高中物理机械振动.ppt

1、一 简谐运动,棠湖中学： 杨世洲,钟摆的摆动， 水上浮标的浮动， 担物行走时扁担的颤动， 在微风中树梢的摇摆， 振动的音叉、锣、鼓、琴弦 都是机械振动。,还有如：,一、机械振动,定义：物体（或物体的一部分）在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动，通常简称为振动。,特点：运动具有重复性,特别提醒： 振动的轨迹可以是直线也可以是曲线,注意：物体经过平衡位置时受力不一定平衡，即合力不一定为零。,振子以O点为中心在水平杆方向做往复运动。振子由A点开始运动，经过O点运动到-A点，由-A 点再经过O 点回到A 点，且OA 等于-OA, 此后振子不停地重复这种往复运动。以上装置称为弹簧振子。小球称为振子

2、。,产生条件： 1、受到回复力作用：每当物体离开平衡位置后就受到一个指向平衡位置的力； 2、受到的阻力足够小，如果只受到回复力作用而阻力为零时，则物体做自由振动，当然这是一种理想化模型。,特别提醒：,1、回复力F总是指向平衡位置，它的作用是使物体能返回平衡位置。 2、回复力是以效果命名的力，它是振动物体在振动方向上的合外力，即沿着振动方向指向平衡位置的合力。 3、回复力不一定等于合外力.回复力可能是几个力的合力，也可能是某一个力，还可能是某一个力的分力。例如：以下物体所受回复力分别为：,二 简谐运动,思考：弹簧振子（理想模型）条件有：1、2、3、,弹簧振子的振动,受力特点：,回复力的大小与位移

3、成正比，方向与位移方向相反（即回复力始终指向平衡位置）,回复力：,加速度：,总结： 物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫做简谐运动,注：K为比例系数，不一定为弹簧的劲度系数。,简谐运动的特点：,1、简谐运动是一种理想化的运动，振动过程中无阻力，所以振动系统机械能守恒。 2、简谐运动是一种非匀变速运动。 3、最常见的两种简谐运动：弹簧振子、单摆,简谐运动举例：,简谐运动OA = -AO,三、描述简谐运动的物理量,1、振幅A,（1）定义：振动物体离开平衡位置的最大距离。,是标量,（2）物理意义：描述振动强弱的物理量,振幅的两倍（2A）表示振动物体运动范

4、围,问题：若从振子经过C向右起，经过怎样的运动才叫完成一次全振动？,描述振动快慢的物理量,一次全振动：振动物体从某一初始状态开始，再次回到初始状态（即位移、速度均与初态完全相同）所经历的过程。,频率f：单位时间内完成全振动的次数,2、周期和频率,周期T：振子完成一次全振动所需要的时间,O,A,B,C,D,弹簧振子的周期公式,简谐运动的周期和频率由振动系统本身的因素决定，与振幅无关,向右,减小,向左,减小,向左,增大,增大,减小,向左,增大,向右,增大,向左,减小,减小,增大,向左,减小,向右,减小,向右,增大,增大,减小,向右,增大,向左,增大,向右,减小,减小,增大,四、简谐运动各量的关系,

5、弹簧振子的能量由劲度系数与振幅决定，劲度系数越大，振幅越大，振动的能量越大。,物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及E-t图象,机械能,势能,动能,1.做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下说法正确的是 （ ）,B,A速度一定为正值，加速度一定为正值 B速度不一定为正值，但加速度一定为正值 C速度一定为负值，加速度一定为正值 D速度不一定为负值，加速度一定为负值,课 堂 练 习,2.关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的有 （ ）,ABC,课 堂 练 习,A等于在平衡位置时振子的动能 B等于在最大位移时弹簧的弹性势能 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

6、,3.当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法正确的（ ）,CD,A振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一定相等 B振子从最低点向平衡位置运动过程中，弹簧弹力始终做负功 C振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子的重力的合力提供 D振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒,课 堂 练 习,T1:T2=1:1,4、有一个在光滑水平面内的弹簧振子，第一次用力把弹簧压缩x后释放，第二次把弹簧压缩2x后释放，则先后两次振动的周期和振幅之比分别为多少？,A1:A2=1:2,课 堂 练 习,5、弹簧振子以O点为平衡位置，在B、C两点之间做简谐振动，B、C相距20cm，某时刻振子处于B点，经过0.

7、5s，振子首次到达C点，求： （1）振子的周期和频率 （2）振子在5s末的位移的大小 （3）振子5s内通过的路程,T1.0s,10cm,200cm,任意1T内通过的路程一定是4A 1/2T内通过的路程一定是2A 1/4T内通过的路程不一定是A,注意：,f1 Hz,课 堂 练 习,6:一个质点做简谐运动,振幅是4 cm ,频率为2.5 Hz,该质点从平衡位置起向正方向运动,经2.5 s质点的位移和路程分别是( )A.4 cm24 cm B.-4 cm100 cmC.0100 cm D.4 cm100 cm,课 堂 练 习,D,7:一质点在平衡位置O附近做简谐运动,从它经过平衡位置起开始计时,经0

8、.13 s质点第一次通过M点,再经0.1 s第二次通过M点,则质点振动周期是多少?,课 堂 练 习,质点的振动周期的可能值为0.72 s和0.24 s.,质点振动周期共存在两种可能性,如图乙所示,可以看出OMA历时0.18 秒.，根据对称性可得到周期T1=40.18 s=0.72 s 另一种可能如图丙所示,由OAM历时t1=0.13 s,由MA历时t2=0.05 s,则T2 (t1+t2)=0.24 s, 所以质点的振动周期的可能值为0.72 s和0.24 s.,课 堂 练 习,8、 一个弹簧振子经a,b两点时速度相同,从a到b经历的最短时间为0.2 s,再从b到a的时间为0.3 s,则振子的周期为( )A.1 sB.0.8 sC.0.6 sD.1.2 s,课 堂 练 习,C,解析:振子经过a,b两点时速度相同,从a到b经历的最短时间为0.2 s,而由b到