| 考点 | 辽宁常见考法 | 热度 | 标签 |
|---|---|---|---|
| 简谐运动及x-t图像 | 由图像读振幅周期、判速度加速度方向 | ★★★★ | 必考重点 |
| 回复力F=−kx | 回复力来源;位移、速度、加速度变化 | ★★★★ | 模型难点 |
| 振幅、周期、频率 | A、T、f=1/T;振动能量与振幅 | ★★★ | 必考重点 |
| 单摆T=2π√(L/g) | 周期与L、g关系;等时性;摆钟 | ★★★★★ | 必考重点 |
| 用单摆测g实验 | 测周期、L;T²-L图;误差分析 | ★★★★ | 实验热点 |
| 受迫振动、共振 | f驱=f固共振;共振曲线与应用危害 | ★★★ | 必考重点 |
老式摆钟靠钟摆等时摆动计时。摆长变化(热胀冷缩)会使钟变快还是变慢?如何用它测重力加速度?
→ 单摆周期
荡秋千时按一定节奏推,即使力不大,秋千也能越荡越高;节奏不对则效果差。
→ 受迫振动、共振
军队过桥规定要便步走而不齐步,历史上齐步曾使大桥坍塌——什么现象如此危险?
→ 共振危害
音叉、琴弦振动发声,振动的振幅大小决定声音什么特征?
→ 振幅、能量
由牛顿第二定律 a=F/m=−kx/m:加速度方向总与位移相反、指向平衡位置;位移越大加速度越大。
| 物理量 | 含义 | 说明 |
|---|---|---|
| 振幅A | 振动物体离开平衡位置的最大距离 | 标量(正值),表示振动强弱;振幅越大振动能量越大 |
| 周期T | 完成一次全振动所需时间 | 单位s;表示振动快慢 |
| 频率f | 单位时间完成全振动次数 | f=1/T,单位赫兹Hz |
| 相位 | 描述振动步调 | 同相/反相;表达式x=Asin(ωt+φ₀),ω=2π/T(了解) |
无阻尼简谐运动机械能守恒:动能与弹簧弹性势能相互转化。平衡位置动能最大、势能最小;最大位移处动能为零、势能最大。振动总能量由振幅决定,振幅越大能量越大。实际振动因阻尼(阻力)振幅逐渐减小——阻尼振动,但周期(近似)不变。
摆钟一昼夜摆动次数N=t/T,钟面显示时间与摆动次数成正比。摆长变长→T变大→单位时间摆动次数减少→钟变慢;g变小(如高空、月球)T也变大钟变慢。调钟通过改变摆长实现。
简谐运动回复力方向跟速度方向总相同。
回复力F=−kx方向总与位移相反、指向平衡位置,与速度方向不一定相同:振子靠近平衡位置时F与v同向(加速),远离时F与v反向(减速)。
振子在平衡位置时合力为零所以速度为零。
平衡位置回复力(加速度)为零,但速度最大——振子靠惯性经过平衡位置;最大位移处速度才为零(加速度最大)。这是最高频的图像判断题。
单摆摆球质量越大、振幅越大,周期越长。
T=2π√(L/g):单摆周期只与摆长L和g有关,与摆球质量、振幅(小角度范围内)都无关(等时性)。增大摆长或到g小的地方,周期才变大。
做受迫振动的物体,振动频率等于自己的固有频率。
稳定受迫振动的频率等于驱动力频率,与固有频率无关;只有发生共振时f驱恰好=f固。固有频率只决定共振何时发生及振幅大小。
单摆的摆长就是摆线的长度。
摆长L是悬点到摆球质心(球心)的距离,=摆线长+小球半径。测摆长时只量线长漏掉球半径是典型误差来源。
振幅就是振子运动的总路程。
振幅A是偏离平衡位置的最大距离(标量);一次全振动的路程是4A。振幅与路程概念不同,不能把振动范围(两端点距离2A)当成振幅。
机械振动→简谐运动(F=−kx,x-t正弦)→描述量A、T、f、能量→两个实例:弹簧振子、单摆(T=2π√(L/g))→实际振动:阻尼、受迫振动、共振(f驱=f固)
x-t图像常与波动图像(第3章)对比考查(一个描述单点随时间、一个描述各点同一时刻);单摆测g实验是辽宁力学实验重点,涉及秒表使用(测多次全振动求平均周期)、T²-L图像处理;共振可与机械波共振、电磁振荡(LC回路)、光的共振吸收等跨模块联系。
| 说法 | 判断 | 说明 |
|---|---|---|
| 简谐运动平衡位置加速度为零速度最大 | ✓ | 回复力为零,惯性通过 |
| 回复力方向总与速度反向 | ✗ | 与位移反向;靠近平衡位置时与v同向 |
| 振幅越大单摆周期越大 | ✗ | 小角度下周期与振幅无关 |
| 阻尼振动周期随振幅减小而变短 | ✗ | 阻尼使振幅减小,周期(近似)不变 |
| 受迫振动频率由驱动力决定 | ✓ | 稳定后=f驱 |
| 共振一定有害 | ✗ | 有应用(共振筛、共鸣箱)也有危害 |
由 T=2π√(L/g) 变形:
测出摆长L和周期T即可求g;改变摆长测多组(L,T),作T²-L图像,由T²=(4π²/g)L知图线为过原点直线,斜率k=4π²/g,故 g=4π²/k。
| 误差来源 | 对g结果影响 |
|---|---|
| 摆长只测线长、漏加球半径(L测小) | g偏小 |
| 摆角过大(>5°,实际周期变大) | T测偏大→g偏小 |
| 形成圆锥摆(有效摆长变短、周期变小) | T偏小→g偏大 |
| 计时提前/滞后、数错次数 | 偶然误差,多次平均减小 |
| 悬点松动(摆动中摆长变长) | 误差增大 |
铁架台放置稳固防止倾倒;摆球摆动范围内不要站人放物;实验完毕及时取下摆球。
(多选)一弹簧振子做简谐运动的x-t图像为正弦曲线,下列说法正确的是( )
答案:ABD
一单摆摆线长0.99m,下端小球半径1.0cm,当地g=9.8m/s²(π²≈9.8)。求:(1)单摆周期;(2)若将摆长增加到原来的4倍,周期变为原来的几倍?
答案:(1)T=2.0s;(2)2倍
某同学做"用单摆测重力加速度"实验:用游标卡尺测得小球直径d=2.00cm,多次改变悬线长度l,测出相应周期T,数据处理后作T²-l图像得一条直线,斜率k=4.0s²/m。(1)写出T²与l的函数关系(l为悬线长度);(2)由斜率求g;(3)若该同学漏加小球半径,作出的T²-l图线与正确图线相比有何不同?
答案:(1)T²=(4π²/g)l+(4π²/g)·(d/2);(2)g≈9.87m/s²;(3)图线平行(斜率相同)、但在l轴有负截距
(多选)关于受迫振动和共振,下列说法正确的是( )
答案:ABC