物理课件 单元六 机械振动与机械波

物理单元六

机械振动与机械波机械振动物体在平衡位置附近所作的往复运动，称为机械振动(mechanicalvibration)，通常简称为振动。

简谐振动小球和水平杆之间的摩擦可忽略不计，弹簧的质量比小球的质量小得多，也可忽略不计。这种理想化的装置称为弹簧振子，其中的小球称为振子。

模块一简谐振动

式中k是比例常数，对于弹簧振子来说，就是弹簧的劲度系数。式中负号表示回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向相反。

物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比且总指向平衡位置的回复力的作用下产生的振动，称为简谐振动(simpleperiodicmotion)。

模块一简谐振动

振幅、周期和频率

振动物体离开平衡位置的最大位移的绝对值，称为振动的振幅(amplitude)。振幅是表示振动强弱的物理量。

作简谐振动的物体完成一次全振动所需要的时间，称为振动的周期。单位时间内完成的全振动的次数，称为振动的频率。

周期和频率都是表示振动快慢的物理量。周期越短，频率越大，表示振动越快。用T表示周期，用f表示频率，则有在国际单位中，周期的单位是秒，频率的单位是赫兹，简称赫，符号是Hz，弹簧振子的周期由下式确定模块一简谐振动单摆如果悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略，线长又比球的直径大得多，这样的装置就称为单摆(simplependulum)。模块二单摆与单摆的周期单摆振动的周期

大量实验表明，单摆的周期跟单摆的振幅没有关系，这种性质称为单摆的等时性。

实验表明，摆长越长，周期越大。

实验表明，单摆的周期跟摆球的质量没有关系。

模块二单摆与单摆的周期图6-4简谐振动的图像演示

在坐标平面上，取一个平面直角坐标系，用横坐标表示时间t，用纵坐标表示振动物体对平衡位置的位移x，选好原点，规定好坐标轴上的标度，根据各个时刻振动物体位移的方向和大小，就可以在坐标平面上确定一系列的点。将这些点用平滑的曲线连接起来，就得出简谐振动的图像。模块二单摆与单摆的周期简谐振动的能量

弹簧振子和单摆在振动过程中动能和势能不断地发生转化。弹簧振子和单摆是在弹力或重力的作用下发生振动的，如果不考虑摩擦和空气阻力，只有弹力或重力做功，那么，振动系统的机械能守恒。振动系统的机械能跟振幅有关，振幅越大，机械能就越大。阻尼振动

系统克服阻尼作用做功，系统的机械能就要损耗，系统的机械能随着时间的推移而逐渐减少，振动的振幅也逐渐减小，待到机械能耗尽之时，振动就停止了。这种振幅逐渐减小的振动，称为阻尼振动(dampedvibration)。模块三受迫振动

共振受迫振动

用周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗，使系统持续地振动下去。这种周期性的外力称为驱动力(drivingforce)，物体在周期性的外驱动力作用下的振动称为受迫振动(forcedvibration)。实验表明，物体作受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率没有关系。模块三受迫振动

共振共振实验表明：固有频率跟驱动力频率相等的B摆和G摆，振幅最大；固有频率跟驱动力频率相差最大的D摆，振幅最小。

在受迫振动中，驱动力的频率跟振动物体的固有频率相等时，物体振动的振幅达到最大，这种现象称为共振(resonance)。模块三受迫振动

共振声音的共鸣声音的共振现象通常称为共鸣。音叉下面所装的空箱，称为共鸣箱，音叉发声时，共鸣箱发生共鸣，可以使音叉的声音增强。模块三受迫振动

共振机械波

这种传播振动的媒介物称为媒质。机械振动在媒质中的传播过程，称为机械波，简称波(wave)或波动。

波是传递能量的一种方式。

模块四波

横波

纵波横波和纵波

按照质点振动方向与波的传播方向间的关系，可以把波分成横波和纵波。

质点上下振动，波向右传播，质点振动方向与波的传播方向垂直，这种波称为横波(transversewave)。在横波中，凸起部分通常称为波峰，凹下部分通常称为波谷。

质点左右振动，波向右传播，质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，这种波称为纵波(longitudinalwave)。在纵波中，质点分布较密的部分称为密部，质点分布较稀的部分称为疏部。

模块四波

横波

纵波波的图像

波的运动规律也可以用图像来表示。在平面直角坐标系中，用横坐标表示媒质中各个质点的平衡位置，用纵坐标表示某一时刻各个质点离开平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，所得到的曲线称为波的图像。模块四波

横波

纵波在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离，称为波长(wavelength)。波长通常用字母λ表示。

在横波中，两个相邻的波峰中央间的距离或两个相邻的波谷中央间的在纵波中，两个相邻的密部中央间的距离或两个相邻的疏部中央间的距离，都等于波长。

由此可以得出波的传播速率。频率、波速和波长是描述波的特征的三个物理量。模块五波长

频率

波速的关系

波的叠加原理几列波在媒质中相遇时，每列波将保持自己的传播规律而独立地传播；在各列波相遇的区域里，媒质质点的振动是各列波在该点激起的振动的合成。这一规律称为波的叠加原理。

模块六波传播过程中发生的现象波的干涉

振动频率相同，振动方向也相同的波源称为相干波源。相干波源产生的波称为相干波(coherentwave)。

相干波叠加使媒质中的各点以一定的振幅在振动，而且振动最强和振动最弱的位置互相间隔，这种现象称为波的干涉(meddle)，形成的图样称为干涉图样。一般非相干波，叠加后不会出现这种稳定的干涉图样。

干涉现象是波动的重要特征之一。模块六波传播过程中发生的现象波的衍射波能绕过障碍物的现象，称为波的衍射(diffraction)。模块六波传播过程中发生的现象一、机械振动

1、物体在平衡位置附近所作的往复运动，称为机械振动，简称为振动。2、物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比且总指向平衡位置的回复力的作用下产生的振动，称为简谐振动。

3、简谐振动图像是余弦(或正弦)曲线。它表示振动物体对平衡位置的位移随时间变化的规律。

4、物体在周期性的外驱动力作用下的振动称为受迫振动。在受迫振动中，驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，振幅最大，这种现象称为共振。小结二、机械波

1、机械振动在媒质中的传播过程，称为机械波，简称波或波动。

2、质点振动方向与波的传播方向垂直，这种波称为横波。在横波中，凸起部分通常称为波峰，凹下部分通常称为波谷。