新教材2023_2024學(xué)年高中物理第2章機械振動本章整合課件魯科版選擇性必修第一冊-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

第2章本章整合知識網(wǎng)絡(luò)·體系構(gòu)建重點題型·歸納整合目錄索引知識網(wǎng)絡(luò)·體系構(gòu)建本章知識可分為三部分:第一部分是簡諧運動,主要是簡諧運動的特征和基本物理量的描述;第二部分是兩個理想化模型,即彈簧振子和單擺;第三部分是外力作用下的振動,包括阻尼振動和受迫振動。思考并回答下列問題:1.思考關(guān)于簡諧運動的受力和運動特征及其相關(guān)物理量的內(nèi)容,填寫框圖。 F=-kx　機械能不變離開平衡位置的最大距離完成一次全振動需要的時間單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)描述周期性運動在各時刻所處的狀態(tài)正弦(或余弦)曲線描述振動物體的位移隨時間變化的規(guī)律振幅A、周期T、各時刻位移x　x=Asin(ωt+φ) 2.思考關(guān)于彈簧振子和單擺兩個理想化模型的內(nèi)容,填寫框圖。由彈簧和小球組成,忽略阻力、彈簧質(zhì)量、小球大小,由彈簧彈力或彈力與重力的合力提供回復(fù)力的理想化模型重力沿圓弧切線方向的分力擺角很小時等效擺長3.思考阻尼振動和受迫振動的相關(guān)內(nèi)容,填寫框圖。不斷減小其他形式的能周期性驅(qū)動力等于驅(qū)動力的頻率f固重點題型·歸納整合一、簡諧運動與圖像問題的綜合簡諧運動的圖像上不但可以直接讀出各時刻質(zhì)點的位移大小與方向,還可以根據(jù)圖像預(yù)測下一時間段內(nèi)質(zhì)點的位移、速度、加速度的變化趨勢。例題1　(多選)一質(zhì)點做簡諧運動的位移x與時間t的關(guān)系圖像如圖所示,由圖可知(　　)A.頻率是2 HzB.振幅是5 cmC.t=1.7 s時的加速度為正,速度為負D.t=0.5 s時質(zhì)點所受的回復(fù)力為零CD解析由題圖可知,質(zhì)點振動的周期為2 s,經(jīng)計算得頻率為0.5 Hz,振幅為5 m,所以選項A、B錯誤;t=1.7 s時的位移為負,加速度為正,速度為負,故選項C正確;t=0.5 s時質(zhì)點在平衡位置,所受的回復(fù)力為零,故選項D正確。針對訓(xùn)練1 (多選)圖甲是一個彈簧振子的示意圖,O是它的平衡位置,在B、C之間做簡諧運動,規(guī)定向右為正方向。圖乙是它的速度v隨時間t變化的圖像。下列說法正確的是(　　)A.t=2 s時刻,物體的位置在O點左側(cè)4 cm處B.t=3 s時刻,物體的速度方向向左C.t=4 s時刻,物體的加速度方向向右且為最大值D.物體的周期為8 sBCD解析根據(jù)題圖和正方向的規(guī)定可知,t=2 s時刻,速度最大,方向向左,物體處于平衡位置,故選項A錯誤;t=3 s時刻,物體的速度方向向左,故選項B正確;t=4 s時刻,速度為零,物體在左邊最大位移處,加速度方向向右且為最大值,故選項C正確;從題圖乙可知,物體的周期為8 s,故選項D正確。二、簡諧運動的周期性和對稱性1.周期性做簡諧運動的物體經(jīng)過一個周期或幾個周期后,能回復(fù)到原來的狀態(tài)。2.對稱性(1)速率的對稱性:系統(tǒng)在關(guān)于平衡位置對稱的兩位置具有相等的速率。(2)加速度和回復(fù)力的對稱性:系統(tǒng)在關(guān)于平衡位置對稱的兩位置具有等大反向的加速度和回復(fù)力。(3)時間的對稱性:系統(tǒng)通過關(guān)于平衡位置對稱的兩段位移的時間相等。振動過程中通過任意兩點A、B的時間與逆向通過此兩點的時間相等。例題2　物體做簡諧運動,通過A點時的速度為v,經(jīng)過1 s后物體第一次以相同速度v通過B點,再經(jīng)過1 s物體緊接著又通過B點,已知物體在2 s內(nèi)所走過的總路程為12 cm,則該簡諧運動的周期和振幅分別是多大?解析物體通過A點和B點時的速度大小相等,A、B兩點一定關(guān)于平衡位置O對稱。依題意作出物體的振動路徑草圖如圖甲、乙所示。在圖甲中,物體從A向右運動到B,即圖中從1運動到2,時間為1 s,從2運動到3,又經(jīng)過1 s,從1到3共經(jīng)歷了0.5T,即0.5T=2 s,T=4 s,2A=12 cm,A=6 cm。在圖乙中,物體從A先向左運動,當(dāng)物體第一次以相同的速度通過B點時,即圖中從1運動到2時,時間為1 s,從2運動到3,又經(jīng)過1 s,同樣A、B兩點關(guān)于O點對稱,從圖中可以看出從1運動到3共經(jīng)歷了1.5T,即1.5T=2 s,T= s, 1.5×4A=12 cm,A=2 cm。答案 T=4 s,A=6 cm或T= s,A=2 cm針對訓(xùn)練2(多選)一個質(zhì)點在平衡位置O點附近做機械振動。若從O點開始計時,經(jīng)過3 s質(zhì)點第一次經(jīng)過M點(如圖所示)。再繼續(xù)運動,又經(jīng)過2 s它第二次經(jīng)過M點。則該質(zhì)點第三次經(jīng)過M點還需要的時間是(　　)A.8 s B.4 sC.14 s D. sCD解析由簡諧運動的對稱性可知,質(zhì)點由O→a,a→O;O→M,M→O; M→b,b→M所用時間分別對應(yīng)相等。開始計時時,質(zhì)點從O點開始運動方向不明確,故應(yīng)分為兩種情況討論。當(dāng)開始計時時質(zhì)點從O點向右運動時,三、單擺周期公式的應(yīng)用1.單擺的周期公式。該公式提供了一種測定重力加速度的方法。2.單擺的周期T只與擺長l和g有關(guān),而與擺球的質(zhì)量及振幅無關(guān)。3.l為等效擺長,表示從懸點到擺球重心的距離,要區(qū)分?jǐn)[長和擺線長。小球在光滑圓周上小角度運動和雙線擺也屬于單擺,雙線擺中的等效擺長實際為擺球重心到擺動所在圓弧的圓心的距離。4.g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣然虻刃е亓铀俣?。例題3　有兩個同學(xué)利用假期分別去參觀北京大學(xué)和南京大學(xué)的物理實驗室,并各自在那里利用先進的DIS系統(tǒng)較準(zhǔn)確地探究了單擺的周期T與擺長l的關(guān)系,他們通過校園網(wǎng)交換實驗數(shù)據(jù),并由計算機繪制了T2-l圖像,如圖甲所示,去北京大學(xué)的同學(xué)所測實驗結(jié)果對應(yīng)的圖線是　　　　(選填“A”或“B”)。另外,在南京大學(xué)做探究的同學(xué)還利用計算機繪制了兩種單擺的振動圖像(如圖乙所示),由圖乙可知,兩單擺擺長之比la∶lb=　　　　。?B4∶9針對訓(xùn)練3兩個等長的單擺,第一個放在地面上,另一個放在高空,在第一個單擺振動n次的同時,第二個單擺振動(n-1)次。如果地球半徑為R,那么第二個單擺離地面的高度為多大?解析設(shè)第二個單擺離地面的高度為h,則距地心的距離為(R+h),設(shè)此處重力加速度為g',