2013高三物理第一轮总复习课件十一：机械振动-机械波-电磁波

高三物理第一轮总复习（2013届）第一课时机械振动和振动图象2、回复力⑴回复力是效果力，是振动物体在振动方向上的合外力，可能是几个力的合力，也可能是某一个力或某个力的分力．⑵方向总指向平衡位置．⑶物体所受回复力为零的位置，称为平衡位置．一．机械振动、回复力1、机械振动⑴物体在平衡位置附近做的往复运动，叫做机械振动．⑵产生条件：有回复力的作用和阻尼足够小．2、描述简谐运动的物理量⑴位移x：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段，是矢量．⑵振幅A：振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量．⑶周期T和频率f：物体完成一次全振动经历的时间叫周期，振动物体在1s内完成全振动的次数叫频率，二者的关系为T＝1/f.二．简谐运动及描述简谐运动的物理量1、简谐运动⑴定义：物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的运动．⑵受力特征：F＝－kx(负号表示回复力方向与位移方向相反)3、简谐运动的表达式：x＝Asinωt，其中ω＝2π/T＝2πf.弹簧振子(水平)单摆模型示意图条件忽略弹簧质量，无摩擦等阻力细线不可伸长、质量忽略、无空气等阻力、摆角很小平衡位置弹簧处于原长处最低点回复力弹簧的弹力提供摆球重力沿与摆线垂直方向(即切向)的分力周期公式T＝2πmk(不作要求)T＝2πlg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、两种基本模型⑴单摆做简谐运动的条件单摆只在摆角很小时(θ5°)才满足回复力F＝－kx而做简谐运动，否则不是简谐运动．单摆⑵周期公式的理解①单摆的周期与振幅、质量无关．②单摆的摆长l是摆球摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离，即圆弧对应的半径，如图所示的双线摆，当摆球在垂直于纸面的平面内做小幅度振动时，其摆线长l′＝Lcosα/2.⑶单摆周期公式中的g①只受重力和绳拉力，且悬点静止或匀速直线运动的单摆，g为当地重力加速度，在地球上不同位置g的取值不同，不同星球表面g值也不相同．②单摆处于超重或失重状态，等效重力加速度g＝g0±a，如在轨道上运动的卫星a＝g0，完全失重，等效重力加速度g＝0.5、简谐运动的能量简谐运动过程中动能和势能相互转化，机械能守恒．振动能量与振幅有关，振幅越大，能量越大．θm,+qEm,+qEm,+qE如图做小角度的摆动⑴左右摆动⑵前后摆动光滑斜面加不同方向的匀强电场E单摆的等效摆长和等效重力加速度不加匀强电场，在悬点放一个正点电荷⑵振动质点来回通过相同的两点间的时间相等，如tBC＝tCB；质点经过关于平衡位置对称的等长的两线段时时间相等，如tBC＝tB′C′，如图所示．三．简谐运动的运动规律1、变化规律位移增大时2、对称规律⑴做简谐运动的物体，在关于平衡位置对称的两点，回复力、位移、加速度具有等大反向的关系．另外速度的大小、动能具有对称性，速度的方向可能相同或相反．回复力、加速度变大速度、动能减小势能增大振幅、周期、频率保持不变机械能守恒⑶每经过T/2，振动质点都会到达关于平衡位置对称的位置．3、质点运动的路程⑴一个周期T内路程：s=4A⑵1/2周期内路程：s=2A⑶1/4周期内路程：②sA（从平衡位置的一侧运动到另一侧）①s=A（在平衡位置和最大位移处两点间运动）③sA（在靠近最大位移处的往复运动）【例与练】在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下列各组中描述振动的物理量总是相同的是（）A．速度、加速度、动能B．加速度、回复力和位移C．加速度、动能和位移D．位移、动能、回复力BCD【例与练】一弹簧振子振幅为A，从最大位移处经时间t0，第一次到达平衡位置，若振子从最大位移处经过t0/2时的速度大小和加速度大小分别为v1和a1，而振子位移为A/2时速度大小和加速度大小分别为v2和a2，那么()A.v1v2B.v1v2C.a1a2D.a1a2BC【例与练】如图所示，质量为ｍ的物体Ａ放置在质量为Ｍ的物体Ｂ上，Ｂ与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐运动，振动过程中Ａ、Ｂ之间无相对运动．设弹簧的劲度系数为ｋ，当物体离开平衡位置的位移为ｘ时，Ａ、Ｂ间摩擦力的大小等于（）D【例与练】如图所示，弹簧下端挂一质量为m的物体,物体在竖直方向上做振幅为A的简谐运动，当物体振动到最高点时，弹簧正好为原长，则物体在振动过程中()A.物体在最低点时的弹力大小应为2mgB.弹簧的弹性势能和物体动能总和不变C.弹簧的最大弹性势能等于2mgAD.物体的最大动能应等于mgAAC【例与练】如图质点作简谐运动，先后以相等而反向的加速度通过C、D两点，历时2s，过D点后又经过2s，仍以相同加速度再次经过D点，求其振动周期。CD答案：T=8s【例与练】一物体做简谐运动，当其以相同的速度依次通过不同的两个点A、B，历时1s，又经过1s，物体再次通过B点，已知物体在这2s内所走过的总路程为12cm，则物体做简谐运动的周期和振幅的可能值为（）A、T=2s,A=3cmB、T=4s,A=6cmC、T=4/3s，A=2cmD、T=4s,A=3cmBC【例与练】有一秒摆,摆球带负电，在如图所示的匀强磁场中做简谐振动，则()A.振动周期T0=2sB.振动周期T02sC.振动周期T02sD.无法确定其周期大小A1、横、纵坐标表示：横坐标为时间轴，纵坐标为某时刻质点的位移．2、意义：表示振动质点的位移随时间变化的规律．3、形状：正弦或余弦图线．四．简谐运动的图象(1)从平衡位置开始计时，函数表达式为x＝Asinωt，图象如图(甲)所示．(2)从最大位移处开始计时，函数表达式为x＝Acosωt，图象如图(乙)所示．(3)振动图象表示某质点在不同时刻偏离平衡位置的位移，不表示质点运动轨迹．⑴直接从图象上读出周期和振幅．⑵确定任一时刻质点相对平衡位置的位移．⑶判断任意时刻振动物体的速度方向和加速度的方向．⑷判断某段时间内振动物体的速度、加速度、动能及势能大小的变化情况．4、简谐运动图象的应用【例与练】(2010·江苏南通调研)如图所示，一弹簧振子在MN间沿光滑水平杆做简谐运动，O为平衡位置，C为ON中点，振幅A＝4cm.从小球经过图中N点时开始计时，到第一次经过C点的时间为0.2s，则小球的振动周期为__________s，振动方程的表达式为__________cm.20.23tT解析：由代入数据得：则：解得：T=1.2scosxAt24cost54cos3xt【例与练】如图所示，一根用绝缘材料制成的劲度系数为k的轻质弹簧，左端固定，右端与质量为m、带电荷量为＋q的小球相连，静止在光滑、绝缘的水平面上.在施加一个场强为E、方向水平向右的匀强电场后，小球开始做简谐运动，那么()A.小球到达最右端时，弹簧的形变量为2qE/kB.小球做简谐运动的振幅为2qE/kC.运动过程中小球的机械能守恒D.运动过程中小球的电势能和弹簧的弹性势能的总量不变解析：加电场后，振子的平衡位置在弹簧伸长为qE/k处，由简谐运动的对称性知振子的振幅为qE/k，到达最右端时弹簧的形变量为2qE/k.A【例与练】如图甲所示，小球在内壁光滑的固定半圆形轨道最低点附近做小角度振动，其振动图象如图乙所示，以下说法正确的是()A.t1时刻小球速度为零,轨道对它的支持力最小B.t2时刻小球速度最大,轨道对它的支持力最小C.t3时刻小球速度为零,轨道对它的支持力最大D.t4时刻小球速度最大,轨道对它的支持力最大AD【例与练】公路上匀速行驶的货车受一扰动，车上货物随车厢底板上下振动但不脱离底板。一段时间内货物在竖直方向的振动可视为简谐运动，周期为T。取竖直向上为正方向，以某时刻作为计时起点，即t=0，其振动图象如图所示，则（）A、t=1/4T时，货物对车厢底板的压力最大B、t=1/2T时，货物对车厢底板的压力最小C、t=3/4T时，货物对车厢底板的压力最大D、t=3/4T时，货物对车厢底板的压力最小C五．受迫振动和共振1、受迫振动⑴受迫振动是物体在周期性驱动力作用下的振动．做受迫振动的物体，振动稳定后的周期或频率总等于驱动力的周期或频率，而与物体的固有周期或频率无关．⑵振幅特征：驱动力的频率与物体的固有频率相差较大时，振幅较小．驱动力的频率与物体的固有频率相差较小时，振幅较大．驱动力的频率与物体的固有频率相等时，振幅最大．⑴共振：做受迫振动的物体，驱动力的频率与它的固有频率相等时，受迫振动的振幅达到最大，这就是共振现象．共振曲线如图所示．2、共振⑵共振的应用和防止①应用共振：使驱动力的频率接近直至等于振动系统的固有频率．如：共振筛、核磁共振仪．②防止共振：使驱动力的频率远离振动系统的固有频率，如：火车车厢避震系统．4、无阻尼振动：振幅不变的振动、简谐运动就是一种无阻尼振动．3、阻尼振动：振幅不断减小的振动．【例与练】A、B两个弹簧振子,A固有频率为f,B固有频率为4f,若它们均在频率为3f的驱动力作用下做受迫振动,则()A.振子A的振幅较大,振动频率为fB.振子B的振幅较大,振动频率为3fC.振子A的振幅较大,振动频率为3fD.振子B的振幅较大,振动频率为4fB【例与练】把一个筛子用四根弹簧支起来,筛子上固定一个电动偏心轮,它每转一周,给筛子一个驱动力,这样就做成了一个共振筛.筛子做自由振动时,完成10次全振动用时15s,在某电压下,电动偏心轮转速是36r/min.已知增大电压可使偏心轮转速提高;增加筛子质量,可以增大筛子的固有周期,那么要使筛子的振幅增大,下列哪些做法是正确的.是（）A.提高输入电压B.降低输入电压C.增加筛子质量D.减少筛子质量解析:筛子振动固有周期151.510Tss固驱动力周期601.6736Tss驱要使筛子振幅增大,就得使着两个周期值靠近AC第二课时实验：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度一、实验原理1．思路：单摆在偏角很小(小于5°)时的摆动，可认为是简谐运动，其固有周期为，由此可得g＝4π2l/T2。只要测出摆长l和周期T，即可算出当地的重力加速度值．2．秒表的使用(1)使用方法：首先要上好发条．它上端的按钮用来开启和止动秒表．第一次按压，秒表开始计时；第二次按压，指针停止走动，指示出两次按压之间的时间；第三次按压，两指针均返回零刻度处．(2)读数：所测时间超过半分钟时，半分钟的整数倍部分由分针读出，不足半分钟的部分由秒针读出，总时间为两针示数之和．（秒表不要估读）2/Tlg二、实验器材带孔小钢球一个，约1m长的细线一根，带有铁夹的铁架台、毫米刻度尺、秒表、游标卡尺．三、实验步骤1．组成单摆．在细线的一端打一个比小钢球的孔径稍大些的结，将细线穿过小钢球上的小孔，制成一个单摆，将单摆固定在带铁夹的铁架台上，使小钢球自由下垂(如图)．2．测摆长．让摆球处于自由下垂状时，用毫米刻度尺测出悬线长l0，用游标卡尺测出摆球的直径(2r)，则摆长为l＝l0＋r.3．测周期．把摆球拉离平衡位置一个小角度(小于5°)，使单摆在竖直面内摆动，测量其完成全振动30次(或50次)所用的时间，求出完成一次全振动所用的平均时间，即为周期T.4．求重力加速度．将l和T代入g＝4π2l/T2，求g的值；变更摆长3次，重测每次的摆长和周期，再取重力加速度的平均值，即得本地的重力加速度．四、实验数据的处理方法1．平均值法：将测得的n次的周期T和摆长l代入公式g＝4π2l/T2中算出对应的g值(g1、g2…)，然后求出平均值：123ngggggn2．图象法：由单摆的周期公式可得，因此以摆长l为纵轴，以T2为横轴做出l—T2图象，是一条过原点的倾斜直线，如图，求出斜率k，即可求出g值．g＝4π2k.2lTg224glT22llkTT求直线的斜率时，不能测量出直线的倾斜角α，利用k＝tanα求斜率．因为坐标轴单位长度不同时，同一条直线对应的α角不同．五、注意事项1．测周期的方法(1)开始计时位置：平衡位置，此处的速度大，计时误差小，最高点速度小，误差大．(2)记录全振动次数的方法：摆球过平衡位置时启动秒表同时记数为零，以后摆球每过一次平衡位置记一个数，最后秒表计时为t秒，记数为n，则周