物理讲座8振动与波动市公开课一等奖省赛课获奖课件

物理讲座扬州职大电子工程系贾湛.8振动与波第1页机械振动阻尼振动简谐运动受迫振动弹簧振子单摆特征周期性运动变加速运动机械能守恒表征振幅、周期、频率描述方法图象法周期公式（测g值）共振机械波形成与传输特点及类型描绘方法传输规律波图象波公式波叠加、干涉、衍射多普勒效应振动在介质中传播知识结构第2页机械振动：物体（或物体某一部分）在某一中心位置（平衡位置）两侧所做往复运动，叫做机械振动。机械振动有许多物体看起来是静止，其实它处于动态平衡。经常束缚在平衡位置附近运动。如固体分子等。而且波动是讨论一个区域有代表性点振动，所以研究振动有很主要意义。振动最简单理想模型，就是简谐振动模型。它能够用正弦或余弦函数表示，因为数学上突破，各种做往返运动函数都能够用正弦或余弦函数展开，于是简谐振动理论是整个振动理论和波动理论基础理论。第3页定义：物体在跟位移大小成正比，而且总是指向平衡位置回复力作用下振动。动力学特征：F=－kx——回复力简谐运动方程：x＝Asin(ωt＋φ)①②③④⑤⑥简谐运动第4页简谐运动实例第5页周期（T）：完成一次全振动所经历时间。频率（f）：一秒钟内完成全振动次数。单位:赫兹(Hz)。振幅（A）：振动物体离开平衡位置最大距离。位移（x）：由平衡位置指向质点所在位置有向线段，矢量。表述机简谐振动物理量圆频率（ω）与频率关系：ω=2πf周期频率和圆频率都是表征振动快慢物理量。频率与周期关系：相位（ωt+φ）：描述物理振动状态。第6页简谐运动方程：x＝Asin(ωt＋φ)简谐运动方程圆频率振幅相位初相位位移运动图象x＝Asinωtx＝Asin(ωt+90°）简谐运动合成举例第7页弹簧振子模型OABCDOABCDOABCDOABCDOABCDOABCDOABCDOBCDAXXXXXXFFFFFFV=0V最大V=0V最大x＝Asinωt第8页

简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能总量保持不变，即机械能守恒。tE0机械能简谐运动能量由劲度系数和振幅决定.劲度系数越大,振动能量越大；振幅越大，振动能量越大.简谐运动能量动能最大势能最大势能最大动能和势能也作周期改变，但比位移周期快一倍。位移动能势能第9页单摆模型式中l为摆长g为当地重力加速度。与单摆小球质量无关。单摆等时性：在小振幅摆动时，单摆振动周期跟振幅和振子质量都没关系.(1)单摆：一条不可伸长、忽略质量细线，一端固定，另一端拴一质点，这么组成装置叫单摆.这是一个理想化模型，实际悬线(杆)下接小球装置都可作为单摆.(2)单摆振动可看作简谐运动条件是最大偏角α＜10°.第10页作简谐运动物体，当它每次经过同一位置时，一定相同物理量是（）A：速度B：位移C：回复力D：加速度BCD例√√√第11页A．等于在平衡位置时振子动能B．等于在最大位移时弹簧弹性势能C．等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和D．位移越大振动能量也越大

ABC关于弹簧振子做简谐运动时能量，以下说法正确有（）例√√√第12页(1)单摆振幅为________，频率为________，摆长为________，一周期内位移x(F回、a、Ep)最大时刻为________

．(2)单摆摆球屡次经过同一位置时，以下物理量改变是________．A.位移B.速度C.加速度D.速率E.动能F.摆线张力如图所表示为一单摆及其振动图象，由图回答：例3m0.5Hz1m0.5s或1.5sB第13页一个弹簧振子，第一次被压缩x后释放做自由振动，周期为T1，第二次被压缩2x后释放做自由振动，周期为T2，则两次振动周期之比T1∶T2为()A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．1∶4A例√第14页阻尼振动：当系统受到阻力时振动。过阻尼临界阻尼欠阻尼xt0阻尼振动阻尼振动要消耗机械能，因而振幅会降低，最终停下。第15页共振当

=

0时，系统振动速度和振幅都到达最大值。受迫振动：系统在周期性驱动力作用下振动．物体做受迫振动频率等于驱动力频率

，与物体固有频率

0无关．固有频率：不受外力作用时振动频率。受迫振动和共振第16页随即在大风中因产生共振而断塌我国四川綦江彩虹桥断裂：武警跑步（引发共振）质量太差，1940年华盛顿塔科曼大桥在大风中产生振动第17页某振动系统固有频率为f0，在周期性驱动力作用下做受迫振动，驱动力频率为f.若驱动力振幅保持不变，以下说法正确是()A．当f＜f0时，该振动系统振幅随f增大而减小B．当f＞f0时，该振动系统振幅随f减小而增大C．该振动系统振动稳定后，振动频率等于f0D．该振动系统振动稳定后，振动频率等于f例BD√√第18页波动是振动传输过程。介质中任一点在波源影响下受迫振动。机械波：机械振动在介质中传输过程。电磁波：改变电场和改变磁场在空间传输过程。波带操：机械波在彩带上传输第19页介质注：波动是波源振动状态或振动能量在介质中传输，质点并不随波前进。波源产生机械振动振源。如：人声带传输机械振动介质。如空气，水。机械波产生条件横波：上下振动（⊥V振动）纵波：前后振动（∥V振动）波速ｖ波能量正比与波振幅平方第20页描述波参量(1)波长λ:相位总是相等两个相邻质点间距离．(2)频率f：波频率就是介质中各质点振动频率。由波源决定。(3)波速v：机械振动在介质中传输速度。由介质决定。(4)三者关系:xu波长是波“空间周期”。第21页波线（waveline）——波传输方向射线波面（wavesurface）——振动相位相同点组成面又称波阵面波前（wavefront）——某时刻波抵达各点所组成面球面波平面波波线波面注：波线和波阵面垂直。波前波几何描述第22页比较内容

振动图象波图象图象意义一质点位移随时间改变规律某时刻全部质点相对平衡位置位移图象特点图象信息(1)振动周期、振幅(2)各时刻质点位移、速度、加速度(包含大小、方向)(1)波长、振幅(2)任意一质点此刻位移和加速度方向图象改变随时间推移图象延续，但原有形状不变随时间推移，图象沿传输方向平移一完整曲线对应横坐标一个周期一个波长振动与波对比第23页以下关于横波与纵波说法正确是（）A、声波是纵波，水波是横波；B、地震波包含纵波和横波，而且纵波传输速度比横波快；C、质点振动方向是水平方向，波也是沿着水平方向传输，这么波属于纵波；D、横波中质点不“随波逐流”，纵波中质点会“随波逐流”。AB例√√第24页图是某时刻一列横波在空间传输波形图线．已知波是沿x轴正方向传输，波速为4cm/s，试计算并画出经过此时之后1.25s空间波形图．

Δx=4×1.25=5cm第25页A.波长为B.波速为1m/sC.3s末A、B两质点位移相同D.1s末A点振动速度大于B点振动速度一列波长大于1m横波沿着x轴正方向传输.处于x1=1m和x2=2m两质点A、B振动图像如图所表示.由此可知（）A提醒xAB=(n+)λ(n=0、1、2……)例第26页波叠加原理:介质质点位移等于几列波单独传输时引发位移矢量和波传输独立性两不一样形状正脉冲大小形状一样正负脉冲?波叠加在传输过程中只是相遇处波形因叠加改变驻波现象第27页惠更斯原理惠更斯原理：波在媒质中传输到各点，都可看成新子波源。在以后任一时刻，这些子波包络面就是该时刻波前。

1696年提出惠更斯原理第28页反射与折射波反射定律（1）入射波波线、反射波波线和界面法线在同一平面内；（2）反射角等于入射角。波折射定律（1）入射波波线、折射波波线和界面法线在同一平面内；

（2）入射角正弦与折射角正弦之比，等于波在第一个介质中传输速率与在第二种介质中传输速率之比，即：。（叫做介质2对介质1折射率）第29页波叠加时在空间出现稳定振动加强和减弱分布叫波干涉现象。——一个特殊波叠加相干条件：①频率相同；②振动方向相同；③有固定相位差。波干涉水波盘中水波干涉第30页cS1S2abd如图所表示，S1、S2是两个相干波源，它们振动同时且振幅相同。关于图中所标a、b、c、d四点，以下说法中正确有（）A.该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振动既不是最强也不是最弱B.该时刻a质点振动最弱，b、c、d质点振动都最强C.a质点振动一直是最弱，b、c、d质点振动一直是最强D.再过T/4后时刻a、b、c三个质点都将处于各自平衡位置，所以振动最弱例A√第31页波传输过程中，当碰到障碍物时，能绕过障碍物边缘而偏离直线传输现象称波衍射。·入射波衍射波障碍物···入射波衍射波障碍物a比如：相对于波长而言，障碍物线度越大衍射现象越不显著，障碍物线度越小衍射现象越显著。或说长波衍射显著。波衍射第32页广播和电视哪个更轻易收到?更轻易听到男还是女说话声音？障碍物（声音强度相同情况下）第33页uS·vS=0·RvR

·多普勒效应：因为波源和观察者运动，而使观察频率不一样于波源频率现象。多普勒效应vS

S···R

测=

第34页次声波（infrasonicwave）<20Hz。大象、鱼、老鼠等能听到次声。次声波因不易被水和空气吸收，因而经常不轻易衰减。次声波波长往往很长，所以能绕开一些大型障碍物发生衍射。一些频率次声波因为和人体器官振动频率4Hz～8Hz相近，轻易共振受损。超声波

>0Hz。狗能听到最高频率50000Hz声音，蝙幅能发出且能听到声音频率高达10Hz，另外海豚等也能发出和感受到超声。超声波应用:分两类，一类是两种其波长小来探测；二是利用它能量。次声波和超声波第35页1.物体做简谐运动动力学特征:回复力及加速度表示式为:F=

,a=

,方向总是与位移方向相反,一直指向

位置.2.物体做简谐运动位移随时间改变表示式为:x=

。3.简谐运动能量特征是:振动能量与

相关,随

增大而增大.振动系统动能和势能相互转化,总机械能守恒,能量转化周期是位移周期

.4.简谐运动两种模型是

和单摆.当单摆摆动角度α<10°时,能够看成简谐运动,其周期公式为T=2π

.练习1第36页返回目录一列简谐横波向右传输，波速为v0，沿波传输方向上有相距为LP、Q两点，如图所表示.某时刻P、Q两质点都处于平衡位置，且P、Q间仅有一个波峰.经过时间t，Q质点第一次运动到波谷，则t可能值有（）A.1个B.2个C.3个D.4个练习2第37页由试验知道遥远星系所生成光谱都展现“红移”，即光谱线都向红色部分移动了一段距离，由此现象可知（）A.宇宙在膨胀B.宇宙在收缩C.宇宙部分静止不动D.宇宙只发出红光光谱练习3第38页1.物体做简谐运动动力学特征:回复力及加速度表示式为:F=

,a=

,方向总是与位移方向相反,一直指向

位置.2.物体做简谐运动位移随时间改变表示式为:x=

。3.简谐运动能量特征是:振动能量与

相关,随

增大而增大.振动系统动能和势能相互转化,总机械能守恒,能量转化周期是位移周期

.4.简谐运动两种模型是

和单摆.当单摆摆动角度α<10°时,能够看成简谐运动,其周期公式为T=2π

.平衡-kxAsin

(ωt+φ)振幅振幅弹簧振子