廣西專版新教材高中物理第2章機(jī)械振動章末核心素養(yǎng)整合課件新人教版選擇性必修第一冊

1、章末核心素養(yǎng)整合知識體系構(gòu)建專題歸納突破知識體系構(gòu)建-kx Asin(t+)平衡位置一次全振動單位時(shí)間位移時(shí)間彈力圓弧切線方向的分力逐漸減小周期性驅(qū)動力驅(qū)動力的頻率f固專題歸納突破專題一 簡諧運(yùn)動的圖像及應(yīng)用簡諧運(yùn)動的圖像描述了振動質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律。從圖像中可以確定位移、速度、加速度、動能和勢能等物理量以及它們的變化規(guī)律,具體分析如下。項(xiàng)目內(nèi)容橫、縱軸表示的物理量橫軸表示時(shí)間,縱軸表示質(zhì)點(diǎn)的位移意義表示振動質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律形狀項(xiàng)目內(nèi)容應(yīng)用直接從圖像上讀出周期和振幅確定任一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)相對平衡位置的位移的大小和方向判斷任意時(shí)刻振動質(zhì)點(diǎn)的速度、加速度和回復(fù)力方向判斷某段時(shí)間內(nèi)振動質(zhì)

2、點(diǎn)的位移、速度、加速度、回復(fù)力、動能及勢能大小的變化情況說明振動的圖像不是振動質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡計(jì)時(shí)起點(diǎn)一旦確定,已經(jīng)形成的圖像形狀不變,以后的圖像隨時(shí)間向后延伸簡諧運(yùn)動圖像的具體形狀跟正方向的規(guī)定有關(guān)【典型例題1】一質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動的位移x與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示,由圖可知()A.頻率是2 HzB.振幅是5 cmC.t=1.7 s時(shí)的加速度為正,速度為負(fù)D.t=0.5 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)所受的合外力為零答案:C解析:由題圖可知,質(zhì)點(diǎn)振動的周期為2 s,經(jīng)計(jì)算得頻率為0.5 Hz,振幅為5 m,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;t=1.7 s時(shí)的位移為負(fù),加速度為正,速度為負(fù),選項(xiàng)C正確;t=0.5 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置,回復(fù)力為

3、零,但所受合外力不一定為零,如單擺,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。規(guī)律總結(jié)結(jié)合圖像分析描述簡諧運(yùn)動的物理量的流程【跟蹤訓(xùn)練1】(多選)一水平彈簧振子做簡諧運(yùn)動的振動圖像如圖所示,已知彈簧的勁度系數(shù)為20 N/cm,則()A.圖中A點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻振子所受的回復(fù)力大小為5 N,方向指向x軸的負(fù)方向B.圖中A點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻振子的速度方向指向x軸的正方向C.在04 s內(nèi)振子做了1.75次全振動D.在04 s內(nèi)振子通過的路程為3.5 cm答案:AB解析:由簡諧運(yùn)動的特點(diǎn)和彈簧彈力與伸長量的關(guān)系可知,題圖中A點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻振子所受的回復(fù)力大小為F=kx=20 N/cm0.25 cm=5 N,方向指向x軸的負(fù)方向,并且此刻振子正在

4、遠(yuǎn)離O點(diǎn)向x軸的正方向運(yùn)動,選項(xiàng)A、B正確;由題圖可讀出周期為2 s,4 s內(nèi)振子做兩次全振動,通過的路程s=0.5 cm42=4 cm,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。專題二 簡諧運(yùn)動的周期性和對稱性1.周期性。做簡諧運(yùn)動的物體在完成一次全振動后,再次振動時(shí)是重復(fù)上一個(gè)全振動的形式,所以做簡諧運(yùn)動的物體經(jīng)過同一位置可以對應(yīng)不同的時(shí)刻,做簡諧運(yùn)動的物體的運(yùn)動具有周期性。2.對稱性。(1)速率的對稱性:振動物體在關(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:振動物體在關(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(shí)間的對稱性:振動物體通過關(guān)于平衡位置對稱的兩段位移的時(shí)間相等

5、;振動過程中通過任意兩點(diǎn)間的時(shí)間與逆向通過此段距離的時(shí)間相等?！镜湫屠}2】物體做簡諧運(yùn)動,通過A點(diǎn)時(shí)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(diǎn),再經(jīng)過1 s物體緊接著又通過B點(diǎn),已知物體在2 s內(nèi)所走過的總路程為12 cm,則該簡諧運(yùn)動的周期和振幅分別是多少?解析:物體通過A點(diǎn)和B點(diǎn)時(shí)的速度大小相等,A、B兩點(diǎn)一定關(guān)于平衡位置O對稱。依題意作出物體可能的振動路徑圖如圖甲、乙所示,在圖甲中物體從A向右運(yùn)動到B,即圖中從1運(yùn)動到2,時(shí)間為1 s,從2運(yùn)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

6、左運(yùn)動,當(dāng)物體第一次以相同的速度通過B點(diǎn)時(shí),即圖中從1運(yùn)動到2時(shí),時(shí)間為1 s,從2運(yùn)動到3,又經(jīng)過1 s,同樣A、B兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對稱,從圖中可以看出從1運(yùn)動到3共經(jīng)歷了1.5T,即1.5T=2 s,T= s,1.54A=12 cm,A=2 cm。規(guī)律總結(jié) 簡諧運(yùn)動的周期性的三個(gè)要點(diǎn)1.在同一位置,振子的位移相同,回復(fù)力、加速度、動能和勢能也相同,速度的大小相等,但方向可能相同,也可能相反。2.在關(guān)于平衡位置對稱的兩個(gè)位置,動能、勢能對應(yīng)相等,回復(fù)力、加速度大小相等,方向相反;速度的大小相等,方向可能相同,也可能相反。3.一個(gè)做簡諧運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn),經(jīng)過時(shí)間t=nT(n為正整數(shù)),則質(zhì)點(diǎn)必回到出發(fā)點(diǎn)

7、,而經(jīng)過時(shí)間 (n為自然數(shù)),則質(zhì)點(diǎn)所處位置必與原來位置關(guān)于平衡位置對稱?！靖櫽?xùn)練2】一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置O點(diǎn)的附近做簡諧運(yùn)動,它離開O點(diǎn)后經(jīng)過3 s第一次經(jīng)過M點(diǎn),再經(jīng)過2 s第二次經(jīng)過M點(diǎn),該質(zhì)點(diǎn)再經(jīng)過多長的時(shí)間第三次經(jīng)過M點(diǎn)?若該質(zhì)點(diǎn)由O點(diǎn)出發(fā)在20 s內(nèi)經(jīng)過的路程是20 cm,則質(zhì)點(diǎn)振動的振幅是多少?解析:作出該質(zhì)點(diǎn)振動的圖像如圖所示,則M點(diǎn)的位置可能有兩個(gè),即如圖所示的M1、M2。專題三 單擺周期公式的應(yīng)用1.對單擺周期公式的理解。(1)單擺的周期公式在單擺偏角很小時(shí)成立。(2)公式中l(wèi)是擺長,即懸點(diǎn)到擺球球心的距離,l=l線+r球。(3)公式中g(shù)是單擺所在地的重力加速度或“等效加速

8、度”,由單擺所在的空間位置決定。(4)周期T只與l和g有關(guān),與擺球質(zhì)量m及振幅無關(guān)。2.有關(guān)周期T的常見情況。(1)同一單擺,在地球的不同位置上,由于重力加速度不同,其周期也不同。(2)同一單擺,在不同的星球上,其周期也不相同。例如單擺放在月球上時(shí),由于g月a)(5)當(dāng)帶電單擺放到跟振動平面垂直的磁場中時(shí),由于洛倫茲力始終與速度方向垂直,不改變等效加速度g的大小,故周期T不變。3.擺鐘的快慢及調(diào)節(jié)方法。(1)計(jì)時(shí)原理:擺鐘的計(jì)時(shí)是以鐘擺完成一定數(shù)量的全振動,從而帶動秒針、分針、時(shí)針轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)的,因此鐘擺振動的周期變化就反映了擺鐘的快慢。如鐘擺振動周期變大,則擺鐘變慢,擺鐘時(shí)針轉(zhuǎn)動一圈的時(shí)間變長。

9、(2)擺鐘快慢產(chǎn)生的原因:一是g值的變化,如擺鐘地理位置的變化等;二是擺長的變化,如熱脹冷縮等原因。鐘擺振動的周期可以用公式 計(jì)算。(3)擺鐘快慢的調(diào)整。擺鐘變快說明周期變小,應(yīng)增大擺長。擺鐘變慢說明周期變大,應(yīng)減小擺長?！镜湫屠}3】如圖所示,單擺甲放在空氣中,周期為T甲;單擺乙放在以加速度a(ga)向下加速的電梯中,周期為T乙;單擺丙帶正電,放在勻強(qiáng)磁場B中,周期為T丙;單擺丁帶正電,放在勻強(qiáng)電場E中,周期為T丁。單擺甲、乙、丙、丁的擺長l相同,則下列說法正確的是()A.T甲T乙T丁T丙B.T乙T甲=T丙T丁C.T丙T甲T丁T乙D.T丁T甲=T丙T乙答案:B特別提醒同一單擺放到不同環(huán)境中,等效重力加速度不同,導(dǎo)致周期不同?！靖櫽?xùn)練3】如圖所示,處于豎直平面內(nèi)的光滑絕緣半圓形槽的半徑為R,一質(zhì)量為m的小球于槽中P點(diǎn)由靜止釋放。(1)若使小球帶一定量的正電荷,并將整個(gè)裝置放在水平向右的勻強(qiáng)電場中,且小球所受電場力的大小等于小球所受重力的大小,則小球做簡諧運(yùn)動的周期為多大?(2)若使小球帶一定量的正電荷,并將整個(gè)裝置放在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中,且小球的運(yùn)動始終沒有離開圓弧,