高中物理機(jī)械振動及單擺實(shí)驗(yàn)

1、考綱點(diǎn)擊, 1. 簡諧運(yùn)動2. 簡諧運(yùn)動的公式和圖象3. 單擺及周期公式4. 受迫振動和共振5. 機(jī)械波6. 橫波和縱波7. 橫波的圖象8. 波速、波長和頻率(周期)的關(guān)系9. 波的干涉和衍射現(xiàn)象10. 多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)一：探究單擺的運(yùn)動，用單擺測定重力加速度,備考導(dǎo)讀1. 本章綜合運(yùn)用運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和能的轉(zhuǎn)化等方面的知識討論了兩種常見的運(yùn)動形式機(jī)械振動和機(jī)械波的特點(diǎn)和規(guī)律，以及它們之間的聯(lián)系與區(qū)別因此概念較多，考點(diǎn)較多，而且對圖象要求層次較高在復(fù)習(xí)時，應(yīng)注意對概念的理解和記憶，在理解和掌握簡諧運(yùn)動的運(yùn)動學(xué)特征和動力學(xué)特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)而掌握機(jī)械波的相關(guān)知識2. 高考命題頻率較高的知識點(diǎn)是波的圖象

2、、頻率、波長及波速的關(guān)系，其次是單擺，題型多以選擇題、填空題的形式出現(xiàn)，題目信息容量大，綜合性強(qiáng)，往往考查多個概念和規(guī)律，特別是通過圖象考查對波的理解能力、推理能力和空間想像能力等題型多以選擇題、填空題形式出現(xiàn)第第1節(jié)機(jī)械振動節(jié)機(jī)械振動一、振動及描述振動的物理量1. 位移x：由平衡位置指向振動質(zhì)點(diǎn)所在位置的有向線段，是矢量2. 振幅A：振動物體離開平衡位置的最大距離，是標(biāo)量表示振動的強(qiáng)弱3. 周期T和頻率f：做簡諧運(yùn)動的物體完成一次全振動所需的時間叫做周期，而頻率則等于單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)它們是表示振動快慢的物理量二者互為倒數(shù)關(guān)系，即T1/f.當(dāng)T和f是由振動系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定時(非受迫

3、振動)，則分別叫做固有周期和固有頻率4. 回復(fù)力F：使物體回到平衡位置的合力它是按力的效果命名的，它可以由某一個力提供，也可以由幾個力的合力提供，或由某一個力的分力提供模型比較項(xiàng)目 ,彈簧振子 ,單擺模型 示意圖 特點(diǎn) ,忽略摩擦力，彈簧對小球的彈力提供回復(fù)力彈簧的質(zhì)量可以忽略 ,細(xì)線的質(zhì)量可忽略偏角很小(小于5)重力的切向分力提供向心力公式 回復(fù)力：F回kx 平衡位置, F回0位置，彈簧處于原長 F回0位置，小球擺動的最低點(diǎn)(此時F向0) 能量轉(zhuǎn)化關(guān)系, 動能和彈性勢能相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒 重力勢能與動能的相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒三、受迫振動與共振1. 受迫振動(1)定義：系統(tǒng)在周期性驅(qū)動力作用

4、下的振動(2)特點(diǎn)：物體做受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)物體做受迫振動的振幅由驅(qū)動力頻率和物體的固有頻率共同決定兩者越接近，受迫振動的振幅越大；兩者相差越大受迫振動的振幅越小2. 共振：做受迫振動的物體，它的固有頻率與驅(qū)動力的頻率越接近，其振幅就越大當(dāng)二者相等時振幅達(dá)到最大，這就是共振現(xiàn)象簡諧運(yùn)動描述與圖象的應(yīng)用 彈簧振子以O(shè)點(diǎn)為平衡位置，在B、C兩點(diǎn)間做簡諧運(yùn) 動，在t0時刻，振子從O、B間的P點(diǎn)以速度v向B點(diǎn)運(yùn)動；在t0.20 s時，振子速度第一次變?yōu)関；在t0.50 s時，振子速度第二次變?yōu)関.(1)求彈簧振子振動周期T.(2)若B、C之間的距離為25 cm，求振子

5、在4.00 s內(nèi)通過的路程(3)若BC間的距離為25 cm，從振子經(jīng)過平衡位置開始計(jì)時寫出其位移表達(dá)式，并畫出運(yùn)動圖象【點(diǎn)撥】(1)根據(jù)運(yùn)動的對稱性確定周期(2)根據(jù)一個周期的路程為4A確定總路程(3)從平衡位置計(jì)時，簡諧運(yùn)動的表達(dá)式xAsin t，并據(jù)此畫出圖象1. 一個質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動的圖象如圖所示，下列說法錯誤的是()A質(zhì)點(diǎn)振動頻率為4 HzB在10 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過的路程是20 cmC在5 s末，質(zhì)點(diǎn)速度為零，加速度最大D在t1.5 s和t4.5 s兩時刻質(zhì)點(diǎn)位移大小相等單擺周期規(guī)律的應(yīng)用 如圖所示為一單擺及其振動圖象，由圖回答： (1)單擺的振幅為_，頻率為_，擺長為_，一周期內(nèi)位移x(F

6、回、a、Ep)最大的時刻為_(2)單擺擺球多次通過同一位置時，下列物理量變化的是_2. (2010海南?？谡{(diào)研)有一擺長為L的單擺，懸點(diǎn)正下方某處有一小釘，當(dāng)擺球經(jīng)過平衡位置向左擺動時，擺線的上部將被擋住，使擺長發(fā)生變化現(xiàn)使擺球做小角度擺動，圖為擺球從右邊最高點(diǎn)M擺到左邊最高點(diǎn)N的閃光照片(懸點(diǎn)與小釘未被攝入)，P為擺動中的最低點(diǎn)，每相鄰兩次的時間隔相等，則小釘距懸點(diǎn)的距離為()受迫振動的規(guī)律應(yīng)用(1)(2009寧夏卷)某振動系統(tǒng)的固有頻率為f0，在周期性驅(qū)動力的作用下做受迫振動，驅(qū)動力的頻率為f.若驅(qū)動力的振幅保持不變，下列說法正確的是_(填入選項(xiàng)前的字母)A當(dāng)ff0時，該振動系統(tǒng)的振幅隨f

7、增大而減小B當(dāng)f f0時，該振動系統(tǒng)的振幅隨f減小而增大C該振動系統(tǒng)的振動穩(wěn)定后，振動的頻率等于f0D該振動系統(tǒng)的振動穩(wěn)定后，振動的頻率等于f(2)現(xiàn)代共振技術(shù)普遍應(yīng)用于機(jī)械、化學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)及分子、原子物理學(xué)、工程技術(shù)等幾乎所有的科技領(lǐng)域若是利用共振，應(yīng)該讓驅(qū)動力的頻率_物體的固有頻率，若是消除共振，應(yīng)該讓驅(qū)動力的頻率_物體的固有頻率(填“接近”、“遠(yuǎn)離”)【點(diǎn)撥】(1)受迫振動的頻率由驅(qū)動力的頻率決定(2)受迫振動的振幅由驅(qū)動力的頻率與固有頻率的差決定(3)當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于固有頻率時，物體的振幅最大，達(dá)到共振【解析】(1)做受迫振動的物體，振動頻率等于驅(qū)動力的頻率；當(dāng)驅(qū)動力的頻率

8、等于振動系統(tǒng)的固有頻率時，振動系統(tǒng)的振幅最大，故B、D正確(2)當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于固有頻率時，物體的振幅最大，達(dá)到共振利用共振應(yīng)該讓驅(qū)動力的頻率接近物體的固有頻率，消除共振，應(yīng)該讓驅(qū)動力的頻率遠(yuǎn)離物體的固頻率【答案】(1)BD(2)接近遠(yuǎn)離3. (2010東北師大附中模擬)如圖所示為兩個單擺做受迫振動中的共振曲線，則下列說法正確的是()A. 兩個單擺的固有周期之比為TT2 5B. 若兩個受迫振動是在地球上同一地點(diǎn)進(jìn)行，則兩個擺長之比為ll4 25C. 圖線若是在地面上完成的，則該擺擺長約為1 mD. 若兩個受迫振動分別在月球上和地球上進(jìn)行，且擺長相等，則圖線是月球上單擺的共振曲線簡諧運(yùn)動不同于

9、前面復(fù)習(xí)的直線運(yùn)動，不能用以往的思維模式分析新問題，不要形成思維定勢，要善于接受新知識、新方法，并將其運(yùn)用到實(shí)際問題中去，進(jìn)而開闊我們分析、解決問題的思路，如自由振動的周期與振幅無關(guān)等知識一個彈簧振子，第一次被壓縮x后釋放做自由振動，周期為T1，第二次被壓縮2x后釋放做自由振動，周期為T2，則兩次振動周期之比T1 T2為()A1 1 B1 2 C2 1 D1 4【錯解】B【正解】把振子的運(yùn)動看成是勻速運(yùn)動或加速度恒定的勻加速直線運(yùn)動用勻速或勻加速運(yùn)動的規(guī)律，壓縮x時，振幅為x，完成一次全振動的路程為4x.壓縮2x時，振幅即為2x，完成一次全振動的路程為8x.由于兩種情況下全振動的路程的差異，第

10、二次是第一次的2倍所以，第二次振動的周期一定也是第一次的2倍，所以錯選B.事實(shí)上，只要是自由振動，其振動的周期只由自身因素決定，對于彈簧振子而言，就是只由彈簧振子的質(zhì)量m和彈簧的勁度系數(shù)k決定的，而與形變大小、也就是振幅無關(guān)所以只要彈簧振子這個系統(tǒng)不變(m，k不變)，周期就不會改變，所以正確答案為A.【答案】A 實(shí)驗(yàn)一探究單擺的運(yùn)動用單擺測重力加速度實(shí)驗(yàn)一探究單擺的運(yùn)動用單擺測重力加速度 實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(帶鐵夾)、中心有孔的金屬小球、約1 m長的細(xì)線，刻度尺、游標(biāo)卡尺(選用)、停表實(shí)驗(yàn)步驟1. 制單擺：在細(xì)線的一端打一個比小球上的孔徑稍大些的結(jié)，將細(xì)線穿過球上的小孔，制成一個單擺2. 固定擺：

11、將鐵夾固定在鐵架臺的上端，鐵架臺放在實(shí)驗(yàn)桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，把單擺固定在鐵夾上，使擺球自由下垂3. 測擺長：用刻度尺測出懸點(diǎn)到球心間的距離；或用游標(biāo)卡尺測出擺球直徑2r，再用刻度尺測出從懸點(diǎn)至小球上端的懸線長l，則擺長llr.4. 測周期：把單擺從平衡位置拉開一個小角度(不大于10)，使單擺在豎直平面內(nèi)擺動，用停表測量單擺完成全振動30至50次所用的時間，求出完成一次全振動所用的平均時間，這就是單擺的周期T.5. 計(jì)算g：將測出的擺長l和周期T代入公式g求出重力加速度g的值，或根據(jù)lT2圖象的斜率求解(斜率 )6. 重復(fù)實(shí)驗(yàn)：變更擺長重做兩次，并求出三次所得的g的平均值誤差分析1. 系統(tǒng)

12、誤差主要來源于單擺模型本身是否符合要求即懸點(diǎn)是否固定，擺球是否可看做質(zhì)點(diǎn)，球、線是否符合要求，擺動是圓錐擺還是在同一豎直平面內(nèi)擺動以及測量哪段長度作為擺長等只要注意上面這些問題，就能使系統(tǒng)誤差減小到符合實(shí)驗(yàn)要求的程度2. 偶然誤差主要來自時間(即單擺周期)的測量上因此要注意測準(zhǔn)時間(周期)要從擺球通過平衡位置開始計(jì)時，并采用倒計(jì)時計(jì)數(shù)的方法，即4,3,2,1,0,1,2在數(shù)“零”的同時按下停表開始計(jì)時，不能多計(jì)或漏計(jì)振動次數(shù)為了減小偶然誤差，應(yīng)進(jìn)行多次測量后取平均值實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為防止實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)圓錐擺的現(xiàn)象，可采用如圖的方法將單擺變?yōu)殡p線擺，但要注意擺長的測量 (2009浙江卷)(1)在“探究單

13、擺周期與擺長的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量小球的直徑如圖甲、乙所示測量方法正確的是_(選填“甲”或“乙”) (2)實(shí)驗(yàn)時，若擺球在垂直紙面的平面內(nèi)擺動，為了將人工記錄振動次數(shù)改為自動記錄振動次數(shù)，在擺球運(yùn)動最低點(diǎn)的左、右兩側(cè)分別放置一激光光源與光敏電阻與某一自動記錄儀相連，該儀器顯示的光敏電阻阻值R隨時間t變化圖線如圖所示，則該單擺的振動周期為_若保持懸點(diǎn)到小球頂點(diǎn)的繩長不變，改用直徑是原小球直徑2倍的另一小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則該單擺的周期將_(選填“變大”、“不變”或“變小”)，圖中的t將_(選填“變大”、“不變”或“變小”)【解析】(1)應(yīng)將待測物體正確地放在外測量爪中如圖乙(2)單擺一個周期遮光兩次；單擺周期與小球質(zhì)量、大小無關(guān)，但若用直徑為原小球直徑兩倍的小球后擺長變長，周期變大，遮光時間t變大【答案】(1)乙(2)2t0變大變大(實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì))假設(shè)我們已經(jīng)進(jìn)入了航天時代，一個由三名高中學(xué)生組成的航天興趣小組正乘外星科學(xué)考察飛船前往X星球，準(zhǔn)備用攜帶的下列器材測量X星球表面的重力加速度gX，這些器材是：A. 鉤碼1盒，質(zhì)量未知且各鉤碼質(zhì)量不等B. 重錘1個，質(zhì)量未知C. 帶孔金屬小球一個，直徑已知為dD. 太陽能電池板一塊，輸出的直流電壓可滿足測量要求E. 無彈性絲線若干根F. 導(dǎo)線，開關(guān)若干G. 刻度尺1把H. 測力計(jì)1個I.