2013高三物理第一轮总复习课件十一：机械振动-机械波-电磁波ppt.ppt

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1、高三物理第一轮总复习（2013届）第一课时机械振动和振动图象2、回复力回复力是效果力，是振动物体在振动方向上的合外力，可能是几个力的合力，也可能是某一个力或某个力的分力方向总指向平衡位置物体所受回复力为零的位置，称为平衡位置一机械振动、回复力1、机械振动物体在平衡位置附近做的往复运动，叫做机械振动产生条件：有回复力的作用和阻尼足够小2、描述简谐运动的物理量位移x：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段，是矢量振幅A：振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量周期T和频率f：物体完成一次全振动经历的时间叫周期，振动物体在1s内完成全振动的次数叫频率，二者的关系为T1/f.二简谐运动及描述简谐运动的

2、物理量1、简谐运动定义：物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的运动受力特征：Fkx(负号表示回复力方向与位移方向相反)3、简谐运动的表达式：xAsint，其中2/T2f.4、两种基本模型单摆做简谐运动的条件单摆只在摆角很小时(5)才满足回复力Fkx而做简谐运动，否则不是简谐运动单摆周期公式的理解单摆的周期与振幅、质量无关单摆的摆长l是摆球摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离，即圆弧对应的半径，如图所示的双线摆，当摆球在垂直于纸面的平面内做小幅度振动时，其摆线长lLcos/2.单摆周期公式中的g只受重力和绳拉力，且悬点静止或匀速直线运动的单摆，g为当地重力加速度，在地球上不同位置

3、g的取值不同，不同星球表面g值也不相同单摆处于超重或失重状态，等效重力加速度gg0a，如在轨道上运动的卫星ag0，完全失重，等效重力加速度g0.5、简谐运动的能量简谐运动过程中动能和势能相互转化，机械能守恒振动能量与振幅有关，振幅越大，能量越大m,+qEm,+qEm,+qE如图做小角度的摆动左右摆动前后摆动光滑斜面加不同方向的匀强电场E单摆的等效摆长和等效重力加速度不加匀强电场，在悬点放一个正点电荷振动质点来回通过相同的两点间的时间相等，如tBCtCB；质点经过关于平衡位置对称的等长的两线段时时间相等，如tBCtBC，如图所示三简谐运动的运动规律1、变化规律位移增大时2、对称规律做简谐运动的物

4、体，在关于平衡位置对称的两点，回复力、位移、加速度具有等大反向的关系另外速度的大小、动能具有对称性，速度的方向可能相同或相反回复力、加速度变大速度、动能减小势能增大振幅、周期、频率保持不变机械能守恒每经过T/2，振动质点都会到达关于平衡位置对称的位置3、质点运动的路程一个周期T内路程：s=4A1/2周期内路程：s=2A1/4周期内路程：sA（从平衡位置的一侧运动到另一侧）s=A（在平衡位置和最大位移处两点间运动）sA（在靠近最大位移处的往复运动）【例与练】在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下列各组中描述振动的物理量总是相同的是（）A速度、加速度、动能B加速度、回复力和位移C加速度、动能和位

5、移D位移、动能、回复力BCD【例与练】一弹簧振子振幅为A，从最大位移处经时间t0，第一次到达平衡位置，若振子从最大位移处经过t0/2时的速度大小和加速度大小分别为v1和a1，而振子位移为A/2时速度大小和加速度大小分别为v2和a2，那么()A.v1v2B.v1a2D.a1a2BC【例与练】如图所示，质量为的物体放置在质量为的物体上，与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐运动，振动过程中、之间无相对运动设弹簧的劲度系数为，当物体离开平衡位置的位移为时，、间摩擦力的大小等于（）D【例与练】如图所示，弹簧下端挂一质量为m的物体,物体在竖直方向上做振幅为A的简谐运动，当物体振动到最高点时，弹簧正好为

6、原长，则物体在振动过程中()A.物体在最低点时的弹力大小应为2mgB.弹簧的弹性势能和物体动能总和不变C.弹簧的最大弹性势能等于2mgAD.物体的最大动能应等于mgAAC【例与练】如图质点作简谐运动，先后以相等而反向的加速度通过C、D两点，历时2s，过D点后又经过2s，仍以相同加速度再次经过D点，求其振动周期。C D答案：T=8s【例与练】一物体做简谐运动，当其以相同的速度依次通过不同的两个点A、B，历时1s，又经过1s，物体再次通过B点，已知物体在这2s内所走过的总路程为12cm，则物体做简谐运动的周期和振幅的可能值为（）A、T=2s,A=3cmB、T=4s,A=6cmC、T=4/3s，A=

7、2cm D、T=4s,A=3cmBC【例与练】有一秒摆,摆球带负电，在如图所示的匀强磁场中做简谐振动，则()A.振动周期T0=2sB.振动周期T02sC.振动周期T02sD.无法确定其周期大小A1、横、纵坐标表示：横坐标为时间轴，纵坐标为某时刻质点的位移2、意义：表示振动质点的位移随时间变化的规律3、形状：正弦或余弦图线四简谐运动的图象(1)从平衡位置开始计时，函数表达式为xAsint，图象如图(甲)所示(2)从最大位移处开始计时，函数表达式为xAcost，图象如图(乙)所示(3)振动图象表示某质点在不同时刻偏离平衡位置的位移，不表示质点运动轨迹直接从图象上读出周期和振幅确定任一时刻质点相对平

8、衡位置的位移判断任意时刻振动物体的速度方向和加速度的方向判断某段时间内振动物体的速度、加速度、动能及势能大小的变化情况4、简谐运动图象的应用【例与练】(2010江苏南通调研)如图所示，一弹簧振子在MN间沿光滑水平杆做简谐运动，O为平衡位置，C为ON中点，振幅A4cm.从小球经过图中N点时开始计时，到第一次经过C点的时间为0.2s，则小球的振动周 期 为 _s，振 动 方 程 的 表 达 式 为_cm.解析：由代入数据得：则：解得：T=1.2s【例与练】如图所示，一根用绝缘材料制成的劲度系数为k的轻质弹簧，左端固定，右端与质量为m、带电荷量为q的小球相连，静止在光滑、绝缘的水平面上.在施加一个场

9、强为E、方向水平向右的匀强电场后，小球开始做简谐运动，那么()A.小球到达最右端时，弹簧的形变量为2qE/kB.小球做简谐运动的振幅为2qE/kC.运动过程中小球的机械能守恒D.运动过程中小球的电势能和弹簧的弹性势能的总量不变解析：加电场后，振子的平衡位置在弹簧伸长为qE/k处，由简谐运动的对称性知振子的振幅为qE/k，到达最右端时弹簧的形变量为2qE/k.A【例与练】如图甲所示，小球在内壁光滑的固定半圆形轨道最低点附近做小角度振动，其振动图象如图乙所示，以下说法正确的是()A.t1时刻小球速度为零,轨道对它的支持力最小B.t2时刻小球速度最大,轨道对它的支持力最小C.t3时刻小球速度为零,轨

10、道对它的支持力最大D.t4时刻小球速度最大,轨道对它的支持力最大AD【例与练】公路上匀速行驶的货车受一扰动，车上货物随车厢底板上下振动但不脱离底板。一段时间内货物在竖直方向的振动可视为简谐运动，周期为T。取竖直向上为正方向，以某时刻作为计时起点，即t=0，其振动图象如图所示，则（）A、t=1/4T时，货物对车厢底板的压力最大B、t=1/2T时，货物对车厢底板的压力最小C、t=3/4T时，货物对车厢底板的压力最大D、t=3/4T时，货物对车厢底板的压力最小C五受迫振动和共振1、受迫振动受迫振动是物体在周期性驱动力作用下的振动做受迫振动的物体，振动稳定后的周期或频率总等于驱动力的周期或频率，而与物

11、体的固有周期或频率无关振幅特征：驱动力的频率与物体的固有频率相差较大时，振幅较小驱动力的频率与物体的固有频率相差较小时，振幅较大驱动力的频率与物体的固有频率相等时，振幅最大共振：做受迫振动的物体，驱动力的频率与它的固有频率相等时，受迫振动的振幅达到最大，这就是共振现象共振曲线如图所示2、共振共振的应用和防止应用共振：使驱动力的频率接近直至等于振动系统的固有频率如：共振筛、核磁共振仪防止共振：使驱动力的频率远离振动系统的固有频率，如：火车车厢避震系统4、无阻尼振动：振幅不变的振动、简谐运动就是一种无阻尼振动3、阻尼振动：振幅不断减小的振动【例与练】A、B两个弹簧振子,A固有频率为f,B固有频率为

12、4f,若它们均在频率为3f的驱动力作用下做受迫振动,则()A.振子A的振幅较大,振动频率为fB.振子B的振幅较大,振动频率为3fC.振子A的振幅较大,振动频率为3fD.振子B的振幅较大,振动频率为4fB【例与练】把一个筛子用四根弹簧支起来,筛子上固定一个电动偏心轮,它每转一周,给筛子一个驱动力,这样就做成了一个共振筛.筛子做自由振动时,完成10次全振动用时15s,在某电压下,电动偏心轮转速是36r/min.已知增大电压可使偏心轮转速提高;增加筛子质量,可以增大筛子的固有周期,那么要使筛子的振幅增大,下列哪些做法是正确的.是（）A.提高输入电压B.降低输入电压C.增加筛子质量D.减少筛子质量解析

13、:筛子振动固有周期驱动力周期要使筛子振幅增大,就得使着两个周期值靠近AC第二课时实验：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度一、实验原理1思路：单摆在偏角很小(小于5)时的摆动，可认为是简谐运动，其固有周期为，由此可得g42l/T2。只要测出摆长l和周期T，即可算出当地的重力加速度值2秒表的使用(1)使用方法：首先要上好发条它上端的按钮用来开启和止动秒表第一次按压，秒表开始计时；第二次按压，指针停止走动，指示出两次按压之间的时间；第三次按压，两指针均返回零刻度处(2)读数：所测时间超过半分钟时，半分钟的整数倍部分由分针读出，不足半分钟的部分由秒针读出，总时间为两针示数之和（秒表不要估读）二、实验

14、器材带孔小钢球一个，约1m长的细线一根，带有铁夹的铁架台、毫米刻度尺、秒表、游标卡尺三、实验步骤1组成单摆在细线的一端打一个比小钢球的孔径稍大些的结，将细线穿过小钢球上的小孔，制成一个单摆，将单摆固定在带铁夹的铁架台上，使小钢球自由下垂(如图)2测摆长让摆球处于自由下垂状时，用毫米刻度尺测出悬线长l0，用游标卡尺测出摆球的直径(2r)，则摆长为ll0r.3测周期把摆球拉离平衡位置一个小角度(小于5)，使单摆在竖直面内摆动，测量其完成全振动30次(或50次)所用的时间，求出完成一次全振动所用的平均时间，即为周期T.4求重力加速度将l和T代入g42l/T2，求g的值；变更摆长3次，重测每次的摆长和

15、周期，再取重力加速度的平均值，即得本地的重力加速度四、实验数据的处理方法1平均值法：将测得的n次的周期T和摆长l代入公式g42l/T2中算出对应的g值(g1、g2)，然后求出平均值：2图象法：由单摆的周期公式可得，因此以摆长l为纵轴，以T2为横轴做出lT2图象，是一条过原点的倾斜直线，如图，求出斜率k，即可求出g值g42k.求直线的斜率时，不能测量出直线的倾斜角，利用ktan求斜率因为坐标轴单位长度不同时，同一条直线对应的角不同五、注意事项1测周期的方法(1)开始计时位置：平衡位置，此处的速度大，计时误差小，最高点速度小，误差大(2)记录全振动次数的方法：摆球过平衡位置时启动秒表同时记数为零，

16、以后摆球每过一次平衡位置记一个数，最后秒表计时为t秒，记数为n，则周期秒2选材料时应选择细、轻又不易伸长的线，长度一般在1m左右，小球应选用密度较大、体积较小的金属球3单摆摆线的上端不可随意绕在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆球摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现象4注意控制单摆摆动时摆线与竖直方向的夹角不超过5，且摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆六、误差分析1系统误差本实验系统误差主要来源于单摆模型本身，即：悬点是否固定，球、线是否符合要求，振动是圆锥摆还是同一竖直平面内的摆动等2偶然误差(1)本实验的偶然误差主要来自于时间(即单摆的周期)的测量(2)本实验摆线长度和摆球直

17、径的测量，也容易造成误差(3)为了减小偶然误差，通常采用多次测量求平均值及用图象处理数据的方法【例与练】某同学在做“用单摆测定重力加速度”的实验测摆长时测量结果如图1所示（单摆的另一端与刻度尺的零刻线对齐），摆长为_cm；然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间如图2所示，秒表读数为_s.99.80100.5979899100cm图1575553514947454341393533372859 310123456789101 112131426242220181614121086420图2他测得的g值偏大，可能的原因是()A.测摆线长时摆线拉得过紧B.摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现了松动

18、，使摆线长度增加了C.开始计时时，秒表提前按下D.测出n次全振动的时间为t，误作为(n1)次全振动的时间进行计算E.以摆球直径和摆线长度之和作为摆长进行运算ADE【例与练】某同学在家里做“用单摆测定重力加速度”的实验，但没有合适的摆球，他找到了一块大小为3cm左右，外形不规则的石块代替小球如图所示，他设计的实验步骤是：A将石块用细尼龙线系好，结点为M，将尼龙线的上端固定于O点；B用刻度尺测量OM间尼龙线的长度L作为摆长；C将石块拉开一个大约30的角度，然后由静止释放；D从摆球摆到最高点时开始计时，测出30次全振动的总时间t，由Tt/30得出周期；E改变OM间尼龙线的长度再做几次实验，记下相应的

19、L和T；F求出多次实验中测得的L和T的平均值作为计算时使用的数据，代入公式g42L/T2求出重力加速度g.(1)你认为该同学以上实验步骤中有重大错误的是_为什么？(2)该同学用OM的长作为摆长，这样做引起的系统误差将使重力加速度的测量值比真实值偏大还是偏小？_.你认为用什么方法可以解决摆长无法准确测量的困难？解析：（1）B.（摆长应从悬点到石块重心的距离）C.（摆角太大，不能看做简谐运动）D.（应从摆球摆到最低点时开始计时）F.（必须先分别求出各组L和T值对应的g，再求各个g的平均值）（2）偏小。设两次实验中的摆线长分别为L1和L2，对应的周期分别为T1和T2，石块的重心到M点的距离为x由和可

20、解得：第三课时机械波和波的图象一机械波的形成和传播特点2、机械波的分类横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波有波峰和波谷纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波有密部和疏部1、机械波的产生机械振动在介质中的传播形成机械波产生的条件：有波源，有介质19振动19振动经过时间t3、机械波的特点每一质点都以各自的平衡位置为中心做振动，质点并不随波而迁移，传播的是波源的振动形式和振动能量后一质点的振动总是落后于带动它的前一质点的振动，且每个质点起振方向与波源起振方向相同介质中各质点的振动周期(频率)都与波源的振动周期(频率)相同4、描述机械波的物理量波长：沿着波的传播方向，两个相邻的、相对

21、平衡位置的位移和振动方向总是相同的质点间的距离在波的传播方向上，对于横波，相邻的两个波峰(或相邻的两个波谷)之间的距离等于一个波长对于纵波，相邻的两个疏部(或密部)之间的距离等于一个波长波速：波在介质中传播的速度表达式v/T（或v=s/t 相当于“振动”在介质中匀速运动).频率：波的频率始终等于波源的振动频率，也是所有质点的振动频率三者关系：vf，f 和v决定.注意：机械波的波速只与介质有关，而频率则由波源决定注意波速与质点振动速度不是同一概念二、波的图象以介质中各质点的位置坐标为横坐标，某时刻各质点相对于平衡位置的位移为纵坐标画出的图象叫做波的图象.波的图象反映了在波传播的过程中，某一时刻介

22、质中各质点相对平衡位置的位移横波的图象形状与波在传播过程中介质中各质点某时刻的分布相似，波形中的波峰即为图象中的位移正向最大值，波谷即为图象中位移负向的最大值，波形中通过平衡位置的质点在图象中也恰处于平衡位置。1、波动图象的特点波形图线是正弦或余弦曲线的波称为简谐波。简谐波是最简单的波。对于简谐波而言，各个质点振动的最大位移都相同。波的图象的重复性：相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同。波的传播方向的双向性：不指定波的传播方向时，图象中波可能向x 轴正向或x 轴负向传播。沿波的传播方向相距s=n的质点振动总是相同。相距s=(2n+1)/2的质点振动总是相反。相距s=(2n+1)/4的两质点，若一个在最大位移处，则另一个在平衡位置。从图象上直接读出波长和振幅。可确定任一质点在该时刻的位移。可确定任一质点在该时刻的加速度的方向。若知道波速v 的方向，可知各质点的运动方向，如图中，设波速向右，则a、d质点沿-y方向运动；b、c质点沿+y方向运动。2、简谐波图象的应用