《振动和波的基础知识.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《振动和波的基础知识.doc(6页珍藏版)》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1. 机械振动:(1) :机械振动即物体(或物体的一部分)在某一中心位置两侧所做的往返的运动(2) :回复力F回:指向“平衡”位置的合力叫回复力(3) :振动位移x:都以“平衡”位置为位移的起点(4) :振幅A:振动物体离开“平衡位置的最大距离,振幅越大,振动的能量就越大(5) :振动的周期T:指完成一次全振动的时间;周期表示振动的快慢,周期小表示振动的快(6) :振动的频率f:指单位时间内完成振动的次数;频率大,表示振动的快。单位为:赫兹(Hz)(7) :T=;振动的周期T的大小与振幅的大小无关:对于同一个振动系统,当振动的振幅变大时,其周期将保持不变,所以物体振动的周期又叫固有周期(8)
2、:平衡位置:振动的中心位置,是假冒的“平衡”,F合不一定为0,如:单摆的“平衡”位置的加速度为:2:简谐振动:(1):回复力F回和位移x成正比,但它们的方向相反;F回kxx为物体离开“平衡”位置的位移负号表示回复力F回和位移x的方向相反回复力就是一个指向“平衡”位置的合力(2) :对于同一个振动系统,当振动的振幅变大时,其周期仍保持不变(3) :简谐振动的xt图像:是一条正弦或余弦曲线(4) :振动的周期T的大小与振幅的大小无关(所以把它叫国有周期).弹簧振子的T与小球的质量、弹簧的劲度序数有关;单摆的T与摆长、重力加速度g有关3. 单摆(1) :当单摆的摆角小于80时,单摆的振动可以看做简谐
3、振动(2) :单摆振动时,也可以把它看做圆周运动(多多从不同的角度分析问题)(3) :单摆的回复力由重力在切线方向的分力提供。当摆角小于80时,,(如右图)(3) :当单摆的摆角小于80时,L为物体摆动时的圆心(悬点)到物体重心的距离g为当地的重力加速度g ;g= (g为离天体表面H高处的重力加速度;g为天体表面的重力加速度;R为天体的半经;M为中心天体的质量;H为离天体表面的高)公式说明T与振幅A无关(4) :单摆振动时,由于拉力始终与速度垂直,所以拉力不做功,如无阻力,则物体的机械能守恒(5) :单摆振动时,如有阻力,则在短时间内,仍可把它看做简谐振动4、 任何一个介质质点在一个周期内经过
4、的路程都是4A,在半个周期内经过的路程都是2A,但在四分之一个周期内经过的路程就不一定是A了(多多用位移时间图像帮助分析问题)5、 受迫振动:(1) :物体在周期性外力的作用下的振动叫受迫振动(2) :物体做受迫振动时,它的频率等于驱动力的频率,而跟物体的固有频率无关,如图:假如L=g,则单摆的固有周期=2秒,如果每隔八秒推一下小球,则单摆的周期就为8秒,而不是2秒(3) :波在传播时,各质点都在做受迫振动(各质点都在模仿波源的振动),所以波由一种介质传到另一介质时,波的频率不变(等于波源的振动频率)(4) :物体在做受迫振动时,驱动力的频率跟物体的固有频率相等的时侯,物体的振幅最大,这种现象
5、叫共振。驱动力的频率跟物体的固有频率越接近,物体的振幅也越大,如图为共振曲线(5) :当f驱动力=f固时物体会发生共振,共振时的振幅比不共振时的振幅大(6) :利用共振的有:共振筛、转速计、微波炉、打夯机、跳板跳水、打秋千防止共振的有:机床底座、航海、军队过桥、高层建筑、火车车厢6:简谐振动的图像(如右图为水平振动的弹簧振子的振动图像):由图像可知:(1) :振动图像表示的是某一质点在各个时刻的位移(2) :振幅A为15cm(3) : 周期T为8s(4) :a点对应的时刻,速度在增大,速度的方向向负方向;加速度在减小,加速度的方向负方向(和位移的方向相反,此时位移为正10cm)回复力在减小,回
6、复力的方向向负方向(和位移的方向相反)动能在增大,弹性势能在减小(机械能守恒) b点对应的时刻,速度在减小,速度的方向向负方向;加速度在增大,加速度的方向向正方向(和位移的方向相反,此时位移为5cm)回复力在增大,回复力的方向向正方向(和位移的方向相反)动能在减小,弹性势能在增大(机械能守恒) d点对应的时刻,速度在减小,速度的方向向正方向;加速度在增大,加速度的方向向负方向(和位移的方向相反,此时位移为正5cm)回复力在增大,回复力的方向向负方向(和位移的方向相反)动能在减小,弹性势能在增大(机械能守恒)(5) :Va Vb = Vd7:解振动问题的方法:(1) :振动问题都是变力问题,一般
7、选用动能定理、能量守恒定律解题.注意应用弹簧的弹性势能不变、(了解:弹性势能,k弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量)、弹力做的功= - 弹性势能的变化量等条件(2) :充分利用振动的对称性,如在两个对称点的加速度a、速度v、位移、动能Ek、弹性势能相等等条件(3) :充分利用振动的图像解题(画出振动的图像帮助解决问题)(4) :注意应用临界点的条件:如弹力为0、加速度a、速度v、位移相等等等(5) :两物体的加速度a、a2相等时,两物体可能将要分开(物体分开的瞬间,物体间的弹力为零)(6) :弹簧的形变量或两次的形变量之差可能等于物体的位移:S=X2X18:机械波:机械振动在介质中的传播过程所形
8、成的波叫做机械波(1) :有振源和传播介质时就会产生机械波(2) :波是传播能量的一种方式,即传递某种信息(3) :波(信息)向前传播时,各介质只在自己的平衡位置附近振动,并不会随波(信息)向前传播(4) :波(信息)向前传播时,波形(波形代表信息的内容)不会发生变化;如下图,波(信息)向右传播过后,A、B、C、D各质点仍然回到各自原来的位置;当波(信息)传递到E点时,它就开始振动,并按后面的波形振动(即开始模仿振源的所有动作),所以质点起到了传递信息的作用;要判断E如何振动,就看和它相邻的前一质点的运动情况即可(解波动问题,就是逻辑推理的过程,由A质点的情况推及到D质点的情况,由9秒的情况推
9、及到8秒的情况)(5) :每经过一个周期,波就向前传播一个波长的距离;每经过个周期,波就向前传播个波长的距离(6) :波的频率就等于波源的振动频率,介质的振动频率也等于波源的振动频率(受迫振动)9:波速V:(1) :;(2) :波速V只与介质有关,与波长、频率无关;当介质相同时,波速就相同(3) :当波由一种介质传播到另一介质时,频率不变(各质点都在做受迫振动),波速、波长会发生改变10:波长:(1) :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(2) :在一个周期里,波向前传播的距离,叫波长(3) :两个相邻的波峰之间的距离,叫波长;两个相邻的波谷之间的距离,叫波
10、长11:波的周期、频率:波的频率就等于波源的振动频率,它们与速度、介质无关9秒末12:波的图像:由图像可知(1) :波的图像表示的是某一时刻各个质点的位移的图像(2) :振幅A为15cm(3) :波长为8cn(4) :在9秒末,a质点向下运动(它模仿的前一质点在它的右下方)(5) :在9秒末,a质点的速度在变大,加速度在变小,加速度的方向向下(各质点的运动规律仍然遵循振动的规律)13:波的衍射:(1) : 波在传播中遇到障碍物时能绕过障碍物的现象,叫波的衍射(2) :一切波均能发生衍射,即任何条件下波均能发生衍射,只是有的衍射我们觉擦不到,但是仍然存在(3) :发生明显的衍射的条件是:障碍物或
11、孔的直径比波长小或相差不多(4) :楼上房间的人能听到楼底下人的声音,单缝衍射、眯眼看灯、隔并齐笔缝看灯、隔羽毛(纱布)缝看灯等呈彩色(看到彩色的光),这些都是衍射14:波的干涉:(1) :频率相同的两列波叠加,使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互间隔,这种现象叫波的干涉(2) :两个波源的振动方向相同,频率相同的同类波干涉时,就能得到稳定的干涉图样(3) :围绕正在发声的音叉走一圈,听到声音忽强忽弱,双缝干涉、肥皂泡(膜)、蝉翼、雨天公路上汽油等呈彩色,这些都是干涉(4) :波的干涉加强区是波峰和波峰相遇处或波谷和波谷相遇处,加强区仍在振动,其位移有可能
12、小于减弱区的,但它的振幅一定大于减弱区的.波的干涉减弱区则是波峰和波谷相遇处(5) :当两个波源的振动方向相同,频率相同的同类波干涉时,某点到这两个波源的距离差为半个波长的偶数倍时,该点为振动的加强点;某点到这两个波源的距离差为半个波长的奇数倍时,该点为振动的减弱点。当两个波源的振动方向相反,频率相同的同类波干涉时,某点到这两个波源的距离差为半个波长的偶数倍时,该点为振动的减弱点;某点到这两个波源的距离差为半个波长的奇数倍时,该点为振动的加强点。15:多普勒效应:由于波源与观测者间的相互运动,导致波源发射频率与接收频率不同波源与观测者相互接近时,接收频率变大;反之,变小16:波的分类:波分为横波和纵波;声波为纵波17:波的反射:遵循反射定律(如:反射角等于入射角等等)18:解波动问题的方法:(1) :一定要画出波动图像(2) :注意应用波形不变(把整个波形拿来平移,一般不要把波形延长),各质点都在模仿波源的振动,通过逻辑推理导出答案(由“现在”推导出“将来”,由“现在”推导出“过去)(3) :还应考虑到波的周期性、重复性,质点振动的周期性、重复性6