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时间:2021-04-19
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1、机械振动和机械波复习课件ppt一、简谐运动1、定义:如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律,即它的振动图象是一条正弦曲线,这样的振动叫简谐运动.F回=-kx2、简谐运动的描述(1)描述简谐运动的物理量①位移x:由平衡位置指向质点所在位置的有向线段,是矢量。注:位移的参考点是平衡位置②振幅A:振动物体离开平衡位置的最大距离,是标量,表示振动的强弱.(2)弹簧振子和单摆的回复力水平弹簧振子的回复力为弹簧弹力;竖直悬挂的弹簧振子的回复力是弹力和重力的合力;单摆的回复力是摆球所受重力在圆周切线方向的分力.注:单摆振动的回复力是重力的切向分力,不能说成是重力和拉力的合力
2、。在平衡位置振子所受回复力是零,但合力是向心力,指向悬点,不为零。(3)简谐运动的能量简谐运动过程中动能和势能相互转化,机械能守恒.振动能量与振幅有关,振幅越大,能量越大.4简谐振动的两个模型(1)弹簧振子(2)单摆当摆角很小时(小于10°)时,单摆可以近似看做简谐运动.其周期,与摆球质量m、振幅A都无关。其中l为摆长,表示从悬点到摆球质心的距离,要区分摆长和摆线长。(3)小球在光滑圆弧上的往复滚动,和单摆完全等同。只要摆角足够小,这个振动就是简谐运动。这时周期公式中的l应该是圆弧半径R二、受迫振动和共振1.受迫振动:物体在周期性驱动力作用下的振动.做受迫振动的
3、物体,它的周期或频率等于驱动力的周期或频率,而与物体的固有周期或频率无关.2.共振:做受迫振动的物体,它的固有频率与驱动力的频率越接近,其振幅就越大,当二者相等时,振幅达到最大,这就是共振现象.共振曲线如图1-4所示.三、机械波1.定义:机械振动在介质中的传播形成机械波.2.产生条件:一是要有做机械振动的物体作为波源,二是要有能够传播机械振动的介质.机械波的传播特点(规律):(1)各质点都做受迫振动,起振方向都和波源的起振方向相同;且其振动频率(周期)都等于波源的振动频率(周期),但离波源越远的质点振动越滞后。(2)机械波传播的是波源的振动形式(波形)和波源提供的能
4、量,质点不随波迁移。3.机械波的分类(1)横波:质点的振动方向与波的传播方向垂直,凸起的最高处叫波峰,凹下的最低处叫波谷.(2)纵波:质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上,质点分布最密的地方叫密部,质点分布最疏的地方叫疏部.4.描述机械波的物理量(1)波长λ:两个相邻的、在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长.在横波中,两个相邻波峰(或波谷)间的距离等于波长.在纵波中,两个相邻密部(或疏部)间的距离等于波长.(2)频率f:波的频率由波源决定,无论在什么介质中传播,波的频率不变.(3)波速v:单位时间内振动向外传播的距离.波速的大小由介质决
5、定.(1)在同一种均匀介质中机械波的传播是匀速的。波速、波长和频率之间满足公式:v=λf。(2)波由一种介质进入另一种介质,频率不变,波速改变,因此波长改变。5.横波的图象如图1-5所示为一横波的图象.纵坐标表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移,横坐标表示在波的传播方向上各个质点的平衡位置.它反映了在波传播的过程中,某一时刻介质中各质点的位移在空间的分布.简谐波的图象为正弦曲线.思考:振动图像与波动图像的区别?(1)物理意义不同:振动图象表示同一质点在不同时刻的位移(类比录像);波的图象表示介质中的各个质点在同一时刻的位移(类比照片)。(2)图象的横坐标不同:振
6、动图象的横坐标表示时间;波的图象的横坐标表示距离。(3)从振动图象上可以读出振幅和周期;从波的图象上可以读出振幅和波长。6.质点振动方向与波传播方向的互判同侧法:四、波的衍射和干涉1.衍射:波绕过障碍物继续传播的现象.产生明显衍射现象的条件是:障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多.2.波的叠加:几列波相遇时,每列波都能够保持各自的状态继续传播而不互相干扰,只是在重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和3.干涉:频率相同的两列波叠加,某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,并且振动加强和振动减弱的区域相
7、互间隔的现象.产生稳定的干涉现象的必要条件:两列波的频率相同.干涉和衍射是波所特有的现象.五、多普勒效应当波源与观察者之间有相对运动时,观察者会感到波的频率发生了变化,这种现象叫多普勒效应.当波源与观察者相向运动时,观察者接收到的频率变大;当波源与观察者背向运动时,观察者接收到的频率变小.实质:波源的频率没有变化,只是观察者接收到的频率发生了变化.例1:如图1-12所示为一水平弹簧振子的振动图象,试完成以下要求:(1)写出该振子简谐运动的表达式.(2)在第2s末到第3s末这段时间内弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性势能各是怎
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