2020版高考物理大一轮复习第十一章机械振动机械波第1讲机械振动学案

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1、第1讲　机械振动[考试标准]知识内容考试要求说明简谐运动b1.不要求理解“相位”的概念．2.不要求定量讨论速度和加速度的变化．3.不要求根据简谐运动回复力的表达式证明物体做简谐运动．4.不要求掌握证明单摆在摆角很小的情况下做简谐运动的方法．5.不要求解决钟表快慢的调整问题.简谐运动的描述c简谐运动的回复力和能量b单摆c外力作用下的振动b一、简谐运动的描述描述简谐运动的物理量物理量定义意义位移由平衡位置指向质点所在位置的有向线段描述质点振动中某时刻的位置相对于平衡位置的位移振幅振动物体离开平衡位置的最大距离描述振动

2、的强弱和能量周期振动物体完成一次全振动所需时间描述振动的快慢，两者互为倒数：T＝频率振动物体单位时间内完成全振动的次数二、简谐运动的回复力和能量1．回复力(1)方向：总是指向平衡位置．(2)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．能量特点弹簧振子运动的过程就是动能和势能相互转化的过程．(1)在最大位移处，势能最大，动能为零．(2)在平衡位置处，动能最大，势能最小．(3)在简谐运动中，振动系统的机械能守恒.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

3、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、动能最大答案　BD三、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)无空气阻力(3)最大摆角小于等于5°回复力弹簧的弹力提供摆球重力沿圆弧切线方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

4、2　下列有关回复力的说法中正确的是(　　)A．回复力是指物体受到的指向平衡位置的恒力B．回复力是指物体受到的合力C．回复力是从力的作用效果命名的，可以是某个力的分力，也可以是几个力的合力D．回复力实质上是向心力答案　C四、简谐运动的公式和图象1．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，

5、图象如图乙所示．图1自测3　如图2所示，弹簧振子在M、N之间做简谐运动．以平衡位置O为原点，建立Ox轴．向右为x轴正方向．若振子位于N点时开始计时，则其振动图象为(　　)图2答案　A解析　开始计时时振子位于正向最大位移处向负方向做简谐运动，振动图象为余弦函数图象，A项对．五、自由振动、受迫振动和共振的关系比较　振动　项目　　自由振动受迫振动共振受力情况指向平衡位置的合力提供回复力　受驱动力作用受驱动力作用振动周期或频率由系统本身性质决定，即固有周期T0由驱动力的周期或频率决定，即T＝T驱或T驱＝T0或f驱＝f0或

6、固有频率f0f＝f驱振动能量振动物体的机械能不变　　由产生驱动力的物体提供　振动物体获得的能量最大自测4　(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1．运动学特征：简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比，而方向相反，简谐运动为变加速运动，远离平衡位置时，x、F、a、Ep均增大，v、Ek均减小，靠近平衡位置时

7、则相反．2．对称性特征：(1)如图4所示，振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P′(OP＝OP′)时，速度的大小、动能、势能相等，相对于平衡位置的位移大小相等．图4(2)振子由P到O所用时间等于由O到P′所用时间，即tOP＝tOP′.3．能量特征：振动的能量包括动能Ek和势能Ep，简谐运动过程中，系统动能与势能相互转化，系统的机械能守恒．例1　(多选)如图5所示的弹簧振子水平放置，忽略空气阻力时，它将在COB之间来回往复的做简谐振动，其中O点为平衡位置，简谐振动的振幅为A，弹簧的劲度系数为k，原长为L，弹簧振子的

8、周期为T，小球质量为m，且规定向右为位移的正方向．由此判断下列说法正确的是(　　)图5A．振子在O点，动能最大，势能最小B．从C到O，速度为负并且增大，从O到B，速度为正并且减小C．从B到O，回复力为负并且减小，从O到C，回复力为正并且增大D．若t＝0时刻，小球在O点且向右运动，则小球的位移时间关系为x＝Asin(·t)答案　ACD解析　从C到O时，速度为正且增大，从O到