机械振动和机械波.docx

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1、卓尔教育个性化辅导授课案学员编号：年级：高三学员姓名：辅导科目物理第5课课题高中部分第十一讲:机械振动和机械波教学目标1简谐运动2单摆3受迫振动4机械波的形成过程5波长、频率和波速重点、难点准确理解波的概念及波的计算问题教学内容一、机械振动定义：物体或物体的一部分在某中心位置两侧所做的往复运动叫机械振动。特点：是一种比较复杂的运动形式，具有往复周期性，是一种加速度大小、方向时刻改变的变速运动，匀速运动的公式不再适用。回复力：振动物体所受的总是指向平衡位置的合外力，使物体返回平衡位置的力注意：①恢复力不一定是物

2、体所受的合力，例单摆②回复力的意义是指向平衡位置方向上的合力③恢复力是根据效果命名的平衡位置：恢复力为零的位置，并非合外力为零的位置。例如单摆。位移：是离开平衡位置的位移二、简谐运动定义：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动，叫简谐运动。表达式为：F=-kxF=-kx是判断一个振动是不是简谐运动的充分必要条件。凡是简谐运动沿振动方向的合力必须满足该条件；反之，只要沿振动方向的合力满足该条件，那么该振动一定是简谐运动。振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量，表示振

3、动的强弱，无正负之分。周期和频率：表示振动快慢的物理量。完成一次全振动所用的时间叫周期，单位时间内完成全振动次数叫频率，大小由系统本身的性质决定，所以叫固有周期和频率。任何简谐运动都有共同的周期公式：（其中m是振动物体的质量，k是回复力系数，即简谐运动的判定式F=-kx中的比例系数，对于弹簧振子k就是弹簧的劲度，对其它简谐运动它就不再是弹簧的劲度了）。三、弹簧振子（1）说明回复力、加速度、速度、动能和势能的变化规律（周期性和对称性）①回复力指向平衡位置。②位移从平衡位置开始。（2）周期，与振幅无关，只由振子质

4、量和弹簧的劲度决定。（3）可以证明，竖直放置的弹簧振子的振动也是简谐运动，周期公式也是。这个结论可以直接使用。（4）在水平方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧的弹力；在竖直方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力。证明：如图所示，设振子的平衡位置为O，向下方向为正方向，此时弹簧的形变为，根据胡克定律及平衡条件有①当振子向下偏离平衡位置为时，回复力（即合外力）为②将①代人②得：，可见，重物振动时受力符合简谐运动的条件．四、单摆在一不可伸长、忽略质量的细线下端拴一质点，上端固定，构成的装置叫单摆。⑴单摆的

5、特点：单摆是实际摆的理想化，是一个理想模型;单摆振动可看作简谐运动的条件：α＜10℃。单摆的等时性（伽利略），在振幅很小的情况下，单摆的振动周期与振幅、摆球的质量等无关;④单摆的回复力由重力沿圆弧方向的分力提供⑵周期公式：（惠更斯）半径方向：向心力改变速度方向切线方向：回复力＝mgsinθ改变速度大小若θ角很小，则有sinθ＝tanθ＝x/L,而且回复力指向平衡位置，与位移方向相反，所以对于回复力F，有k是常数⑶单摆周期公式的应用1、测量当地的重力加速度测定重力加速度g,g=（l为等效摆长，是悬点到球心的距离

6、。）2、摆钟（振动周期是2秒的单摆叫秒摆）3、惠更斯在1656年利用等时性发明了带摆的计时器（4）摆钟问题。单摆的一个重要应用就是利用单摆振动的等时性制成摆钟。在计算摆钟类的问题时，利用以下方法比较简单：在一定时间内，摆钟走过的格子数n与频率f成正比（n可以是分钟数，也可以是秒数、小时数…），再由频率公式可以得到：(5)另：意大利的伽利略首先发现等时性，即在角度很小时，单摆的周期与振幅无关。荷兰的惠更斯确立了单摆的周期公式，周期跟摆长的二次方根成正比，跟重力加速度的二次方根成反比，跟振幅和摆球的质量无关五、受

7、迫振动（1）振动能量=动能+势能=最大位移的势能=平衡位置的动能由振幅决定，与周期和频率无关（2）阻尼振动和无阻尼振动1、阻尼振动存在阻力做负功，能量减小，振幅减小（减幅振动）2.无阻尼振动(等幅振动)在振动中,为保持振幅不变(能量不变)，应及时地补充能量,使A不变（3）受迫振动1.得到持续的,等幅振动的最简单的办法是用周期性的外力(驱动力)作用于物体,物体在驱动力作用下的振动,叫受迫振动.2.物体做受迫振动的频率由驱动力决定,等于驱动力频率,而与固有频率无关(奴隶,奴隶主)如：钟摆,秋千（4）共振——在受迫

8、振动中,驱动力的频率和物体的固有频率相等时,振幅最大B（5）、共振的防止和应用（1）利用共振的有：共振筛、转速计、微波炉、打夯机、跳板跳水、打秋千……（2）防止共振的有：机床底座、航海、军队过桥、高层建筑、火车车厢……偏心轮共振筛六、机械波机械波——机械振动在弹性介质中的传播形成条件1、振动的物体――振源波源、波的发源地，最先振动的质点，不是自由振动，而应是受迫振动，有机械振动，不一定有机械波，有机