后静止释放,木棒开始在液体中上下振动(不计液体黏滞阻力),其运动可视为简谐运动,测得其振动周期为4 s,以竖直向上为正方向,某时刻开始计时,其振动图像如图所示。其中A为振幅,则木棒在振动过程中,下列说法正确的是(　　)
考点3　单摆及其周期公式的应用
1.如果细线的长度不可改变,细线的质量与小球相比可以忽略,球的直径与线的长度相比也可以忽略,这样的装置叫作单摆。(如图所示)
(2)g为当地重力加速度。说明:当单摆处于月球上时,重力加速度为g月;当单摆处于超重或失重状态时,重力加速度为等效重力加速度。5.单摆的等时性:单摆的振动周期取决于______和_______________,与振幅和摆球质量_______。
1.单摆在任何情况下的运动都是简谐运动。( )2.单摆的振动周期由摆球的质量和摆角共同决定。( )3.当单摆的摆球运动到最低点时,回复力为零,所受合力为零。( )4.单摆在做简谐运动时,摆球的机械能是守恒的。( )
(人教版选择性必修第一册P50T3改编)(多选)学校实验室中有甲、乙两单摆, 其振动图像为如图所示的正弦曲线,则下列说法正确的是(　　)A.甲、乙两单摆的摆球质量之比是1∶2B.甲、乙两单摆的摆长之比是1∶4C.t=1.5 s时,两摆球的速度方向相同D.t=1.5 s时,两摆球的加速度方向相同
(2025·四川卷)如图所示,甲、乙、丙、丁四个小球用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上,从左至右摆长依次增加,小球静止在纸面所示竖直平面内。将四个小球垂直于纸面向外拉起一小角度,由静止同时释放。释放后，小球都做简谐运动。当小球甲完成2个周期的振动时,小球丙恰好到达与小球甲同侧最高点,同时小球乙、丁恰好到达另一侧最高点，则(　　)
A.小球甲第一次回到释放位置时,小球丙加速度为零B.小球丁第一次回到平衡位置时,小球乙动能为零C.小球甲、乙的振动周期之比为3∶4D.小球丙、丁的摆长之比为1∶2
(2024·甘肃卷)如图所示为某单摆的振动图像,重力加速度g 取10 m/s2,下列说法正确的是(　　)A.摆长为1.6 m,起始时刻速度最大B.摆长为2.5 m,起始时刻速度为零C.摆长为1.6 m, A、C点的速度相同D.摆长为2.5 m, A、B点的速度相同
考点4　受迫振动和共振
1.受迫振动(1)概念:系统在驱动力作用下的振动。(2)振动特征:物体做受迫振动达到稳定后,物体振动的频率等于_________的频率,与物体的固有频率______。2.共振(1)概念:当驱动力的频率等于物体的__________时,物体做受迫振动的振幅达到_______的现象。(2)共振的条件:驱动力的频率等于物体的__________。
(3)共振的特征:共振时_______最大。(4)共振曲线(如图所示)f=f0时,A=____,f与f0相差越大,物体做受迫振动的振幅_______。
1.物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率有关。( )2.物体在发生共振时的振动是受迫振动。( )3.驱动力的频率越大,物体做受迫振动的振幅越大。( )4.驱动力的频率与固有频率越接近,物体做受迫振动的振幅越大。( )
(人教版选择性必修第一册P60T6改编)(多选)把一个筛子用四根弹簧支撑起来,筛子上装一个电动偏心轮,它每转一周,给筛子一个驱动力,这就做成了一个共振筛,如图甲所示。该共振筛的共振曲线如图乙所示。已知增大电压,可使偏心轮转速提高;增加弹簧的劲度系数,可减小筛子的固有周期。现在,在某电压下偏心轮的转速是60 r/min。为使共振筛的振幅增大,以下做法可行的是(　　)
A.降低输入电压B.增加输入电压C.更换劲度系数更大的弹簧D.更换劲度系数更小的弹簧
(多选)两单摆分别在受迫振动中的共振曲线如图所示,则下列说法正确的是(　　)
A.若两摆的受迫振动分别在月球上和地球上进行,且摆长相同,则图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线B.若两摆的受迫振动是在地球上同一地点进行,则两摆摆长之比lⅠ∶lⅡ=25∶4C.若图线Ⅱ表示在地球上完成的,则该单摆的摆长约为1 mD.若摆长均为1 m,则图线Ⅰ表示在地球上完成的
(2026·黑龙江大庆质检)如图所示,学校门口水平路面上两减速带的间距为2 m,若某汽车匀速通过该减速带,其车身悬挂系统(由车身与轮胎间的弹簧及避震器组成)的固有频率为2 Hz,则下列说法正确的是(　　)A.汽车行驶的速度越大,颠簸得越厉害B.汽车行驶的速度越小,颠簸得越厉害C.当汽车以3 m/s的速度行驶时,颠簸得最厉害D.当汽车以4 m/s的速度行驶时,颠簸得最厉害[解析]　由于v=xf=4 m/s,因此当汽车以4 m/s的速度行驶时,通过减速带的频率与汽车的固有频率相同,发生共振,汽车颠簸得最厉害,故D正确。