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1、第一章第一章 机械振动机械振动 一、一、简谐运动简谐运动高二年级物理备课组高二年级物理备课组观察思考 不难看出，小球、滑块和树梢一样，都在某不难看出，小球、滑块和树梢一样，都在某个位置附近往复运动。个位置附近往复运动。物体（或物体的某一部分）在某一位置两物体（或物体的某一部分）在某一位置两侧所做的往复运动侧所做的往复运动，叫做，叫做机械振动机械振动，通常简称，通常简称为为振动振动，这个位置这个位置称为称为平衡位置平衡位置。振动现象在自然界中普遍存在。如：振动现象在自然界中普遍存在。如：钟摆的摆动，水中浮标的上下浮动，挑着钟摆的摆动，水中浮标的上下浮动，挑着物体行走时扁担的颤动，树梢在微风中的物
2、体行走时扁担的颤动，树梢在微风中的摇摆，都是振动。摇摆，都是振动。条件条件(理想化理想化)：小球看成质点小球看成质点 忽略弹簧质量忽略弹簧质量 忽略摩擦力忽略摩擦力 思考：思考：振子的运动是怎样一种运动呢？振子的运动是怎样一种运动呢？弹簧振子弹簧振子定义定义:小球和弹簧所组成的系统小球和弹簧所组成的系统.理想化模型理想化模型弹簧弹簧+小球小球 n 振子静止在振子静止在O点时，弹簧没有发生形变，长度为原长。点时，弹簧没有发生形变，长度为原长。1：弹簧最大伸长的长度：弹簧最大伸长的长度OA和最大压缩的长度和最大压缩的长度OA有什么关系？有什么关系？2：振子从：振子从A经经O到到A和振子从和振子从A
3、经经O到到A所用时间有什么关系？所用时间有什么关系？3：振子在往复运动过程中的受力有什么特点？：振子在往复运动过程中的受力有什么特点？OA=OAtAA=tAA使振子以使振子以O为中为中心做往复运动心做往复运动把振子拉到平衡位把振子拉到平衡位置右方置右方A点时，弹点时，弹簧伸长量为簧伸长量为OA，放，放开振子，观察振子开振子，观察振子的振动。的振动。（1）弹簧振子是指小球和弹簧所组成的系统，这是一种理想化模型）弹簧振子是指小球和弹簧所组成的系统，这是一种理想化模型（2）弹簧振子为什么会振动？）弹簧振子为什么会振动？物体做机械振动时，物体做机械振动时，一定受到指向中一定受到指向中心位置的力心位置的
4、力，这个力的作用，这个力的作用总能使物总能使物体回到中心位置体回到中心位置，这个力叫，这个力叫回复力回复力.回复力是根据力的回复力是根据力的效果命名效果命名的，的，对于弹簧振子，它是弹力。对于弹簧振子，它是弹力。回复力可以是弹力，或其它的力，回复力可以是弹力，或其它的力，或几个力的合力，或某个力的分力。或几个力的合力，或某个力的分力。在在O点，回复力是零，点，回复力是零，叫振动的叫振动的平衡位置平衡位置。弹簧的弹力遵从什么规律？弹簧的弹力遵从什么规律？胡克定律胡克定律：F=KX用什么办法表示他们的用什么办法表示他们的反向关系呢？反向关系呢？用带负号的数用带负号的数值。值。F=-KX 如果物体所
5、受的力与它偏离如果物体所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成平衡位置的位移大小成正比正比，并，并且且总指向平衡位置总指向平衡位置，则物体所做，则物体所做的运动叫做的运动叫做简谐运动简谐运动 简谐运动是一种最简单的、最基本的振动简谐运动是一种最简单的、最基本的振动。一切复杂的振。一切复杂的振动都可以动都可以看成看成是若干简谐运动的叠加。是若干简谐运动的叠加。n n n 简谐运动中的各个物理量变化规律简谐运动中的各个物理量变化规律OA A AO O OA A 位移 x 速度v 回复力F、加速度a动能势能总机械能向左向左减小减小向右增大向右增大向右向右减小减小动能增大动能增大势能减小势能减小A向右向右
6、增大增大向右减小向右减小向左向左增大增大动能减小动能减小势能增大势能增大不变不变向左最大向左最大向右最大向右最大 0 0向右最大向右最大 0 0向右最大向右最大向左最大向左最大动能最大动能最大势能为势能为0 0动能为动能为0 0势能最大势能最大动能为动能为0 0势能最大势能最大O OA AF FF F A 振幅、周期和频率振幅、周期和频率 我们用位移、速度、加速度等物理量来描述匀变速直我们用位移、速度、加速度等物理量来描述匀变速直线运动的特征；用角速度、周期、转速等物理量描述匀线运动的特征；用角速度、周期、转速等物理量描述匀速圆周运动的特征。我们用哪些物理量来描述简谐运动速圆周运动的特征。我们
7、用哪些物理量来描述简谐运动的特征呢？的特征呢？1振幅振幅（A）：振动物体离开平衡位置的最大距离叫做振振动物体离开平衡位置的最大距离叫做振动的振幅振幅是标量动的振幅振幅是标量用用字母字母A表示。振幅表示。振幅是反映振动强弱的物理量是反映振动强弱的物理量2周期周期(T)和频率和频率(f)：振动物体完成一次全振动所用的时间叫做振动物体完成一次全振动所用的时间叫做振动的周期单位时间内完成全振动的次数叫振动的周期单位时间内完成全振动的次数叫做振动的频率它们的关系是做振动的频率它们的关系是T1/f.二二.简谐运动的能量简谐运动的能量 简谐运动的能量与振幅有关，简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量
8、越大振幅越大，振动的能量越大 简谐运动中动能和势能在发简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量生相互转化，但机械能的总量保持不变，即保持不变，即机械能守恒机械能守恒。如图所示，某一时刻弹簧振子的小球运动到如图所示，某一时刻弹簧振子的小球运动到平衡位置右侧，距平衡位置平衡位置右侧，距平衡位置0点点3cm处的处的B点，已点，已知小球的质量为知小球的质量为1kg，小球离开平衡位置的最大，小球离开平衡位置的最大距离为距离为5cm，弹簧的劲度系数为，弹簧的劲度系数为200N/m，求：，求：(1)最大回复力的大小是多少？最大回复力的大小是多少？(2)在在B点时小球受到的回复力的大小和方向？点时小
9、球受到的回复力的大小和方向？(3)此时小球的加速度大小和方向？此时小球的加速度大小和方向？(4)小球的运动方向怎样？小球的运动方向怎样？思考思考OB10N6N，BO6m/s2 BO OB 或或 BO 一、简谐运动的回复力一、简谐运动的回复力F=-kx1.回复力回复力:振动物体受到的总是指向平衡位置的力振动物体受到的总是指向平衡位置的力.是物体在振动方向上的合外力是物体在振动方向上的合外力.二二.简谐运动的能量简谐运动的能量 简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能的总量保持不变，即机械能守恒机械能守恒.2.简谐运动简谐运动动力学
10、特点：动力学特点：运动学特点：运动学特点：练练1:作简谐运动的物体，当它每作简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，一定相同次经过同一位置时，一定相同的物理量是（的物理量是（）A.速度速度 B.位移位移 C.回复力回复力 D.加速度加速度BCD练练2:弹簧振子作简谐运动时，以下说法弹簧振子作简谐运动时，以下说法正确的是正确的是 ()A振子通过平衡位置时，回复力一定振子通过平衡位置时，回复力一定 为零为零B振子做减速运动，加速度却在增大振子做减速运动，加速度却在增大C振子向平衡位置运动时振子向平衡位置运动时,加速度方向加速度方向 与速度方向相反与速度方向相反D振子远离平衡位置运动时振子远离平衡位
11、置运动时,加速度方加速度方向与速度方向相反向与速度方向相反ABD练练3:如图所示如图所示,是一弹簧振子是一弹簧振子,设向右方设向右方向为正向为正,0为平衡位置，则为平衡位置，则 ()AA0位移为负值，速度为正值位移为负值，速度为正值B0B时时,位移为正值位移为正值,加速度为负值加速度为负值CB0时时,位移为负值位移为负值,速度为负值速度为负值D0A时时,位移为负值位移为负值,加速度为正值加速度为正值ABDABO练练4:一个弹簧振子在光滑的水平面上做一个弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动简谐运动,其中有两个时刻弹簧振子的弹其中有两个时刻弹簧振子的弹力大小相等力大小相等,但方向相反但方向相反,则这两个时刻则这两个时刻振子的振子的 ()A.速度一定大小相等速度一定大小相等,方向相反方向相反B.加速度一定大小相等加速度一定大小相等,方向相反方向相反C.位移一定大小相等位移一定大小相等,但方向不一定相反但方向不一定相反D.以上三项都不一定大小相等方向相反以上三项都不一定大小相等方向相反 B