物理机械振动、简谐振动图像讲解
一. 本周教学内容:
机械振动、简谐振动图像
二. 总结归纳
知识网络:
三. 重、难点分析
1. 描述振动的量
(1)位移x:由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段,矢量。
(2)振幅A:振动离开平衡位置的最大距离,标量,表示振动的强弱。
(3)周期T和频率f:物体完成一次全振动所需的时间叫周期,而频率则等于单位时间内完成全振动的次数,它们是表示振动快慢的物理量,二者互为倒数关系: < "0" 1248287925">
其中摆长
4. 简谐运动的图象
(1)如图所示为一弹簧振子做简谐运动的图象,它反映了振子的位移随时间变化的规律,而其轨迹并非正弦曲线。
(2)根据简谐运动的规律,利用该图象可以得出以下信息:
1°振幅A、周期T以及各时刻振子的位置。
2°各时刻回复力、加速度、速度、位移的方向。
3°某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况。
4°某段时间内振子的路程。
5. 振动的类型
(1)简谐运动(又称自由振动):机械能守恒,振幅不变,周期等于固有周期。
(2)阻尼振动:系统机械能不断损耗,振幅不断减小,周期等于固有周期。
(3)受迫振动:物体在周期性驱动力作用下的振动,振动稳定后的频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关。
(4)共振:当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时的受迫振动,振幅最大。
【典型例题】
例1. (1998年?全国)如图所示,两单摆摆长相同,平衡时两摆球刚好接触。现将摆球A在两摆球线所在平面内向左拉开一小角度释放,碰撞后,两摆球分开各自做简谐运动,以mA、mB分别表示摆球A、B的质量,则( )
A. 如果mA>mB,下一次碰撞将发生在平衡位置右侧
B. 如果mA<mB,下一次碰撞将发生在平衡位置左侧
C. 无论两摆球的质量之比是多少,下一次碰撞都不可能在平衡位置右侧
D. 无论两摆球的质量之比是多少,下一次碰撞都不可能在平衡位置左侧
解析:碰撞后两球各自做简谐运动,两摆的摆长相等,周期的大小与振幅、质量无关,两摆的周期相等。B球碰后一定向右摆,而A摆碰后可能向右、也可能向左摆动,两球将同时达到平衡位置。
因两摆的周期相等,且周期与摆球的质量、振幅、速度无关,A、B两摆球碰后均经过半个周期再次相碰,且同时达到平衡位置,故再次相碰应在平衡位置。
答案:CD
评析:两球的'碰撞不一定是弹性碰撞,它们回到平衡位置的时间与碰后两球的速度大
如果表中给出的是做简谐运动的物体的位移x或速度v与时刻的对应关系,T是振动周期,则下列选项中正确的是( )
A. 若甲表示位移x,则丙表示相应的速度v
B. 若乙表示位移x,则丙表示相应的速度v
C. 若丙表示位移x,则甲表示相应的速度v
D. 若丁表示位移x,则甲表示相应的速度v
解析:把题给各物理量的变化与简谐运动的具体实例联系在一起。
正确答案:AD。
例3. 细长轻绳下端拴一小球构成单摆。在悬挂点正下方1/2摆长处有一个能挡住摆线的钉子A,如图所示。现将单摆向左方拉开一个小角度,然后无初速地释放。对于以后的运动,下列说法中正确的是( )
A. 摆球往返运动一次的周期比无钉子时的单摆周期小
B. 摆球在左、右两侧上升的最大高度一样
C. 摆球在平衡位置右侧的最大摆角是左侧的两倍
解析:
由能量守恒定律可知单摆在左右两侧上升的高度一样,所以答案B正确。
答案:AB
例4. 做简谐运动的物体向平衡位置运动时,速度越来越大的原因是( )
A. 回复力对物体做了正功
B. 物体惯性的作用
C. 物体的加速度与速度同向
D. 物体的势能转变为动能
答案:ACD
例5. 一物体做简谐运动时,其振动图象如图所示。根据图象可知,在t1和t2时刻,物体运动的( )
A. 位移相同 B. 回复力相同
C. 动量相同 D. 加速度相同
A. b摆发生振动,其余摆均不动
B. 所有摆均以相同频率振动
C. 所有摆均以相同摆角振动
D. 以上说法均不正确
解析:d摆摆动起来后做简谐运动,振动过程中通过张紧的绳给其余各摆施以周期性驱动力。因而a、b、c各摆均做受迫振动,A错;做受迫振动的物体的振动频率等于驱动力的频率,即d摆做简谐运动的频率,与各摆的固有频率无关,故所有摆均以相同频率振动,B对;如果受迫振动物体的固有频率等于驱动力的频率,会发生共振现象振幅最大。
2. 下列关于简谐运动的说法正确的是( )
A. 回复力的方向总是指向平衡位置
B. 加速度的方向总是与位移方向相反
C. 在质点向平衡位置运动的过程中,速度和加速度都增大
D. 质点经过某一位置(除最大位移和平衡位置)时,速度的方向有两种可能,而加速度的方向只有一个。
3. 高中英语 一个做简谐运动的质点,它的振幅为4cm,频率为2.5Hz。该质点从平衡位置开始摆动经过2.5s后,位移大小和所通过的路程分别为( )
A. 4cm,1 B. 4cm,10
C. 24cm D. 0,10
4. 一根弹簧原长为l0,挂一质量为m的物体时伸长x。当把这根弹簧与该物体套在一光滑水平杆上组成弹簧振子,且其振幅为A时,物体振动的最大加速度为( )
A. C.
5. 如图所示,若质点在A对应的时刻,则其速度v、加速度a的大小变化情况应为( )
A. v变大,a变大
B. v变小,a变大
C. v变大,a变小
D. v变小,a变小
6. 如图所示,弹簧振子在光滑水平杆上做简谐运动,振动区间为A、C,O为平衡位置,D为OC的中点,下列说法中正确的是( )
A. 振子从O到C做匀减速运动
B. 振子从O到C加速度增大,速度反而减小
C. 振子从O到C位移增大,振动能量不变
D. 振子从
7. 一个做简谐运动的单摆周期是1s( )
A. 摆长缩短为原来的 时,频率是2Hz
B. 摆球的质量减少到原来的 时,周期是4s
C. 振幅减为原来的 时,周期是1s
D. 如果重力加速度减为原来的 时,频率是0.5Hz
8. 如图所示,在曲柄A上悬挂一个弹簧振子,如果转动摇把C可带动曲轴BAD。用手往下拉振子,再放手使弹簧振子上下振动,测得振子在10s内完成20次全振动;若匀速转动摇把,当转速为__________r/min时,弹簧振子的振幅最大;当摇把转速为n=240r/min时,弹簧振子振动稳定后的振动周期为_________s。
【答案】
1. D 2. ABD 3. B 4. B
5. C 6. BC 7. ACD
8. 120,0.25
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