高三物理一轮总复习 专题14.1 简谐运动及描述名师伴学-人教版高三全册物理试题

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人教版高中物理高三一轮复习资料,补习资料:50总复习:简谐运动

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物理总复习:简谐运动【考纲要求】1、知道简谐运动的周期性和对称性2、知道描述简谐运动的物理量3、会分析振动过程中的位移、回复力、加速度、动能、势能等物理量的变化特点4、知道简谐运动的振动方程。

【知识网络】【考点梳理】考点一、简谐运动1、定义:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总指向平衡位置的回复力的作用=-下的振动叫简谐运动。

表达式为:F kx2、几个重要的物理量间的关系:要熟练掌握做简谐运动的物体在某一时刻(或某一位置)的位移x、回复力F、加速度a、速度v这四个矢量的相互关系。

∝,方向与位移方向相反。

(1)由定义知:F x∝,方向与位移方向相反。

(2)由牛顿第二定律知:a F∝,方向与位移方向相反。

(3)由以上两条可知:a x(4)v和x、F、a之间的关系最复杂:当v、a同向(即v、F同向,也就是v、x反向)时v一定增大;当v、a反向(即v、F反向,也就是v、x同向)时,v一定减小。

要点诠释:物体从A由静止释放,从A→O→B→O→A,经历一次全振动,图中O为平衡位置,A、B为最大位移处,设向右O→A为正方向。

(1)位移:只要在平衡位置正方向就为正,只要在平衡位置负方向就为负,与运动方向无关;(2)加速度、回复力:始终指向平衡位置;(3)速度:必须按规定的正方向确定;(4)特殊点O 、A 、B 物理量的特点:平衡位置O 点:位移为零、回复力为零、加速度为零、速度最大、动能最大、势能为零。

正的最大位移A 点:位移正向最大、回复力最大(指向O ,图中向左)、加速度最大(指向O ,图中向左)、速度为零、动能为零、势能最大。

负的最大位移B 点:位移负向最大、回复力最大(指向O ,图中向右)、加速度最大(指向O ,图中向右)、速度为零、动能为零、势能最大。

(5)运动特点:从平衡位置O 向A (或B )运动,速度越来越小,加速度(回复力)越来越大,做加速度增大的减速运动,是变减速运动;从A (或B )向平衡位置O 运动,速度越来越大,加速度(回复力)越来越小,做加速度减小的加速运动,是变加速运动。

高三物理一轮复习 简谐运动及其图象导学案

高三物理一轮复习 简谐运动及其图象导学案

高三物理一轮复习 简谐运动及其图象导学案十三、机械振动和机械波(1)机械振动【目标】1.理解简谐运动的基本概念,掌握简谐运动的规律,理解简谐运动的图象;2.掌握单摆的周期公式,了解受迫振动和共振现象。

【导入】一.机械振动1、机械振动:物体(或物体的一部分)在平衡位置附近所做的往复运动,叫做机械振动,简称振动.产生振动的必要条件是物体受到回复力的作用,且阻力足够小.2、回复力:使振动物体返回平衡位置的力叫做回复力.回复力时刻指向平衡位置.回复力是以效果命名的力,它是振动物体在振动方向上的合外力,可能是几个力的合力,也可能是某一个力,还可能是某个力的分力.注意,回复力不一定等于合外力.二.简谐运动物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动,叫做简谐运动.它是一种最简单、最基本的振动.三、简谐运动的图象简谐运动的图象是____________________曲线,横坐标表示_____________,纵坐标表示_______________。

它的物理意义是______________________________四、单摆1、构成:由一条不可伸长、忽略质量的细线下端拴一个可视为质点的小球,细线的上端固定,构成的装置叫单摆。

单摆振动可看作简谐运动的条件:α<10°2、单摆的周期公式T=2g l /3、向心力的重力的切向分力。

4、单摆的等时性:在小幅摆动时,单摆的周期跟振幅和振子的质量都没关系。

5、单摆的应用:○1测重力加速度g=4π2 l /T 2; ②运用等时性制作计时器。

五、受迫振动和共振1、受迫振动:物体在_____外力(驱动力)作用下的振动,叫做受迫振动.物体做受迫振动时,振动稳定后的频率等于__的频率,跟物体的__无关.2、共振①共振是一种特殊的受迫振动,当驱动力的频率跟物体的______相等时,受迫振动的振幅最大,这种现象叫共振。

②受迫振动的振幅A 和驱动力的频率f 的关系—共振曲线,如图所示。

高三第一轮复习《简谐运动》教案

高三第一轮复习《简谐运动》教案

第七章:机械振动和机械波第1单元:简谐运动及其图象 受迫振动(第1课时)【教材分析】本章是高中相对独立的知识,是高考的必考知识点 【学习目标】理解简谐运动及其特点 【要点突破】一、机械振动与简谐运动1、机械振动:物体在 平衡位置 附近所做的往复运动。

(1)条件:①有平衡位置 ②受回复力(回复力:指 ) (2)特点:往复运动2、简谐运动:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成 正比 ,并且总指向平衡位置的 回复力 的作用下的振动。

是一种最简单的机械振动。

【例1】、如图1和2所示装置中,小球的运动是振动、是简谐运动吗?图中接触面均光滑。

【解析】:图1中, 从能量角度考虑,小球将在斜面AB 与BC 上往复运动,是机械振动.小球在AB 斜面上的运动.受重力和斜面弹力作用:在垂直斜面方向上,重力的分力G cos α与斜面弹力N 平衡;在平行斜面方向上,只有重力的分力Gsin α沿斜面AB 向下,为恒力,不随小球相对于B 点的位移变化而变化.同理,小球在斜面BC 上运动时,其受力Gsin β沿斜面BC 向下,也为恒力,不随小球相对于B 点的位移变化而变化.综合小球在ABC 斜面上的受力情况.不满足F 回= -kx 的关系,故不是简谐运动.图2中, 从能量角度考虑,小球将在斜面AB 与BC 上往复运动,是机械振动.小球在光滑圆弧形凹槽中运动,受重力和凹槽弹力作用:在凹槽半径R 方向,弹力N 与重力的分力G cos θ提供向心力;在轨道切线方向上, 重力的分力Gsin θ提供回复力.即:F 回= Gsin θ,当θ≤5O 时, sin θ≈θ.弦=||AB 弧│ │, 小球相对于平衡位置的位移x= ≈||AB │ │=s=R θ,则F 回= Gsin θ≈G θ≈x Rmg .对指定的小求和凹槽轨道,m 、R 均为定值,故Rmg 为一不变的常量,再考虑到回复力F 回与振动物体相对于平衡位置的位移x 方向相反,则F 回= -kx 。

【高中物理】高考必考简谐运动知识点总结,考前必过一遍

【高中物理】高考必考简谐运动知识点总结,考前必过一遍

【高中物理】高考必考简谐运动知识点总结,考前必过一遍!一、简谐运动1、机械振动(1)平衡位置:物体振动时的中心位置,振动物体未开始振动时相对于参考系静止的位置,或沿振动方向所受合力等于零时所处的位置叫平衡位置。

(2)机械振动:物体在平衡位置附近所做的往复运动,叫做机械振动,通常简称为振动。

(3)振动特点:振动是一种往复运动,具有周期性和重复性。

2、简谐运动(1)弹簧振子一个轻质弹簧联接一个质点,弹簧的另一端固定,就构成了一个弹簧振子。

简谐运动加速度的大小和方向都在变化,是一种变加速运动。

简谐运动的运动学特征也可用来判断物体是否为简谐运动。

二、简谐运动的描述1、振幅(1)定义:振动物体离开平衡位置的最大距离,用A表示。

(2)单位:在国际单位制中,振幅的单位是米(m)。

(3)物理意义:表示振动强弱的物理量,振幅越大,表示振动越强。

2、周期(1)全振动:振动物体往返一次(以后完全重复原来的运动)的运动叫做一次全振动.例如水平方向运动的弹簧振子的运动:O→A→O→A’→O或A→O→A’→O→A为一次全振动。

(如上图所示,其中O为平衡位置,A、A’为最大位移处)(2)定义:做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间,叫做振动的周期,用T表示。

(3)单位:在国际单位制中,周期的单位是秒(s)。

(4)物理意义:表示振动的快慢,周期越长表示物体振动越慢,周期越短表示物体振动得越快。

3、频率(1)定义:单位时间内完成的全振动的次数,叫做振动的频率,用f表示。

(2)单位:在国际单位制中,频率的单位是赫兹(Hz)。

(3)物理意义:频率是表示物体振动快慢的物理量,频率越大表示振动得越快,频率越小表示振动得越慢。

(4)周期与频率的关系:三、相位1、相位相位是表示物体振动步调的物理量,用相位来描述简谐运动在一个全振动中所处的阶段。

2、用三角函数式表示简谐运动(1)简谐运动的振动方程x=Asin(ωt+)A代表振动的振幅,ω叫做圆频率,ω=2πf,(ωt+)表示简谐运动的相位,叫做初相位,简称初相。

高三物理一轮复习学案 简谐运动

高三物理一轮复习学案   简谐运动

高三物理一轮复习学案简谐运动【目标导航】一、简谐运动1.简谐运动(1)定义:如果质点的位移与的关系遵从正弦函数的规律,即它的振动图像(x­t图像)是一条正弦曲线,这样的振动就叫做简谐运动。

(2)条件:如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成,并且总是指向,质点的运动就是简谐运动。

(3)平衡位置:物体在振动过程中回复力为的位置。

但所受合外力不一定为零,如单摆。

(4)回复力:使物体返回到平衡位置的力。

①方向:总是指向。

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。

(5)描述简谐运动的物理量物理量定义意义位移由指向质点所在位置的线段描述质点振动中某时刻的位置相对于的位移振幅振动物体离开平衡位置的描述振动的强弱和能量周期振动物体完成一次所需时间描述振动的快慢,两者互为倒数:T=1 f频率振动物体时间内完成全振动的次数相位ωt+φ描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态2.简谐运动的两种模型模型弹簧振子(水平)单摆简谐运动条件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 L g能量转化与动能的相互转化,机械能守恒与动能的相互转化,机械能守恒二、简谐运动的公式和图像1.表达式(1)动力学表达式:F=,其中“-”表示回复力与位移的方向相反。

(2)运动学表达式:x=,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=,图象如图甲所示。

(2)从最大位移处开始计时,函数表达式为x = ,图象如图乙所示。

(3)如图丙所示,从任意位置处开始计时,函数表达式为x =A sin(ωt +φ)。

(4)图像反映的是位移随时间的变化规律,随时间的增加而延伸,图像不代表质点运动的轨迹。

人教版高中物理课件-简谐运动

人教版高中物理课件-简谐运动

x/cm 20
0 1 2 3 4 5 6 7 t/s
-20
四、簡諧運動與勻速圓周運動的關係
類似應用
繪製地震曲線的裝置
思考
1、簡諧運動的圖象就是物體的
運動軌跡嗎?
2、由簡諧運動的圖象判斷簡諧
運動屬於下列哪一種運動?
A、勻變速運動 B、勻速直線
運動
C、變加速運動
D、勻加速直線運動
課堂訓練
1.下列運動中屬於機械振動的有( ) A、樹枝在風的作用下的運動 B、豎直向上拋出的物體的運動 C、說話時聲帶的振動 D、爆炸聲引起的窗扇的運動
B、以平衡位置為座標原點O,沿振動方向建立坐標軸 規定在O點右邊時位移為正,在左邊時位移為負。
三、彈簧振子的位移-時間圖象
課件展示 1、描點法
第一個1/2週期:
時間t(s) 0
t0
2t0
3t0
4t0
位移x(cm) -20.0 -17.8
-10.1
0.1 10.3
第二個1/2週期:
時間t(s) 6t0
二、彈簧振子
1、概念:小球和彈簧所組成的系統的名稱,有時也把這 樣的小球稱做彈簧振子或簡稱振子
2、 理想化處理:
①忽略摩擦力 ②忽略彈簧品質
理想化模型
思考: 振子的運動是怎樣一種運動呢?
• 研究彈簧振子的運動
1、位移隨時間的變化規律 A、振動物體的位移x 都是相對於平衡位置 的位移
如圖所示,是振子在A、 B位置的位移xA和xB
-20
小結
1、機械振動:物體在平衡位置(中心位置)兩側附 近所做往復運動。通常簡稱為振動。 平衡位置:振子原來靜止時的位置
2、彈簧振子理性化模型:不計阻力、彈簧的品質與 小球相比可以忽略。

高三物理一轮复习讲义(77)简谐运动

高三物理一轮复习讲义(77)简谐运动

高三物理一轮复习讲义(77)(简谐运动及其描述)一、知识梳理 (一)机械振动1.定义:物体(或物体的一部分)在某一中心位置附近所做的往复运动.______________是机械运动的主要特征.2.回复力:使振动物体返回平衡位置的力.(1)回复力是以__________命名的力,时刻指向__________.(2)回复力是振动物体在振动方向上的合外力.(3)回复力可能是几个力的合力,可能是某一个力,还可能是某一个力的分力.因而回复力不一定等于物体的合外力.3.平衡位置:物体在振动过程中__________为零的位置. (二)简谐运动(1)定义:物体在跟__________大小成正比,并且方向__________的回复力作用下的振动.2.简谐运动的特征(1)受力特征:回复力满足F=__________. (2)运动特征:加速度xm k a-=.3.描述简谐运动的物理量(1)位移:由__________指向振动质点所在位置的有向线段,它是__________量. (2)振幅:振动物体离开平衡位置的__________,它是__________量.(3)周期T 和频率f :物体完成__________所需的时间叫周期,单位时间内完成__________的次数叫频率,二者的关系为Tf 1=(三)两种基本模型(四)简谐运动的图像1.图像意义:表示振子的__________随时间变化的规律.其特征为正弦(或余弦)曲线.2.根据图像可以获得如下信息:①直接读出________和________;②确定某一时刻振动质点相对平衡位置的位移x;③判定任一时刻振动质点的速度方向及加速度方向;④判定某一段时间内振动质点的位移、速度、加速度、动能、势能的大小变化情况.二、典例分析:1.弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点之间做简谐运动,B、C相距20cm。

某时刻振子处于B点,经过0.5s,振子首次到达C点。

求:(1)振子振动的振幅和频率;(2)振子在5s内通过的路程及位移大小;(3)振子在B点的加速度大小跟它距O点4cm处P点的加速度大小的比值。

高考物理大一轮复习 第十四章 波与相对论教师用书(选修3-4)-人教版高三选修3-4物理教案

高考物理大一轮复习 第十四章 波与相对论教师用书(选修3-4)-人教版高三选修3-4物理教案

第十四章|波与相对论〔选修3-4)识。

第74课时 机械振动(双基落实课)[命题者说] 本课时内容包括简谐运动、单摆、受迫振动和共振等知识,主要了解机械振动这种运动形式,高考一般不会对这部分知识单独考查,但是简谐运动的特征、周期和图像、单摆振动的周期,受迫振动和共振等考点,也是高考经常涉及的内容。

一、简谐运动1.定义:如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数规律,即它的振动图像(x ­t 图像)是一条正弦曲线,这样的振动叫做简谐运动。

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,可以由某一个力提供,也可以由几个力的合力或某个力的分力提供。

4.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 =1f频率 振动物体单位时间内完成全振动的次数相位 ωt +φ描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态[小题练通]1.(2017·西城区模拟)弹簧振子在做简谐运动的过程中,振子通过平衡位置时( ) A .速度最大 B .回复力最大 C .加速度最大D .弹性势能最大解析:选A 弹簧振子在做简谐运动的过程中,振子通过平衡位置时,弹性势能最小,动能最大,故速度最大,选项A 正确,D 错误;弹簧振子通过平衡位置时,位移为零,根据F=-kx ,a =-kx m,可知回复力为零,加速度为零,应选项B 、C 错误。

2.关于简谐运动的周期,以下说法正确的选项是( ) A .间隔一个周期的整数倍的两个时刻,物体的振动情况相同B .间隔半个周期的奇数倍的两个时刻,物体的速度和加速度可能同时相同C .半个周期内物体的动能变化一定为零D .一个周期内物体的势能变化一定为零E .经过一个周期质点通过的路程变为零解析:选ACD 根据周期的定义可知,物体完成一次全振动,所有的物理量都恢复到初始状态,故A 选项正确。

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专题14.1 简谐运动与描述课前预习● 自我检测1.如下不是理想化物理模型的是( )A.质点 B.点电荷C.弹簧振子 D.带电粒子【答案】 D2.如下列图,质点在1 s末的位移是( )A.5 cm B.-5 cmC.15 cm D.0【答案】 B【解析】由图象可知,1 s末质点位于负的最大位移处,位移是矢量,方向与正方向相反,所以为-5 cm.3.关于简谐运动,如下说法正确的答案是( )A.位移的方向总指向平衡位置B.加速度方向总和位移方向相反C.位移方向总和速度方向相反D.速度方向总跟位移方向一样【答案】 B【解析】简谐运动的位移的初始位置是平衡位置,所以简谐运动过程中任一时刻的位移都是背离平衡位置的,故A选项错误;振子的加速度总是指向平衡位置的,而位移总是背离平衡位置的,故B选项正确;振子在平衡位置两侧往复运动,故C、D选项错误.4. 如下列图,弹簧振子以O为平衡位置在BC间做简谐运动,如此( )A.从B→O→C为一次全振动B.从O→B→O→C为一次全振动C.从C→O→B→O→C为一次全振动D.从D→C→O→B→O为一次全振动【答案】 C5.一个做简谐运动的弹簧振子,周期为T,振幅为A,设振子第一次从平衡位置运动到x=A2处所经历的时间为t1,第一次从最大位移处运动到x=A2所经历的时间为t2,关于t1与t2,以下说法正确的答案是( )A.t1=t2 B. t1<t2C.t1>t2 D.无法判断【答案】 B【解析】用图象法,画出x—t图象,从图象上,我们可以很直观地看出:t1<t2,因而正确【答案】为B.6.如下列图是用频闪照相的方法获得的弹簧振子的位移—时间图象,如下有关该图象的说法不正确的答案是( )A.该图象的坐标原点是建立在弹簧振子的平衡位置B.从图象可以看出小球在振动过程中是沿横轴方向移动的C.为了显示小球在不同时刻偏离平衡位置的位移,让底片沿垂直x轴方向匀速运动D.图象中小球的疏密显示出一样时间内小球位置变化快慢不同【答案】 B7. 如下列图,为一弹簧振子做简谐运动的振动图线,在t1、t2时刻这个质点的( )A.加速度一样B.位移一样C.速度一样D.机械能一样【答案】 D【解析】在弹簧振子做简谐运动时机械能守恒,在t1、t2两时刻振子具有一样大小的位移,但方向不同,加速度不同,故A、B不正确;由图象可知t1、t2两时刻速度方向不同,故C选项错误.课堂讲练● 典例分析[要点提炼一]一、什么是弹簧振子1.弹簧振子模型:如下列图,如果球与杆之间的摩擦可以忽略,且弹簧的质量与小球的质量相比也可以忽略,如此该装置为弹簧振子.2.弹簧振子不一定水平放置,例如:竖直悬挂的弹簧振子、光滑斜面上的弹簧振子,如下列图.3.振动特点:振动是一种往复运动,具有周期性和往复性.4.弹簧振子的平衡位置:振子原来静止时的位置.二、弹簧振子的位移—时间图象1.图象的建立:用横坐标表示振子运动的时间t,纵坐标表示振子在振动过程中离开平衡位置的位移x,建立直角坐标系.描绘出位移x随时间t变化的图象,如下列图.2.振子的位移x的意义振子的位移通常以平衡位置为参考点,是由平衡位置指向振子所在位置的有向线段(不同于一般运动的位移).在x-t图象中,振子位置在t轴上方,表示位移为正(如图中t1、t4时刻),位置在t轴下方表示位移为负(如图中t2时刻).3.图象的物理意义:反映了振子位置随时间变化的规律,它不是(填“是〞或“不是〞)振子的运动轨迹.三、简谐运动与其图象1.定义:如果质点的位移与时间的关系遵从正弦(或余弦)函数的规律,即它的振动图象(x-t图象)是一条正弦(或余弦)曲线,这样的振动叫做简谐运动.2.特点:简谐运动是最简单、最根本的振动,其振动过程关于平衡位置对称,是一种周期性运动.弹簧振子的运动就是简谐运动.3.图象的应用(1)确定位移与变化从简谐运动图象可直接读出不同时刻t的位移值,从最大位移处向平衡位置运动过程中位移减小,从平衡位置向最大位移处运动过程中位移增大.(2)确定各时刻速度的大小和方向①速度的方向结合质点的实际运动方向判断.②速度的大小根据位移情况判断:在平衡位置,质点速度最大;在最大位移处,质点速度为0.在从平衡位置向最大位移处运动的过程中,速度减小;在从最大位移处向平衡位置运动的过程中,速度增大.一、对弹簧振子运动特点的理解【典例1】一弹簧振子做简谐运动,如下说法中正确的答案是( )A.假设位移为负值,如此速度一定为正值B.振子通过平衡位置时,速度为零,位移最大C.振子每次经过平衡位置时,位移一样,速度也一定一样D.振子每次通过同一位置时,其速度不一定一样,但位移一定一样【答案】 D二、弹簧振子的x-t图象【典例2】如图甲所示,一弹簧振子在A、B间振动,取向右为正方向,振子经过O点时开始计时,其振动的x-t图象如图乙所示.如此如下说法中正确的答案是( )A.t2时刻振子在A点B.t2时刻振子在B点C.在t1~t2时间内,振子的位移在增大D.在t3~t4时间内,振子的位移在减小【答案】AC【解析】振子在A点和B点时的位移最大,由于取向右为正方向,所以振子运动到A 点有正向最大位移,在B点有负向最大位移,如此t2时刻,振子在A点,t4时刻,振子在B 点,应当选项A正确,B错误;振子的位移是以平衡位置为参考点的,所以在t1~t2和t3~t4时间内振子的位移都在增大,应当选项C正确,D错误.三、对简谐运动图象的理解【典例3】如下列图为某物体做简谐运动的图象,如下说法中正确的答案是( )A.由P→Q位移在增大B.由P→Q速度在增大C.由M→N位移先减小后增大D.由M→N位移始终减小【答案】AC【典例4】如下列图,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,关于A受力的说法中正确的答案是〔〕A.物块A受重力、支持力与弹簧对它的恒定的弹力B.物块A受重力、支持力与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、支持力与B对它的恒定的摩擦力D.物块A受重力、支持力与B对它的大小和方向都随时间变化的摩擦力【答案】D【解析】物块A也做简谐运动,回复力由水平方向上B对A的摩擦力提供,根据回复力特点,这个摩擦力的大小和方向都随时间变化.在竖直方向上A所受的重力和支持力是一对平衡力,所以D选项正确.【典例5】如图为竖直方向的弹簧振子,试在图中标出平衡位置与两端点,说出这三点振子的受力特点,加速度、位移、速度特点,并总结在一次振动中振子的运动规律.【答案】见解析【解析】如下列图,O为平衡位置,A、B为两端点,受力如下列图,在A点处弹力也可能向上,也可能为零,但回复力最大,方向指向O.B点处振子受向上的弹力和重力,回复力向上.O点处,振子受向上的弹力和重力,加速度、位移、回复力均为零,速度最大;A、B处,加速度、位移、回复力均最大,速度为零.由O→A,O→B是加速度增大的减速运动,A→O,B→O是加速度减小的加速运动.【反思总结】一、弹簧振子与其运动规律弹簧振子是一个理想化的模型,是理想化处理后的弹簧和小球组成的系统.实际振子假设:1.弹簧的质量比小球的质量小得多,可以认为质量集中于振子〔小球〕;2.小球体积较小,可以认为是一个质点;3.阻力足够小,可以忽略;4.振子的往复运动处在弹簧的弹性限度内时;就可以看作弹簧振子.弹簧振子原来静止的位置是平衡位置,振子经过平衡位置时位移是零,而速度最大.离开平衡位置时,位移变大,但速度变小.离开平衡位置位移最大处速度为零,而位移最大.简谐运动中的位移都是相对平衡位置而言.二、简谐运动的受力特征物体做简谐运动的受力条件是:F=-kx.F表示物体所受的回复力,负号表示回复力与物体偏离平衡位置的位移方向相反,此式表示回复力与位移大小成正比与位移方向相反.由此也可判断物体的加速度也是与物体偏离平衡位置位移大小成正比,方向相反.回复力是按效果命名的,它可以是一个力,也可以是多个力的合力,或一个力的分力.回复力的效果就是使做简谐运动的物体回到平衡位置.由回复力做功情况也可知,振动系统的动能、势能的变化情况:由平衡位置向最大位移运动时动能减小,势能增加,反之如此动能增加势能减小.[要点提炼二]一、描述简谐运动的物理量1.振幅(1)定义:振动物体离开平衡位置的最大距离,叫做振动的振幅.用A表示,单位为米(m).(2)物理含义:振幅是描述振动范围的物理量;振幅的大小反映了振动的强弱和振动系统能量的大小.2.周期(T)和频率(f)3.振幅与位移、路程、周期的关系(1)振幅与位移:振动中的位移是矢量,振幅是标量.在数值上,振幅与振动物体的最大位移相等,在同一简谐运动中振幅是确定的,而位移随时间做周期性的变化.(2)振幅与路程:振动中的路程是标量,是随时间不断增大的.其中常用的定量关系是:一个周期内的路程为4倍振幅,半个周期内的路程为2倍振幅.(3)振幅与周期:在简谐运动中,一个确定的振动系统的周期(或频率)是固定的,与振幅无关.4.对全振动的理解(1)全振动的定义:振动物体以一样的速度相继通过同一位置所经历的过程,叫作一次全振动.(2)正确理解全振动的概念,还应注意把握全振动的四个特征.①物理量特征:位移(x )、加速度(a )、速度(v )三者第一次同时与初始状态一样. ②时间特征:历时一个周期. ③路程特征:振幅的4倍. ④相位特征:增加2π. 二、简谐运动的表达式1.表达式:简谐运动的表达式可以写成x =A sin ()ωt +φ或x =A sin(2πTt +φ)2.表达式中各量的意义(1)“A 〞表示简谐运动的“振幅〞.(2)ω是一个与频率成正比的物理量叫简谐运动的圆频率.(3)“T 〞表示简谐运动的周期,“f 〞表示简谐运动的频率,它们之间的关系为T =1f.(4)“2πTt +φ〞或“2πft +φ〞表示简谐运动的相位.(5)“φ〞表示简谐运动的初相位,简称初相. 一、对描述简谐运动物理量的理解【典例1】如下列图,弹簧振子以O 点为平衡位置,在B ,C 间振动,如此( )A .从B →O →C →O →B 为一次全振动 B .从O →B →O →C →B 为一次全振动 C .从C →O →B →O →C 为一次全振动D .OB 不一定等于OCE .B 、C 两点是关O 点对称的 【答案】 ACE【典例2】一个物体做简谐运动时,周期是T ,振幅是A ,那么物体( ) A .在任意T 4内通过的路程一定等于AB .在任意T2内通过的路程一定等于2AC .在任意3T4内通过的路程一定等于3AD .在任意T 内通过的路程一定等于4AE .在任意T 内通过的位移一定为零 【答案】 BDE【解析】 物体做简谐运动,是变加速直线运动,在任意T4内通过的路程不一定等于A ,故A 错误;物体做简谐运动,在任意T2内通过的路程一定等于2A ,故B 正确;物体做简谐运动,在任意3T4内通过的路程不一定等于3A ,故C 错误;物体做简谐运动,在一个周期内完成一次全振动,位移为零,路程为4A ,故D 、E 正确.二 、对简谐运动的表达式的理解【典例3】物体A 做简谐运动的振动位移x A =3sin ⎝⎛⎭⎪⎫100t +π2 m ,物体B 做简谐运动的振动位移x B =5sin ⎝⎛⎭⎪⎫100t +π6 m .比拟A ,B 的运动( ) A .振幅是矢量,A 的振幅是6 m ,B 的振幅是10 mB .周期是标量,A ,B 周期相等,为100 sC .A 振动的频率f A 等于B 振动的频率f BD .A 振动的圆频率ωA 等于B 振动的圆频率ωBE .A 的相位始终超前B 的相位π3【答案】 CDE【典例4】一物体沿x 轴做简谐运动,振幅为8 cm ,频率为0.5 Hz ,在t =0时,位移是4 cm ,且向x 轴负方向运动,试写出用正弦函数表示的振动方程,并画出相应的振动图象.【答案】 见解析【解析】 简谐运动的表达式为x =A sin(ωt +φ),根据题目所给条件得A =8 cm ,ω=2πf =π,所以x =8sin(πt +φ),将t =0,x 0=4 cm 代入得4=8sin φ,解得初相φ=π6或φ=56π,因为t =0时,速度方向沿x 轴负方向,即位移在减小,所以取φ=56π,所求的振动方程为x =8sin(πt +56π) cm,画对应的振动图象如下列图.【典例5】一个质点以O 为中心做简谐运动,位移随时间变化的图象如下列图,a 、b 、c 、d 表示质点在不同时刻的相应位置,如下说法正确的答案是( )A .质点在位置b 比位置d 时相位超前π2B .质点通过位置b 时,相对平衡位置的位移为A2C .质点从位置a 到c 和从位置b 到d 所用时间相等D .质点从位置a 到b 和从b 到c 的平均速度相等E .质点在b 、d 两位置速度一样【答案】 ACE【反思总结】1.简谐运动的表达式:x =A sin(ωt +φ)式中x 表示振动质点相对于平衡位置的位移;t 表示振动的时间;A 表示振动质点偏离平衡位置的最大距离,即振幅.2.各量的物理含义(1)圆频率:表示简谐运动物体振动的快慢.与周期T 与频率f 的关系:ω=2πT=2πf . (2)φ表示t =0时,简谐运动质点所处的状态,称为初相位或初相.ωt +φ表示做简谐运动的质点在t 时刻处在一个运动周期中的哪个状态,所以表示简谐运动的相位.3.做简谐运动的物体运动过程中的对称性(1)瞬时量的对称性:各物理量关于平衡位置对称.以水平弹簧振子为例,振子通过关于平衡位置对称的两点,位移、速度、加速度大小相等,动能、势能、机械能相等.(2)过程量的对称性:振动质点来回通过一样的两点间的时间相等,如t BC =t CB ;质点经过关于平衡位置对称的等长的两线段的时间相等,如t BC =t B ′C ′,如下列图.4.做简谐运动的物体运动过程中的周期性简谐运动是一种周而复始的周期性的运动,按其周期性可做如下判断:(1)假设t 2-t 1=nT ,如此t 1,t 2两时刻振动物体在同一位置,运动情况一样.(2)假设t 2-t 1=nT +12T ,如此t 1,t 2两时刻,描述运动的物理量(x ,F ,a ,v )均大小相等,方向相反.(3)假设t 2-t 1=nT +14T 或t 2-t 1=nT +34T ,如此当t 1时刻物体到达最大位移处时,t 2时刻物体到达平衡位置;当t 1时刻物体在平衡位置时,t 2时刻物体到达最大位移处;假设t 1时刻物体在其他位置,t 2时刻物体到达何处就要视具体情况而定.5用简谐运动表达式解答振动问题的方法(1).明确表达式中各物理量的意义,可直接读出振幅、圆频率、初相.(2).ω=2πT=2πf 是解题时常涉与到的表达式. (3).解题时画出其振动图象,会使解答过程简捷、明了.课后巩固 ● 课时作业题组一 对机械振动的理解1.如下运动属于机械振动的是( )①乒乓球在地面上的自由来回上下运动 ②弹簧振子在竖直方向的上下运动 ③秋千在空中的来回运动 ④竖立于水面上的圆柱形玻璃瓶的上下运动A .①②B .②③C .③④D .②③④【答案】 D【解析】 机械振动的特点是物体在平衡位置附近做往复运动.故D 项正确.2.关于机械振动的位移和平衡位置,以下说法中正确的答案是( )A .平衡位置就是物体振动范围的中心位置B .机械振动的位移总是以平衡位置为起点的位移C .机械振动的物体运动的路程越大,发生的位移也越大D .机械振动的位移是指振动物体偏离平衡位置最远时的位移【答案】 B题组二 弹簧振子的运动特点3.做简谐运动的弹簧振子在某段时间内速度越来越大,如此这段时间内( )A.振子的位移越来越大B.振子正向平衡位置运动C.振子速度与位移同向D.振子速度与位移方向相反【答案】BD【解析】弹簧振子在某段时间内速度越来越大,说明它正向平衡位置运动,故位移越来越小,A错,B对.位移方向是从平衡位置指向振子,故二者方向相反,C错,D对.4.如下列图,弹簧振子在a、b两点间做简谐运动,在振子从最大位移处a向平衡位置O 运动过程中( )A.位移方向向左,速度方向向左B.位移方向向左,速度方向向右C.位移不断增大,速度不断减小D.位移不断减小,速度不断增大【答案】BD题组三弹簧振子的x-t图象5.如下列图为获取弹簧振子的位移-时间图象的一种方法,小球的运动轨迹是往复运动的一段线段,而简谐运动的图象是正弦(或余弦)曲线.如下说法正确的答案是( )A.如果纸带不动,作出的振动图象仍然是正弦(或余弦)函数曲线B.如果纸带不动,作出的振动图象是一段线段C.图示时刻,振子正经过平衡位置向右运动D.假设纸带运动的速度不恒定,如此纸带上描出的仍然是简谐运动的图象【答案】BC【解析】当纸带不动时,描出的只是振子在平衡位置两侧往复运动的轨迹,是一段线段,选项A错误,B正确;由振动图象可以看出,图示时刻振子正由平衡位置向右运动,选项C正确;只有当纸带匀速运动时,振动图象才是正弦(或余弦)函数曲线,而简谐运动的图象一定是正弦(或余弦)函数曲线,应当选项D错误.6.图3为一弹簧振子的振动图象,规定向右的方向为正方向,图4为弹簧振子的示意图,弹簧振子在F、G之间运动,E是振动的平衡位置,试根据图象分析以下问题:图3 图4(1)如图4所示,振子振动的起始位置是________(填“E〞、“F〞或“G〞),从初始位置开始,振子向________(填“左〞或“右〞)运动.(2)在图4中,找出图象中的A、B、C、D点各对应振动过程中的哪个位置?A对应__________,B对应________,C对应________,D对应________.(3)在t=2s时,振子的速度方向与t=0时速度方向________(填“一样〞或“相反〞).(4)振子在前4s内的位移等于________.【答案】(1)E右(2)GEFE(3)相反(4)0题组四对简谐运动图象的理解7.如下列图为某质点做简谐运动的图象,如此如下说法正确的答案是( )A.质点在0.7s时,正在远离平衡位置B.质点在1.5s时的位移最大C.1.2s到1.4s,质点的位移在增大D.1.6s到1.8s,质点的位移在增大【答案】BC8.如下列图是质点做简谐运动的图象,由此可知( )A.t=0时,质点位移、速度均为零B.t=1s时,质点位移最大,速度为零C.t=2s时,质点的位移为零,速度负向最大D.t=4s时,质点停止运动【答案】BC【解析】当t=0时,质点的位移为零,此时质点在平衡位置具有沿x轴正方向的最大速度,选项A错误;当t=1s时,质点的位移最大,此时质点运动到正方向的最大位移处,速度为零,选项B正确;t=2s时,质点的位移为零,速度沿x轴负方向最大,选项C正确;根据振动图象可知,D错误.9.如下列图是某质点做简谐运动的振动图象,根据图象中的信息,回答如下问题:(1)质点离平衡位置的最大距离有多大?(2)在1.5s和2.5s两个时刻,质点向哪个方向运动?(3)质点在第2s末的位移是多少?【答案】(1)10cm (2)1.5s时刻向平衡位置运动 2.5s时刻背离平衡位置运动(3)0 【解析】由图象上的信息,结合质点的振动过程可作出以下回答:(1)质点离平衡位置的最大距离就是x的最大值10cm;(2)在1.5s以后的一小段时间质点位移减小,因此是向平衡位置运动,在2.5s以后的一小段时间质点位移增大,因此是背离平衡位置运动;(3)质点2s末在平衡位置,因此位移为零.10.弹簧振子做简谐运动的振动图象如下列图,如此( )A.t=0时,质点位移为零,速度为零,加速度为零B.t=1 s时,质点位移最大,速度为最大,加速度最大C.t1和t2时刻振子具有一样的速度D.t3和t4时刻振子具有一样的加速度【答案】 D题组五1.一个做简谐运动的弹簧振子,周期为T,振幅为A,设振子第一次从平衡位置运动到x=A2处所经历的时间为t1,第一次从最大位移处运动到x=A2所经历的时间为t2,关于t1与t2,以下说法正确的答案是( )A.t1=t2 B.t1<t2C.t1>t2 D.无法判断【答案】 B【解析】画出x-t图象,从图象上,我们可以很直观地看出:t1<t2,因而正确答案为B.2.有一个在光滑水平面内的弹簧振子,第一次用力把弹簧压缩x后释放让它振动,第二次把弹簧压缩2x后释放让它振动,如此先后两次振动的周期之比和振幅之比分别为( ) A.1∶1,1∶1 B.1∶1,1∶2C.1∶4,1∶4 D.1∶2,1∶2【答案】 B【解析】弹簧的压缩量即为振子振动过程中偏离平衡位置的最大距离,即振幅,故振幅之比为1∶2.而对同一振动系统,其周期由振动系统自身的性质决定,与振幅无关,故周期之比为1∶1.3.一水平弹簧振子做简谐运动,周期为T,如此( )A.假设t时刻和(t+Δt)时刻振子运动位移的大小相等、方向一样,如此Δt一定等于T 的整数倍B .假设t 时刻和(t +Δt )时刻振子运动位移的大小相等、方向相反,如此Δt 一定等于T2的整数倍C .假设Δt =T ,如此在t 时刻和(t +Δt )时刻振子振动的速度一定相等D .假设Δt =T2,如此在t 时刻和(t +Δt )时刻弹簧的长度一定相等 【答案】 C【解析】 如下列图,4.有两个简谐运动,其表达式分别是x 1=4sin (100πt +π3) cm ,x 2=5sin (100πt +π6) cm ,如下说法正确的答案是( )A .它们的振幅一样B .它们的周期一样C .它们的相位差恒定D .它们的振动步调一致【答案】 BC5 .一根自由长度为10 cm 的轻弹簧,下端固定,上端连一个质量为m 的物块P .在P 上再放一个质量为m 的物块Q ,系统静止后,弹簧长度为6 cm ,如下列图,如果迅速向上移去Q ,物块P 将在竖直方向做简谐运动,此后弹簧的最大长度是( )A .8 cmB .9 cmC .10 cmD .11 cm【答案】 C【解析】 由题可知物块P 在竖直方向上做简谐运动.平衡位置是重力和弹簧弹力相等的位置,由题中条件可得此时弹簧长度为8 cm ,P 刚开始运动时弹簧长度为6 cm ,所以弹簧的最大长度是10 cm ,C 选项正确.6.做简谐运动的小球按x =0.05sin (2πt +π4) m 的规律振动. (1)求小球振动的圆频率、周期、频率、振幅和初相位;(2)当t 1=0.5 s 、t 2=1 s 时小球的位移分别是多少?【答案】 (1)振幅A =0.05 m ,初相位φ0=π4,圆频率ω=2π rad/s,周期T =1 s ,频率f =1 Hz(2)-0.025 2 m 0.025 2 m【解析】 (1)根据表达式可以直接判断振幅A =0.05 m ,初相位φ0=π4,圆频率ω=2π rad/s ,周期T =2πω=1 s ,频率f =1T=1 Hz. (2)将t 1=0.5 s 、t 2=1 s 代入x =0.05sin (2πt +π4) m 得x 1=0.05sin 5π4m =-0.025 2 m ,x 2=0.05sin 9π4m =0.025 2 m. 7.如下列图为A 、B 两个简谐运动的位移—时间图象.试根据图象写出:word - 21 - / 21 (1)A 的振幅是______cm ,周期是________s ;B 的振幅是________cm ,周期是________s.(2)试写出这两个简谐运动的位移随时间变化的关系式.(3)在时间t =0.05 s 时两质点的位移分别是多少?【答案】 (1)0.5 0.4 0.2 0.8(2)x A =0.5sin (5πt +π) cm,x B =0.2sin (2.5πt +π2) cm (3)x A =-24 cm ,x B =0.2sin 58π cm。

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