第一课时机械振动.ppt
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1、第一课时机械振动现在学习的是第1页,共35页机械振动机械振动简谐振简谐振 动动弹簧振子、单摆弹簧振子、单摆受迫振动、共振受迫振动、共振 现象现象现在学习的是第2页,共35页一、机械振动一、机械振动1 1、定义:、定义:2 2、条件:、条件:物体在平衡位置附近所做的往复运动。物体在平衡位置附近所做的往复运动。受回复力,阻尼够小受回复力,阻尼够小.(1 1)回复力:)回复力:使振动物体返回平衡位置的力叫做回复力使振动物体返回平衡位置的力叫做回复力.回复力回复力时刻指向平衡位置时刻指向平衡位置.回复力是以效果命名的力,它是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,可能是几个力的振动物
2、体在振动方向上的合外力,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合力,也可能是某一个力,还可能是某一个力的分力,注意回复力不一定等于合外力力,注意回复力不一定等于合外力.例如单摆的振动例如单摆的振动.现在学习的是第3页,共35页3 3、描述振动的物理量:、描述振动的物理量:位移位移x x:振幅振幅A A:全振动:全振动:周期周期T T和频率和频率f f:位移的起点在平衡位置。由平衡位置指向位移的起点在平衡位置。由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段、矢量、其振动质点所在位置的有向线段、矢量、其最大值等于振幅。最大值等于振幅。振动离开平衡位置的最大距离、标量、振动离开平衡位置
3、的最大距离、标量、表示振动的强弱。表示振动的强弱。物体从某一运动状态,首次回到这个运动状物体从某一运动状态,首次回到这个运动状态叫完成一个全振动。态叫完成一个全振动。把质点完成一个全振动的时间叫周期;把质点完成一个全振动的时间叫周期;频率是物体在频率是物体在1S1S内完成全振动的次数,单位是内完成全振动的次数,单位是HzHz。周期长,表示振动慢,频率高表示振动快。周期长,表示振动慢,频率高表示振动快。现在学习的是第4页,共35页 物体在跟位移大小成正比,并且总是指向平衡位置物体在跟位移大小成正比,并且总是指向平衡位置的力作用下的振动,受力特征:的力作用下的振动,受力特征:F=-kxF=-kx,
4、例如:弹簧振子,例如:弹簧振子的振动、单摆的摆动。的振动、单摆的摆动。二、简谐运动二、简谐运动-最基本最简单的机械振动。最基本最简单的机械振动。动力学特征:动力学特征:F F回回=-kx=-kx运动学特征:振动位移运动学特征:振动位移x x随随 时间作正弦或余弦规律变化。时间作正弦或余弦规律变化。简谐运动简谐运动的判断依据。的判断依据。1 1、振动过程中运动学物理量变化分析一般方法、振动过程中运动学物理量变化分析一般方法 (以水平方向的弹簧振子为例)(以水平方向的弹簧振子为例)首先需明确各物理变化的判断依据首先需明确各物理变化的判断依据 (列表分析如下)(列表分析如下)现在学习的是第5页,共3
5、5页 内容物理量矢(标)量方向大小1位移x矢量远离平衡位置由弹簧形变量x决定2回复力F矢量指向平衡位置F=kx,由x决定3加速度a矢量a=F/m,由F决定(亦由x决定)4速度v矢量质点运动的方向由a与v的方向关系决定其次要抓住两端点和平衡位置的特征以及各物其次要抓住两端点和平衡位置的特征以及各物 理量相对于平衡位置的对称性来分析。理量相对于平衡位置的对称性来分析。现在学习的是第6页,共35页2.2.简谐运动的位移简谐运动的位移x x、回复力、回复力F F、加速度、加速度a a、速度、速度 v v、动能、动能E Ek k、势能、势能E Ep p的变化特点:的变化特点:(1)(1)凡离开平衡位置的
6、过程,凡离开平衡位置的过程,v v、E Ek k均减小,均减小,x x、F F、a a、EpEp均增大;均增大;(2 2)凡向平衡位置移动时,)凡向平衡位置移动时,v v、E Ek k均增大,均增大,x x、F F、a a、EpEp均减小均减小.(3)(3)平衡位置两侧的对称点上,平衡位置两侧的对称点上,x x、F F、a a、v v、E Ek k、EpEp的大小均相同的大小均相同.3 3、简谐运动的图象:、简谐运动的图象:位移位移时间图象(时间图象(s-ts-t图)图)现在学习的是第7页,共35页例例1、一一个个质质点点在在平平衡衡位位置置附附近近做做简简谐谐振振动动,在在图图的的4个个函函
7、数数图图像像中中,正正确确表表达达加加速速度度a与与对对平平衡衡位位置置的的位移位移x的关系应是的关系应是().D现在学习的是第8页,共35页例例2、一一个个质质点点做做简简谐谐振振动动,其其位位移移与与时时间间的的关关系系如如图图所所示,由图可知(示,由图可知()(A)t=2s时,速度和加速度方向相同时,速度和加速度方向相同(B)t=3s时,速度为正向最大,所受回复力为零时,速度为正向最大,所受回复力为零(C)t=5s时,速度为正向最大,所受回复力为零时,速度为正向最大,所受回复力为零(D)t=4s时,速度为零,加速度为正向最大时,速度为零,加速度为正向最大CD现在学习的是第9页,共35页例
8、例3、一一个个质质点点做做简简谐谐振振动动,其其位位移移y与与时时间间t 的的关关系系曲曲线线如如图所示图所示.由图可知由图可知,在在t=4s 时时,质点的质点的().(A)速度为正的最值速度为正的最值,加速度为零加速度为零(B)速度为负的最值速度为负的最值,加速度为零加速度为零(C)速度为零速度为零,加速度为正的最大值加速度为正的最大值(D)速度为零速度为零,加速度为负的最大值加速度为负的最大值D现在学习的是第10页,共35页例例4 4、质量为、质量为m m的砝码,悬挂在轻质弹簧的下端的砝码,悬挂在轻质弹簧的下端.砝码在砝码在竖直方向上自由振动竖直方向上自由振动.证明:砝码做简谐运动证明:砝
9、码做简谐运动.现在学习的是第11页,共35页练习练习1、(1)简谐简谐运运动动的物体,每的物体,每经过经过同一位置同一位置时时,相同,相同的物理量有(的物理量有()(2)简谐简谐运运动动的物体,在返回平衡位置的物体,在返回平衡位置过过程中,程中,变变小的物理有(小的物理有()A、回复力、回复力B、速度、速度C、加速度、加速度D、位移、位移E、动动能能F、势势能能G、机械能、机械能2 2、对做简谐运动的物体,则下列说法中正确的是(、对做简谐运动的物体,则下列说法中正确的是()A A、若位移为负值,则速度一定为正值,加速度也一定为、若位移为负值,则速度一定为正值,加速度也一定为 正值。正值。B B
10、、通过平衡位置时,速度为零,加速度最大。、通过平衡位置时,速度为零,加速度最大。C C、每次通过平衡位置时,加速度相同,速度也一定相同、每次通过平衡位置时,加速度相同,速度也一定相同D D、每次通过同一位置时,其速度不一定相同,但加速度、每次通过同一位置时,其速度不一定相同,但加速度 一定相同。一定相同。现在学习的是第12页,共35页三、简谐运动的两个重要模型三、简谐运动的两个重要模型(一)、弹簧振子(一)、弹簧振子 1、定义:2、回复力:一根一根轻质弹轻质弹簧一端固定,另一端系一簧一端固定,另一端系一质质量就构成一量就构成一弹弹簧振子。簧振子。水平方向振动的弹簧振子,其回复力水平方向振动的弹
11、簧振子,其回复力由弹簧弹力提供,竖直方向振动的弹簧振子,其由弹簧弹力提供,竖直方向振动的弹簧振子,其回复力由重力和弹簧弹力的合力提供。回复力由重力和弹簧弹力的合力提供。3、弹簧振子的周期、弹簧振子的周期现在学习的是第13页,共35页(二)单摆:(二)单摆:1 1、定义:、定义:在一条不可伸长的、忽略质量的细线下在一条不可伸长的、忽略质量的细线下端拴一可视为质点的小球,上端固定,构成的端拴一可视为质点的小球,上端固定,构成的的装置叫做单摆。的装置叫做单摆。2 2、单摆振动可看作简谐振动的条件:、单摆振动可看作简谐振动的条件:摆角摆角1010 3 3、周期公式:、周期公式:(1)(1)其中摆长其中
12、摆长L L是悬点到小球质点之间的距离,重力加速是悬点到小球质点之间的距离,重力加速 度为单摆所在处的测量值。度为单摆所在处的测量值。(2)(2)由公式可理解单摆的等时性:在振幅很小的条件下,由公式可理解单摆的等时性:在振幅很小的条件下,单摆的振动周期跟振幅没有关系,与振子的质量没有关单摆的振动周期跟振幅没有关系,与振子的质量没有关系,只要摆长系,只要摆长L L和重力加速度定了,周期也定了。和重力加速度定了,周期也定了。现在学习的是第14页,共35页4 4、单摆应用:、单摆应用:(1)(1)测定重力加速度测定重力加速度(2)(2)计时器计时器(摆钟是靠调整摆长而改变周期摆钟是靠调整摆长而改变周期
13、,使摆钟的走时与标准时间同步使摆钟的走时与标准时间同步)例例1 1、一个摆长为、一个摆长为L L1 1的单摆,在地面上作简谐运动,周期为的单摆,在地面上作简谐运动,周期为T T已知地球质量为已知地球质量为M M1 1,半径为,半径为R R1 1,另一个摆长为,另一个摆长为L L2 2的单摆,在的单摆,在质量为质量为M M2 2,半径为,半径为R R2 2的星球表面作简谐运动,周期为的星球表面作简谐运动,周期为T T2 2,若,若T T1 1=2T=2T2 2,L L1 1=4L=4L2 2,M M1 1=4M=4M2 2,则地球半径与星球半径之比,则地球半径与星球半径之比R R1 1:R:R2
14、 2为:为:()A A、2:1 B2:1 B、2:3 C2:3 C、1:2 D1:2 D、3:23:2现在学习的是第15页,共35页例例2、如如图图(1)所所示示,一一弹弹簧簧振振子子沿沿x轴轴在在POQ之之间间做做简简谐谐振振动动,确确定定向向右右为为正正方方向向.若若以以某某时时刻刻作作为为计计时时零零点点(t=0),经经过过1/4周周期期,振振子子具具有有正正方方向向的的最最大大速速度度,那那么么能能够够正正确确反反映映振振子子振振动动情情况况的的振振动动图图像应是图像应是图(2)中的中的().D现在学习的是第16页,共35页四、共振:四、共振:1 1、物体在周期性外力(策动力)作用下的
15、振动叫受迫振动。、物体在周期性外力(策动力)作用下的振动叫受迫振动。当物体受迫振动时,其振动频率总是等于外界策动力的频当物体受迫振动时,其振动频率总是等于外界策动力的频率,跟固有频率无关,物体做受迫振动时,固有频率将会率,跟固有频率无关,物体做受迫振动时,固有频率将会影响受迫振动物体的振幅。影响受迫振动物体的振幅。2 2、策动力的频率和固有频率相同(或越接近)受迫振动、策动力的频率和固有频率相同(或越接近)受迫振动 的振幅越大,反之则越小,当策动力频率等于固有频率的振幅越大,反之则越小,当策动力频率等于固有频率 时,振幅最大,这种现象叫做共振现象。共振的特点是时,振幅最大,这种现象叫做共振现象
16、。共振的特点是 振幅最大。振幅最大。现在学习的是第17页,共35页例例1 1、如图所示,当、如图所示,当A A摆振动起来后,通过水平绳摆振动起来后,通过水平绳迫使迫使B B、C C摆振动,下列说法中正确的是(摆振动,下列说法中正确的是()A A、只有只有A A、C C振动周期相等振动周期相等 B B、A A的振幅比的振幅比B B小小 C C、C C的振幅比的振幅比B B大大 D D、A A、B B、C C的振动周期相等的振动周期相等图7-162mmACLL2LB高考题举例:高考题举例:现在学习的是第18页,共35页 一弹簧振子作简谐振动一弹簧振子作简谐振动,周期为周期为T,T,下列下列说法说法
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- 第一 课时 机械振动
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