2023高考物理人教A版（2019）大一轮复习--9.1　机械振动（课件）

这是一份2023高考物理人教A版（2019）大一轮复习--9.1　机械振动（课件），共60页。PPT课件主要包含了课标要求，备考指导，内容索引，知识巩固，整合构建，ABC等内容，欢迎下载使用。
1.通过实验,认识简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动。2.通过实验,探究单摆的周期与摆长的定量关系。知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。会用单摆测量重力加速度的大小。3.通过实验,认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件以及共振技术的应用。4.通过观察,认识波的特征。能区别横波和纵波。能用图像描述横波。理解波速、波长和频率的关系。5.知道波的反射和折射现象。通过实验,了解波的干涉、衍射现象。6.通过实验,认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。能列举多普勒效应的应用实例。
1.结合单摆和弹簧振子模型、受迫振动特点和共振条件,利用运动学、动力学、能量等知识综合考查。2.能够用波长、频率和波速的关系进行相关计算,掌握波的图像和振动图像的特点,并能进行相互转换,注意结果的多解性,体现科学思维能力。3.了解波的干涉、衍射现象和多普勒效应,知道形成加强点和减弱点的原理,培养正确物理观念与学科思维。4.通过实验和计算,掌握简谐运动公式和规律的运用,突出科学探究素养的形成。
第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
第三环节　核心素养提升
1.概念(1)从运动学角度:如果物体的位移与时间的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,这样的振动是一种简谐运动。(2)如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比,并且总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动。2.平衡位置物体在振动过程中回复力为零的位置。
3.简谐运动的回复力(1)概念:做简谐运动的物体偏离平衡位置时,会受到一个迫使它回到平衡位置的力,正是在这个力的作用下,物体在平衡位置附近做往复运动,我们把这样的力称为回复力。(2)方向:时刻指向平衡位置。(3)来源:属于效果力,可以是某一个力,也可以是几个力的合力或某个力的分力。
4.简谐运动的两种模型
5.描述简谐运动的物理量
追本溯源做简谐运动的物体的位移与做直线运动的物体的位移有什么区别?简谐运动在一个周期内,质点的路程和振幅有什么关系?提示 简谐运动的位移是以平衡位置为起始点,指向末位置的,与位置对应,是时刻的函数;直线运动的位移是以物体的初始位置为起始点,指向末位置的,与过程对应,是时间的函数。简谐运动在一个周期T内,质点的路程等于4个振幅。
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叫作初相位。2.简谐运动的图像(1)从平衡位置开始计时,函数表达式为x=Asin ωt,图像如图甲所示。 (2)从最大位移处开始计时,函数表达式为x=Acs ωt,图像如图乙所示。
1.受迫振动系统在驱动力作用下的振动。物体做受迫振动达到稳定后,物体振动的频率(或周期)等于驱动力的频率(或周期),与物体的固有频率(或周期)无关。2.共振做受迫振动的物体,当驱动力的频率等于固有频率时,物体做受迫振动的振幅达到最大值,这种现象称为共振。共振曲线如图所示。
1.思考判断(1)简谐运动平衡位置就是质点所受合力为零的位置。(　　)(2)做简谐运动的质点先后通过同一点,回复力、速度、加速度、位移都是相同的。(　　)(3)做简谐运动的质点,速度增大时,加速度可能增大。(　　)(4)简谐运动的周期与振幅成正比。(　　)(5)单摆在任何情况下的运动都是简谐运动。(　　)(6)物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率无关。(　　)
2.做简谐运动的弹簧振子,每次通过平衡位置与最大位移处之间的某点时,下列哪组物理量完全相同(　　)A.回复力、加速度、速度B.回复力、加速度、动能C.回复力、速度、弹性势能D.加速度、速度、机械能
3.(多选)下列关于简谐运动的说法正确的是(　　)A.伽利略首先发现单摆摆动的等时性,惠更斯制作了第一台摆钟B.平衡位置就是物体不振动时所处的位置,物体在平衡位置时回复力为零但合力不一定为零C.回复力与位移满足 F=-kx 这个方程的机械振动就是简谐运动,其中 k是指弹簧劲度系数D.做受迫振动时,驱动力的频率越大,受迫振动的振幅越大
解析:伽利略首先发现单摆摆动的等时性,惠更斯制作了第一台摆钟,A正确。平衡位置就是物体不振动时所处的位置,物体在平衡位置时回复力为零但合力不一定为零,比如单摆到达平衡位置时,合力指向圆心,作为圆周运动的向心力,B正确。回复力与位移满足F=-kx这个方程的机械振动就是简谐运动,其中k是一个比例系数,不一定是指弹簧劲度系数,C错误。做受迫振动时,驱动力的频率越接近固有频率,振幅越大,当驱动力的频率等于固有频率时,振幅最大,D错误。
4.下图为某弹簧振子在0~5 s内的振动图像,由图可知,下列说法正确的是(　　) A.振动周期为5 s,振幅为8 cmB.第2 s末振子的速度为零,加速度为负向的最大值C.从第1 s末到第2 s末振子的位移增大,振子在做加速度减小的减速运动D.第3 s末振子的速度为正向的最大值
解析:由题图可知振动周期为4 s,振幅为8 cm,选项A错误。第2 s末振子在最大位移处,速度为零,位移为负,加速度为正向的最大值,选项B错误。从第1 s末到第2 s末振子的位移增大,振子在做加速度增大的减速运动,选项C错误。第3 s末振子在平衡位置,向正方向运动,速度为正向的最大值,选项D正确。
5.(2021·山东济南高三二模)2020年12月17日凌晨,嫦娥五号到月球“挖土”成功返回。若探测器携带了一个在地球上振动周期为T0的单摆,并在月球上测得单摆的周期为T,已知地球的半径为R0,月球的半径为R,忽略地球、月球的自转,则地球第一宇宙速度v0与月球第一宇宙速度v之比为(　　)
思维点拨(1)根据简谐运动的特点确定平衡位置,再由题意确定位移变化。(2)由回复力、加速度、速度变化与位移变化关系判断各物理量的变化;重力势能变化情况根据弹簧形变量的变化情况确定。(3)计算框架刚好不离开桌面时的弹簧压缩量,以及小球在平衡位置时弹簧的伸长量,二者之和即为铁球的最大振幅。
方法归纳分析简谐运动中各物理量的变化情况时,一定要以位移为桥梁,位移增大时,振动质点的回复力、加速度、势能均增大,速度、动能均减小;反之,则产生相反的变化。另外,各矢量均在其值为零时改变方向。
考向2 单摆模型【典例2】 某实验小组在研究单摆时改进了实验方案,将一力传感器连接到计算机上。如图甲所示,O点为单摆的固定悬点,现将小摆球(可视为质点)拉至A点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,则摆球将在竖直平面内的A、C之间来回摆动,其中B点为运动中的最低位置,∠AOB=∠COB=α,α小于5°且是未知量。同时由计算机得到了摆线对摆球的拉力大小F随时间t变化的曲线如图乙所示,Fmax、Fmin、t1、t2均为已知量,t=0时刻摆球从A点开始运动,重力加速度为g。根据题中(包括图中)所给的信息可知,下列说法正确的是(　　)
A.该单摆的周期为t1B.根据题中(包括图中)所给的信息可求出摆球的质量C.根据题中(包括图中)所给的信息不能求出摆球在最低点B时的速度D.若增加摆球的质量,单摆的周期变长
思维点拨利用图乙求周期;分别在A、B两点应用向心力公式,再结合机械能守恒可得摆球质量;应用向心力公式求出B点的速度表达式,然后判断是否能够用题中所给已知量得到B点速度;应用单摆周期公式判断质量对周期是否有影响。
2.摆球质量一定、摆长为l的单摆竖直悬挂在升降机内,在升降机以恒定的加速度a(a