2021版高考物理教科版大一轮复习基础自查学案：选修3-41.1 机械振动
展开温馨提示：
此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。
选修3-4
第一章 机械振动与机械波
第1讲 机 械 振 动
必备知识
一、简谐运动
1.简谐运动的规律:
质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比,并且总是指向平衡位置。
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:
使物体返回到平衡位置的力,方向总是指向平衡位置。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。
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= |
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 |
二、简谐运动的公式与图像
1.动力学表达式:F=-kx,其中“-”表示回复力与位移的方向相反。
2.运动学表达式:x=Asin(ωt+φ),其中A代表振幅,ω=2πf表示简谐运动的快慢,ωt+φ代表简谐运动的相位,φ叫作初相。
3.图像:从任意位置处开始计时,函数的表达式为x=Asin(ωt+φ),图像如图所示。
三、简谐运动的两种模型的比较
模 型 | 弹簧振子 | 单 摆 |
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)最大摆角很小 |
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 |
四、受迫振动和共振
1.三种振动形式的比较:
振动类型 比较项目 | 自由振动 | 受迫振动 | 共 振 |
受力情况 | 仅受回复力 | 周期性驱动力 作用 | 周期性驱动力作用 |
振动周期 或频率 | 由系统本身性质决定,即固有周期或固有频率 | 由驱动力的周期或频率决定,即T=T驱或ƒ=f驱 | T驱=T0或ƒ驱=f0 |
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 |
2.受迫振动中系统能量的变化:受迫振动系统的机械能不守恒,系统与外界时刻进行能量交换。
基础小题
1.判断下列题目的正误。
(1)简谐运动是匀变速运动。 ( )
(2)做简谐运动的物体位移减小时,加速度减小,速度也减小。 ( )
(3)简谐运动的回复力可以是恒力。 ( )
(4)物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率无关。 ( )
提示:(1)×。简谐运动的回复力周期性变化,故做简谐运动物体的加速度不断变化,是变加速运动。
(2)×。做简谐运动的物体位移减小时,加速度减小,速度增大。
(3)×。回复力与位移成正比,简谐运动的位移不断变化,回复力是变力。
(4)√。受迫振动的周期和频率等于驱动力的周期和频率,与物体的固有周期和频率无关。
2.(教材改编题)(多选)如图所示为某物体做简谐运动的图像,下列说法正确的是 ( )
A.0.6 s时刻与1.2 s时刻物体的回复力相同
B.0.2 s时刻与1.0 s时刻物体的速度相同
C.0.1～0.3 s时间内物体加速度在增大
D.0.3～0.5 s时间内物体的势能在增大
【解析】选A、B、D。由图像可知,0.6 s时刻与1.2 s时刻物体的位移相同,由F=-kx可得物体的回复力相同,A正确;0.2 s时刻与1.0 s时刻物体图像的斜率相同,即物体的速度相同,B正确;0.1～0.3 s时间内物体的位移在减小,加速度在减小,C错误;0.3～0.5 s时间内物体的位移在增大,物体的势能在增大,D正确。
关闭Word文档返回原板块
