2019年度高考物理一轮复习 第十四章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第1讲 机械振动学案

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1、第1讲　机械振动一、简谐运动1.简谐运动(1)定义：如果质点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)回复力①定义：使物体返回到平衡位置的力.②方向：总是指向平衡位置.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.2.简谐运动的两种模型模型弹簧振子单摆示意图简谐运动条件①弹簧质量要忽略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无空气阻力等③最大摆角小于等于5°回复力

2、弹簧的弹力提供摆球重力沿与摆线垂直方向(即切向)的分力平衡位置弹簧处于原长处最低点周期与振幅无关T＝2π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，机械能守恒自测1　(多选)关于简谐运动的理解，下列说法中正确的是(　　)A.简谐运动是匀变速运动B.周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量C.简谐运动的回复力可以是恒力D.弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零、动能最大E.单摆在任何情况下的运动都是简谐运动答案　BD二、简谐运动的公式和图象1.表达式(1)动力学表达式：F＝－kx

3、，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＋φ0)，其中A代表振幅，ω＝2πf代表简谐运动的快慢，ωt＋φ0代表简谐运动的相位，φ0叫做初相.2.图象(1)从平衡位置开始计时，函数表达式为x＝Asinωt，图象如图1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.图1自测2　有一弹簧振子，振幅为0.8cm，周期为0.5s，初始时具有负方向的最大加速度，则它的振动方程是(　　)A.x＝8×10－3sinmB.x＝8×10－3sinmC.x＝

4、8×10－1sinmD.x＝8×10－1sinm答案　A解析　振幅A＝0.8cm＝8×10－3m，ω＝＝4πrad/s.由题知初始时(即t＝0时)振子在正向最大位移处，即sinφ0＝1，得φ0＝，故振子做简谐运动的振动方程为：x＝8×10－3sinm，选项A正确.三、受迫振动和共振1.受迫振动系统在驱动力作用下的振动.做受迫振动的物体，它做受迫振动的周期(或频率)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.2.共振做受迫振动的物体，它的驱动力的频率与固有频率越接近，其振幅就越大，当二者相等

5、时，振幅达到最大，这就是共振现象.共振曲线如图2所示.图2自测3　(多选)如图3所示，A球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动，振动达到稳定时，下列说法中正确的是(　　)图3A.只有A、C的振动周期相等B.C的振幅比B的振幅小C.C的振幅比B的振幅大D.A、B、C的振动周期相等答案　CD命题点一　简谐运动的规律受力特征回复力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

6、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例1　(多选)(2015·山东理综·38(1))如图4所示，轻弹簧上端固定，下端连接一小物块，物块沿竖直方向做简谐运动.以竖直向上为正方向，物块简谐运动的表达式为y＝0.1sin(2.5πt)m.t＝0时刻，一小球从距物块h高处自由落下；t＝0.6s时

7、，小球恰好与物块处于同一高度.取重力加速度的大小g＝10m/s2.以下判断正确的是(　　)图4A.h＝1.7mB.简谐运动的周期是0.8sC.0.6s内物块运动的路程是0.2mD.t＝0.4s时，物块与小球运动方向相反答案　AB解析　t＝0.6s时，物块的位移为y＝0.1sin(2.5π×0.6)m＝－0.1m，则对小球有h＋

8、y

9、＝gt2，解得h＝1.7m，选项A正确；简谐运动的周期是T＝＝s＝0.8s，选项B正确；0.6s内物块运动的路程是3A＝0.3m，选项C错误；t＝0.4s＝时，物块经过平衡位置向

10、下运动，则此时物块与小球运动方向相同，选项D错误.变式1　如图5所示，弹簧振子B上放一个物块A，在A与B一起做简谐运动的过程中，下列关于A受力的说法中正确的是(　　)图5A.物块A受重力、支持力及弹簧对它的恒定的弹力B.物块A受重力、支持力及弹簧对它的大小和方向都随时间变化的弹力C.物块A受重力、支持力及B对它的恒定的摩擦力D.物块A受重力、支持力及B对它的大小和方向都随时间变化的摩擦力答案　D变式2　(多选)某