新教材2023_2024学年高中物理第2章机械振动本章整合课件教科版选择性必修第一册

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本章整合突破一　简谐运动的周期性与对称性1.周期性做简谐运动的物体经过一个周期或几个周期后,能回复到原来的状态。2.对称性如图所示,物体在A和B之间运动,O点为平衡位置,C和D两点关于O点对称,则:(1)时间对称:①振动质点来回通过相同的两点间经过的时间相等,如tDB=tBD;②质点经过关于平衡位置对称的两线段的时间相等,如图中tOB=tOA,tOD=tOC,tDB=tCA。(2)速度对称:①物体连续两次经过同一点(如D点)的速度大小相等,方向相反;②物体经过关于O点对称的两点(如C与D)的速度大小相等,方向可能相同,也可能相反。【例1】 一个质点在平衡位置O点的附近做简谐运动,它离开O点后运动3 s时间第一次经过M点,再运动2 s第二次经过M点,则该质点再运动　　　 s第三次经过M点。若该质点由O点出发在20 s内经过的路程是20 cm,则质点做简谐运动的振幅为　　　 cm。 解析 作出该质点做简谐运动的图像,如图所示,M点的位置可能有两个,即如图所示的M1或M2。特别提示　应用周期性解答简谐运动的方法(1)若t2-t1=nT,则t1、t2两时刻振动物体在同一位置,运动情况相同。物体到达平衡位置;当t1时刻物体在平衡位置时,t2时刻物体到达最大位移处;若t1时刻物体在其他位置,t2时刻物体到达何处要视具体情况而定。突破二　单摆周期公式的理解和应用【例2】 如图所示,长为l的细绳下方悬挂一小球a,绳的另一端固定在天花板上O点处,在O点正下方 l的O'处有一固定细铁钉。将小球向右拉开,使细绳与竖直方向成一小角度(约为2°)后由静止释放,并从释放时开始计时,当小球a摆至最低位置时,细绳会受到铁钉的阻挡。设小球相对于其平衡位置的水平位移为x,向右为正。下列图像中,能描述小球在开始一个周期内的x-t关系的是　　　　　。  A解析 由单摆的周期公式T=2π 可知,小球在钉子右侧时的振动周期为在钉子左侧时振动周期的2倍,故B、D错误;由机械能守恒定律可知,小球在左、右最大位移处时,距离最低点的高度相同,但由于摆长不同,所以小球在左、右两侧摆动时相对平衡位置的最大水平位移不同,当小球在钉子右侧摆动时,最大水平位移较大,故A正确,C错误。突破三　受迫振动与共振问题的理解和应用【例3】 如图所示,在曲轴A上悬挂一个弹簧振子,转动把手,曲轴可以带动弹簧振子上下振动。(1)开始时不转动把手,用手向下拉振子,然后放手让振子上下振动,测得振子在10 s内完成20次全振动。若不考虑摩擦力和空气阻力,振子做什么振动?其周期和固有频率各是多少?若考虑摩擦力和空气阻力,振子做什么振动?(2)在振子正常振动过程中,以4 r/s的转速匀速转动把手,振子的振动稳定后,做什么振动?其周期是多少?答案 (1)简谐运动　0.5 s　2 Hz　阻尼振动(2)受迫振动　0.25 s