高中物理选修3-4第十一章-机械振动-复习ppt

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一、机械振动
1、定义：物体在平衡位置附近做的往复运动， 叫机械振动，简称振动。
2、条件：有回复力；阻力足够小。 3、描述振动的概念和物理量： 平衡位置o：物体所受回复力为零的位置； 振动位移x：由平衡位置指向振子所在处的有 向线段； 振幅A：振动物体离开平衡位置的最大距离；
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周期(T)和频率(f)：
2. g由单摆所在的空间位置决定.
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专题三 利用简谐运动的周期性 和对称性解题
【例1】如图所示, 质量为m的木块放在弹 簧上端, 在竖起方向上做简谐运动, 当振幅 为A时, 物体对弹簧的最大压力是物体重力 的1.5倍, 则物体对弹簧的最小压 力是 , 欲使物体在弹簧振 动中不离开弹簧, 其振幅不能超 过 ．
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【解】物体做简谐运动时在最低 点物体对弹簧的压力最大, 在最高点 对弹簧的压力最小
x／cm
1 2 3 4 5
6
t／s
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例3. 如图甲是演示简谐运动图象的装 置,当盛沙漏斗下面的薄析N被匀速地拉出 时,摆动着的漏斗中漏出的沙在板上形成的 曲线显示出摆的位移随时间变化的关系， 板上的直线OO1代表时间轴。图乙是两个 摆中的沙在各自木板上形成的曲线，若板 N1和板N2拉动的速度v1和v2的关系为 v2=2v1, 则板N1和N2上曲线所代表的振动的 周期T1和T2的关系为( D )
B. 物体做受迫振动时，其振动频率 与固有频率无关 C. 物体发生共振时的频率就是其自 由振动的频率 D. 物体发生共振时的振动就是无阻 尼振动
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6. 关于共振的防止和利用, 应做到 ( A D )
A. 利用共振时, 应使驱动力的频率接近 或等于振动物体的固有频率 B. 利用共振时, 应使驱动力的频率大于 或小于振动物体的固有频率 C. 防止共振危害时, 应尽量使驱动力频 率接近或等于振动物体的固有频率 D. 防止共振危害时, 应使驱动力频率远 离振动物体的固有频率
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四、简谐振动的图象 1.振动图象
(1)物理意义：表示振动物体的位移随时间变化 的规律.注意振动图像不是质点的运动轨迹. (2)简谐振动的图象是一条余弦（或正弦）
曲线。
(3)作图： 以横轴表示 时间，纵轴 表示位移。
C
O B
x
o
t
3.振动图象反映的物理量
(1)可以表示出任意时刻振动质点的位置；
欲使物体在振动时不离 开弹簧， 则最大 回复力可为mg ， k A mg ④ 由 ③ ④ 联立得： A 2 A
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总结：
解决此类问题, 首先在确定对称点;
然后利用对称点中速度大小相等、加速
度大小相等, 回复力大小相等; 最后根据 题目要求确定所求物理量．
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专题四 等效简谐运动 【例1】光滑圆弧槽半径为R, A为 最低点, C到A的距离远小于R. 若同时 释放小球B、C, 要使小球在A点相遇, (小球B、C可看着质点), B O 问小球B到A的距离H应 H R 满足什么条件?
机械振动复习
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复习目标: 1.掌握简谐运动,简谐运动的振幅,周期 和频率 2.掌握简谐运动的位移-时间图象 3.掌握在小偏角条件下单摆的简谐运动 且会应用简谐运动周期公式进行计算. 4.知道振动中的能量转化.
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机械振动
对于振动，你可以想到什么？
回复力 周期 振幅
振 动
弹簧振子
单摆 受迫振动
平衡位置 共振
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题型专题一 简谐运动的基本概念
1. 做简谐运动的质点，当它每次通过同 一位置时，可能不同的物理量是（ B ）
A. 位移 C.加速度 B. 速度 D. 回复力
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2．简谐运动属下列哪一种运动？（ D ） Ａ．匀速直线运动 Ｂ．匀变速直线运动 Ｃ．匀变速曲线运动 Ｄ．加速度改变的变速运动
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3．如图所示，弹簧振子在BC间作简谐运动，Ｏ为平 衡位置，BC间距离是10 cm ，从Ｂ到Ｃ运动时间是１ s，则（ D ） Ａ．从Ｏ→Ｃ→Ｏ振子完成一个全振动 Ｂ．振动周期是１s，振幅是10 cm Ｃ．经过两次全振动，通过的路程是20 cm Ｄ．从Ｂ开始经过５s，振子通过的路程是50 cm
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l (２)、周期公式：T 2 g
式中 l 为小球摆动的圆孤半径即摆长，量取时 应从悬点量到球心。g为当地重力加速度(受力 复杂时有“等效重力加速度”之说). (３)、单摆的等时性：在小振幅摆动时，单摆 的振动周期跟振幅和振子的质量都无关。
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２、弹簧振子：
B
O
C
F回 kx k是弹簧的劲度
A. T1=T2 B. T2=2T1 C. T2=4T1 D. T2=T1/4
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4. 一弹簧振子做简谐运动, 周期为T( D )
A. 若t时刻和（t+ △t ）时刻振子运动位 移的大小相等、方向相反，则△t 一定等于 T/2的整数倍 B. 在t时刻和（t+ △t ）时刻振子运动位 移的大小相等、方向相同，则△t 一定等于T 的整数倍 C. 若△t = T/2，则在t时刻和（t+ △t ） 时刻弹簧的长度一定相等 D. 若△t = T， 则在t时刻和（t+ △t ）时 刻振子运动的加速度一定相同
1 f T
回复力：使振动物体返回平衡位置的力，它的方向总 是指向平衡位置； 全振动：振动物体往复运动一周后，一切运动量（速 度、位移、加速度、动量等）及回复力的大小和方向、 动能、势能等都跟开始时的完全一样，这就算是振动 物体做了一次全振动。
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二、简谐运动
1、定义：物体在跟位移大小成正比而方向相反的回 复力作用下的振动叫简谐和振动； 2、简谐运动的特征 受力特征：F= -kx 运动特征：a= -kx/m 3、运动规律 简谐运动是一种周期性的变加速运动，一切运 动量（速度、位移、加速度、动量等）及回复力的 大小、方向都随时间作正弦（或余弦）式周期性的 变化，变化周期为振动周期T。 4、简谐运动的能量：简谐运动中动能和势能相互转 换，总的机械能保持守恒。 6
三、两个重要模型 1、单摆：在细线的一端拴 上一个小球，另一端固定在 悬点上，如果细线的伸缩和 质量可以忽略，球的直经比 线的长度短得多，这样的装 置叫做单摆。 单摆在竖直面内摆动，当θ＜5°时单 摆的振动可看作简谐运动。
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（１）、摆球做简谐运动 的回复力是重力在切线方 向的分力：
mg F回 mg sin mg x l
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【例】两个摆长一样的单摆, 一个 放在地面上, 另一个放在高空, 当第一 个摆动n次的同时, 第二个摆动了n-1次, 如果地球的半径为R, 则第二个摆离地 面的高度为 D
A.nR n C. R n1
B.( n 1) R R D. n1
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专题五总结： 总结： 1. 确定摆长的方法: 确定摆动平面是关键;
物体在最高点的加速度 与在最 低点的加速度大小相等 ， 回复力的 大小也相等。
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m在最低点时： F回 1.5mg - mg ma m在最高点时： F回 mg - FN ma
① ②
1 ① ② 由 得： FN mg 2 由以上可以得出振幅为 A时， 最大 回复力大小为 0.5mg . k A 0.5mg ③
C A
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【解】C的运动是简谐运动．
C到A所用时间: T t c ( 2n 1), n N , 其中T 2 4 B到A所经历的时间 tB : 1 2 2H H gt , t B 2 g 两球相遇时， 必有 : t B t C , 2 2 ( 2n 1) T H (n N ) 8 l g
L0 d
L0
d
n
t
（1）单摆的摆长 L＝_________ ；（2）单摆的 周期 T ＝ _____________ ；（ 3 ）当地的重力加 速度g＝_________________。
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【例2】如图所示, 三根长度均为L 的细线互成120°, 其中两根的一端对 称地固定在天花板上, 第三根线的一 端拴一小球, 今使小球 (1)在竖直平面 内垂直纸面做微小摆动; (2)在竖直平面内平行, 纸面做微小摆动; 求两种情况下摆的周期. 3L L (1.)T 2 (2) T 2 2g g
(2)可以表示出振幅A和周期T； (4)可以判断 x 出某时刻质点 A 的振动（运动） o 方向。 -A
(3)可以判断出某时刻回复力和加速度的方向；
T t T
三、受迫振动和共振： 1、受迫振动：f振=f策 2、共振现象：共振时，受迫振动的振幅达到 最大值。条件：f策=f固
共振.swf
例 : 如图所示，当 A 振动起来后， 通过绷紧水平绳迫使 B 、 C 振动起来， 下列说法正确的是：（ ） A.A 、B、C三个单摆的周期均相同 AD A C B.只有A、C两个单摆周期相同 B C.A、B、C三个单摆的振幅相同 D.B的振幅比C的振幅小
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总结： 1. 确定小球的运动性质； 2. 两球相遇的解性．
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专题五 关于 T 2
l 中的 g
“l”和“g”的理解
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1.如图所示，用单摆测重力加速度，其中L0、d、n、 t分别表示实验时已测得的数据。 根据这些数据可以算出：