1、课标版 物理第 1讲 机械振动一、简谐运动1.定义 :物体在跟位移大小成正比并且总是指向 的回复力作用下的振动。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 :使物体返回到 的力。(2)方向 :总是指向 。(3)来源 :属于 力 ,可以是某一个力 ,也可以是几个力的 或是某个力的 。教材研读平衡位置回复力平衡位置平衡位置合力分力效果弹簧振子 单摆示意图简谐运动条件(1)弹簧质量可忽略(2)无摩擦等阻力(3)在弹簧弹性限度内(1)摆线为不可伸缩的轻细线(2)无空气等阻力(3)最大摆角小于 5回复力 弹簧的 提供 摆球 沿与摆线垂直 (即切向 )方向的分力平衡位置 弹簧处于
2、处 最低点周期 与振幅无关 T=2 能量转化 弹性势能与动能的相互转化 ,机械能守恒重力势能与动能的相互转化 ,机械能守恒4.简谐运动的两种模型弹力 重力原长自测 1 (辨析题 )(1)简谐运动中的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 ,其加速度一定减小。 ( )答案 (1) (2) (3)自测 2 某单摆由 1 m长的摆线连接一个直径 2 cm的铁球组成 ,关于单摆周期 ,以下说法正确的是 ( )A.用等大的铜球替代铁球 ,单摆的周期不变B.用大球替代小球 ,单摆
3、的周期不变C.摆角从 5改为 3,单摆的周期会变小D.将单摆从赤道移到北极 ,单摆的周期会变大答案 A 根据单摆周期公式和单摆简谐运动的等时性可知 ,用等大的铜球替代铁球 ,单摆的周期不变 ;摆角从 5改为 3,单摆的周期不变 ;用大球替代小球 ,摆长增大 ,单摆的周期增大 ,将单摆从赤道移到北极 ,重力加速度增大 ,单摆的周期会变小 ,A正确 ,B、 C、 D错误。二、简谐运动的公式和图像1.简谐运动的表达式(1)动力学表达式 :F= ,其中 “-”表示回复力与位移的方向相反。(2)运动学表达式 :x= ,其中 A代表振幅 ,=2f表示简谐运动的快慢 ,(t+)代表简谐运动的相位 ,叫做 。
4、2.简谐运动的图像(1)从 开始计时 ,函数表达式为 x=A sin t,图像如图甲所示。(2)从 开始计时 ,函数表达式为 x=A cos t,图像如图乙所示。-kxA sin (t+)初相平衡位置最大位移处自测 3 (多选 )如图所示为一水平弹簧振子做简谐运动的振动图像 ,由图可以推断 ,振动系统 ( )A.t1和 t3时刻具有相等的动能和相同的加速度B.t3和 t4时刻具有相同的速度C.t4和 t6时刻具有相同的位移和速度D.t1和 t6时刻具有相等的动能和相反方向的速度答案 AB 由图像可知 ,t1、 t3两时刻振子位于同一位置 (位移相等 ),t4、 t6两时刻振子位于同一位置 ,并
5、且上述两位置关于平衡位置对称 ,据此可得 ,t1、 t3时刻动能相等 ,加速度相同 ,故 A正确 ;t3、 t4时刻振子向同一方向振动 ,其速度相同 ,B正确 ;t4、 t6时刻速度方向相反 ,C错误 ;t1、 t6时刻速度大小相等 ,方向相同 ,D错误。三、受迫振动和共振1.受迫振动(1)概念 :系统在 的外力 (驱动力 )作用下的振动。(2)振动特征 :受迫振动的频率等于 的频率 ,与系统的固有频率无关。2.共振(1)概念 :驱动力的频率等于系统的 时 ,受迫振动的振幅最大的现象。(2)共振条件 :驱动力的频率等于系统的 。(3)特征 :共振时 最大。(4)共振曲线 :如图所示。周期性驱动
6、力固有频率固有频率振幅A.做受迫振动的物体达到稳定后 ,其振动的频率一定等于驱动力的频率B.做受迫振动的物体达到稳定后 ,周期一定等于驱动力的周期C.做受迫振动的物体达到稳定后 ,振幅与驱动力的周期无关D.做受迫振动的物体达到稳定后 ,振幅与驱动力的大小无关答案 AB 物体做受迫振动稳定后 ,其振动频率 (周期 )等于驱动力的频率 (周期 ),而和固有频率 (周期 )无关 ,A、 B正确 ;当驱动力的周期和固有周期越接近 ,振动的振幅越大 ,C不正确 ;驱动力大 ,做功多 ,转化的能量多 ,振幅大 ,D错误。自测 4 (多选 )受迫振动是在周期性驱动力作用下的振动 ,关于它的驱动力与振动的关系
7、 ,下面说法正确的是 ( )考点一 简谐运动的特征考点突破受力特征 回复力 F=-kx,F(或 a)的大小与 x的大小成正比 ,方向相反运动特征 靠近平衡位置时 ,a、 F、 x都减小 ,v增大 ;远离平衡位置时 ,a、 F、 x都增大 ,v减小能量特征 振幅越大 ,能量越大。在运动过程中 ,系统的动能和势能相互转化 ,机械能守恒周期性特征 质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化 ,变化周期就是简谐运动的周期 T;动能和势能也随时间做周期性变化 ,其变化周期为 对称性特征 关于平衡位置 O对称的两点 ,速度的大小、动能、势能相等 ,相对平衡位置的位移大小相等 ;由对称点到平衡位置 O用时相等
