物理振动和波动

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时间:2022-01-09

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1、第八章振动和波动波动是振动的传播!2.波的分类(1)机械振动在弹性介质中的传播过程,叫做机械波。如:水面波、声波等。(2)电磁场的变化在空间中的传播过程,叫做电磁波。如:无线电波、光波等。1.波的定义在连续弹性介质中,振源的振动会带动介质的其余部分相继振动,使振动从振源向外传播出去;振动在空间中的传播过程叫做波动,简称波。软绳波的传播方向质点振动方向振动在软绳中的传播一、机械振动:物体在一定位置附近作来回往复的周期性运动,称机械振动。如:弹簧振子的运动、心脏的跳动、昆虫翅膀的发声振动等,机械振动是生活中常见的运动形式被手拨动的弹簧片上下跳

2、动的皮球小鸟飞离后颤动的树枝北京大钟寺内的巨钟的频谱图0100200300400500v(Hz)⒈在平衡位置附近来回做往复运动的现象叫做机械振动,简称振动。⒉机械振动的主要特征是:“空间运动”的往复性和“时间”上的周期性。产生机械振动的基本条件:物体受到回复力的作用(指向平衡位置);回复力和物体惯性交替作用,维持机械振动。二、简谐振动⒉定义: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叫做简谐振动。F=-kx⒊典型的简谐振动:弹簧振子、单摆⒈简谐振动是最简单、最基本的振动;任何复杂振动,都可看作是若干简谐振动的合成。弹簧振

3、子:由一根轻弹簧(劲度系数为k)和质量为m的物体(质点)构成,系统与外界无摩擦力;(理想模型)弹力是使物体回到平衡位置的回复力F=-kx;弹力和惯性的交替作用使物体在平衡位置附近来回往复的运动;质点的动力学方程:演示一.简谐振动定义:§8.1简谐振动二.描述简谐振动的特征量(三要素)1.振幅A:振动物体离开平衡位置的最大位移;2.周期T:物体完成一次全振动所用的时间;频率v:单位时间内完成全振动的次数;圆(角)频率:v=1/T(Hz)x是描述位置的物理量,如y,z或等.物体振动时,如果离开平衡位置的位移x随时间t的变化可表示为余弦函数

4、——简谐振动角频率和周期之间的关系:固有周期和固有(角)频率简谐振动方程:圆频率初相位振幅位移简谐振动方程的三要素:A、、振幅:A角频率:初相位:位移:速度:加速度:补充:简谐振动的速度和加速度1.简谐振动的各阶导数也都作简谐振动2.x,a,v相位依次相差/23.相位(1)(t+)是t时刻的相位,确定质点在t时刻的运动状态的物理量。(2)是t=0时刻的相位——初相位,确定质点在t=0时刻的运动状态的物理量。运动状态是由位置和速度来表征的.由此:位移、速度、加速度由(t+)确定;描述简谐振动的(三要素):振幅、周期、相位

5、相位的意义:一个相位对应一个确定的振动状态;相位每改变2,振动重复一次.相位2范围内变化,振动状态不重复.txOA-A=2相位差同相和反相(同频率振动)当=2k,k=0,1,2…..两振动步调相同,称同相。xtoA1-A1A2-A2x1x2T同相当=(2k+1),k=0,1,2…..两振动步调相反,称反相。x2TxoA1-A1A2-A2x1t反相超前和落后txOA1-A1A2-A2x1x2若=2-1>0,则x2比x1早达到正最大位移,称x2比x1超前(或x1比x2落后)。1.

6、简谐振动的各阶导数也都作简谐振动2.x,a,v相位依次相差/2补充例题:一个物体沿x轴作简谐振动,振幅为0.12m,周期为2s,当t=0时的位移为0.06m,且向x轴正方向运动。求:(1).初相位;(2).t=0.5s时物体的位置、速度和加速度;t0绕O点以角速度逆时针旋转的矢量,在x轴上的投影正好描述了一个简谐振动。振幅矢量t+相位8.1.2用旋转矢量描述简谐振动演示分析初相位:=/3XOOX判断:t=0,振子的初位移、初速度x0=A/2,v0<0(向x轴负方向运动)用旋转矢量直观描述简谐振动:确定,振动状态确定XO

7、分析3、用旋转矢量描述简谐振动:OX=/2判断:t=0,振子的初位移、初速度x0=0,v0<0(向x轴负方向运动)分析3、用旋转矢量描述简谐振动:OXXO=2/3判断:t=0,振子的初位移、初速度x0=-A/2,v0<0(向x轴负方向运动)分析3、用旋转矢量描述简谐振动:OXXO=-2/3判断:t=0,振子的初位移、初速度x0=-A/2,v0>0(向x轴正方向运动)分析3、用旋转矢量描述简谐振动:OXXO=-/3判断:t=0,振子的初位移、初速度x0=A/2,v0>0(向x轴正方向运动)同相反相例题8-4:一物体

8、沿x轴作简谐振动,振幅为0.24m,周期为4s,当t=0时的位移为0.12m,且向x轴负方向运动。求:(1).初相位;(2).t=1s时物体的位置、速度和加速度;(3).在x=-0.12m处,

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