高中物理机械振动和机械波课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5.1,简谐运动,5.1 简谐运动,高中物理机械振动和机械波课件,一、机械振动,物体在,平衡位置,附近所做的往复运动叫做,机械振动,，简称,振动,。,O,（,1,）平衡位置,：物体原来静止的位置。,O,O,一、机械振动 物体在平衡位置附近所做的往复运动叫做机械振动,分析说明：,回复力的作用是使物体回到平衡位置，是以,效果命名的；它可以是某一个力，也可以是某,几个力的合力，还可以是某个力的分力。,（,2,）回复力,：物体离开平衡位置时,受到的指向平衡位置的合力。,思考：,物体为什么会做这样的运动？,分析说明：（2）回复力：物体离开平衡位置时思考：物体为什么会,1.,定义：,物体在与位移大小成正比、方向总是指,向平衡位置的回复力作用下的振动叫,简谐运动,。,二、简谐运动,即：,位移,x,：,指物体相对于平衡位置的位移。,（即初位置为平衡位置）,k,：,比例系数,“,-,”,表示回复力与位移方向相反。,1.定义：物体在与位移大小成正比、方向总是指二、简谐运动即：,简谐运动,OA = OB,2.,描述简谐运动的物理量,（,1,）振幅,A,振动物体离开平衡位置的,最大距离。,是标量,物理意义：描述振动强弱的物理量,振幅的两倍（,2A,）表示振动物体运动范围,O,A,B,除了,回复力,、,位移,、,速度,、,加速度,外，还有：,简谐运动OA = OB2.描述简谐运动的物理量（1）振幅A振,描述振动快慢的物理量,一次全振动：,振动物体从某一初始状态开始，再次回到初始状态（即位移、速度均与初态完全相同）所经历的过程。,频率,f,：,单位时间内完成全振动的次数,2.,描述简谐运动的物理量,（,2,）周期和频率,周期,T,：,振子完成,一次全振动,所需要的时间,O,A,B,C,D,周期与频率的关系：,描述振动快慢的物理量一次全振动：振动物体从某一初始状态开始,简谐运动的物理量（对称性）,简谐运动的物理量（对称性）,三、简谐运动的位移,时间图象,1.,图像绘制方法,（,1,）频闪照相,三、简谐运动的位移时间图象1.图像绘制方法（1）频闪照相,(2),描图记录法,三、简谐运动的位移,时间图象,1.,图像绘制方法,(2)描图记录法三、简谐运动的位移时间图象1.图像绘制方法,这种记录振动的方法在实际中有很多应用。医院里的,心电图,及,地震仪,中绘制的地震曲线等，都是用类似的方法记录振动情况的。,绘制地震曲线的装置,心电图,这种记录振动的方法在实际中有很多应用。医院里的心电图及,（,3,）用传感器,三、简谐运动的位移,时间图象,1.,图像绘制方法,（3）用传感器三、简谐运动的位移时间图象1.图像绘制方法,三、简谐运动的位移,时间图象,简谐运动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（,xt,图象）是一条,正弦曲线,。,简谐运动是,最简单、最基本,的振动。,2.,图像,三、简谐运动的位移时间图象 简谐运动的位移与时间的关,10,5,0,-5,-10,t/s,x/cm,1 2 3 4 5 6,（,1,）振幅,A,=10cm,周期,T,=4s,频率,f,=0.25Hz,；,（,2,）任一时刻,x,、,F,回,、,a,、,v,的大小和方向；,（,3,）任意时间内振动物体的路程；,（,4,）任意两点间运动所用的时间。,3.,由图像可获得的信息,10t/sx/cm1 2 3 4,t/s,O,3,-3,6,12,x/cm,1.,质点离开平衡位置的最大位移？,2.1s,末、,4s,末、,7s,末、,9s,末质点位置在哪里？,3.1s,末、,6s,末质点朝哪个方向运动？,练习：,4.,质点在,8s,末、,11s,末的位移是多少？,5.,质点从,0,开始在,3s,内、,12s,内通过的路程分别是多少？,t/sO3-3612x/cm1.质点离开平衡位置的最大位移？,振幅,圆频率,相位,初相位,四、简谐运动的表达式,振幅圆频率相位初相位四、简谐运动的表达式,实际上经常用到的是两个相同频率的简谐运动的,相位差,，简称,相差,。,同相：,频率相同、,初相相同,(,即,相差为,0,）的两个振子振动步调完全相同。,反相：,频率相同、,相差为,的两个振子振动步调完全相反。,四、简谐运动的表达式,实际上经常用到的是两个相同频率的简谐运动的相位差，简,下图是甲乙两弹簧振子的,x,t,图象，两振动振幅之比为,_,，频率之比为,_,， 甲和乙的相差为,_,。,21,11,练习,1,：,下图是甲乙两弹簧振子的 x t 图象，两振动振幅,练习,2,：,有两个简谐运动：,它们的振幅之比是多少？它们的周期各是多少,？,t,=0,时它们的相位差是多少？,练习2：有两个简谐运动： 它们的振幅之比是多少？,五、简谐运动的几何描述,参考圆,匀速圆周运动在,x,轴上的投影为简谐运动。,五、简谐运动的几何描述参考圆匀速圆周运动在x轴上的投影为简,用旋转矢量图画简谐运动的 图,五、简谐运动的几何描述,参考圆,用旋转矢量图画简谐运动的 图五、简谐运动的几何,为,初位置与,x,轴所夹的圆心角,A,为,圆轨道的半径,为,角速度,简谐运动可以用做圆周运动的质点在,x,轴上的投影来表示：,为初位置与x轴所夹的圆心角A 为圆轨道的半径为角速度,简谐运动,的速度,v,和加速度,a,为做,圆周运动,的质点,M,的速度,v,M,和加速度,a,M,在,x,轴上的,投影,，即,相互之间的关系：,简谐运动的速度v和加速度a为做圆周运动的质点M的速度vM和加,.,摆长：,悬点到摆球重心的距离叫做摆长。,.,单摆：,细线一端固定在悬点，另一端系一个小球，如果细线的质量与小球相比可以忽略；球的直径与线的长度相比也可以忽略，这样的装置就叫做单摆。,摆长,L=L,0,+R,六、单摆,.摆长：悬点到摆球重心的距离叫做摆长。.单摆：细线一端固,（,1,）摆线质量,m,远小于摆球质量,M,，即,m M,。,3.,单摆理想化条件,:,（,3,）,摆球所受空气阻力远小于摆球重力及绳的拉力，可忽略不计。,（,2,）摆球的直径,d,远小于单摆的摆长，即,d ,。,（,4,）,摆线的伸长量很小，可以忽略。,（1）摆线质量m 远小于摆球质量 M，即m M 。3.,问题：单摆振动是简谐运动吗？,如何验证？,方法一：从单摆的振动图象判断,方法二：从单摆的受力特征判断,4.,单摆振动性质的探究,结论：,在摆角 较小时单摆的振动是简谐运动。,问题：单摆振动是简谐运动吗？方法一：从单摆的振动图象判断方法,摆角,正弦值,弧度值,1,0.01754,0.01745,2,0.03490,0.03491,3,0.05234,0.05236,4,0.06976,0.06981,5,0.08716,0.08727,6,0.10453,0.10472,7,0.12187,0.12217,8,0.13917,0.13963,9,0.15643,0.15708,10,0.17365,0.17445,11,0.19081,0.19189,12,0.20791,0.20934,13,0.22495,0.22678,14,0.24192,0.24423,15,0.25882,0.26167,20,0.34202,0.34889,30,0.50000,0.52334,45,0.70711,0.78539,60,0.86603,1.04667,90,1.00000,1.57079,摆角正弦值弧度值10.017540.0174520.03,单摆的周期与振幅,无关（伽利略）,单摆的周期与振幅无关（伽利略）,单摆的周期与摆长,摆长越长，周期越大,单摆的周期与摆长摆长越长，周期越大,（荷兰物理学家惠更斯）,单摆做简谐运动的周期跟摆长的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，跟振幅、摆球的质量无关。,5.,单摆的周期,（荷兰物理学家惠更斯） 单摆做简谐运动的周期跟,6.,单摆的应用,（）利用它的等时性计时,（）测定重力加速度,惠更斯在,1656,年首先利用摆的等时性发明了带摆的计时器（,1657,年获得专利权）,周期,T=2s,的单摆叫做秒摆,6.单摆的应用（）利用它的等时性计时（）测定重力加速度,7.,实验：用单摆测定重力加速度,7.实验：用单摆测定重力加速度,实验原理,实验器材,实验原理 实验器材,实验步骤,实验步骤,注意事项,注意事项,数据处理,数据处理,高中物理机械振动和机械波课件,练习,练习,高中物理机械振动和机械波课件,7.,几种常见的摆,7.几种常见的摆,光滑圆弧槽的半径为，小球半径为,r,，摆角小于,10,，求周期。,练习,光滑圆弧槽的半径为，小球半径为r，摆角小于,一摆长为,L,的单摆,在悬点正下方,5,L,/9,处有一钉子,则这个单摆的周期是多少？,练习,一摆长为L的单摆,在悬点正下方5L/9处有一钉子,则,8.,拓展,单摆在加速运动的电梯中周期,T,会发生变化 ，此时：,当加速度,a,向上时：,当加速度,a,向下时：,8.拓展单摆在加速运动的电梯中周期T会发生变化 ，此时：当加,七、简谐运动的能量,已知轻质弹簧的劲度系数为,k,，小球质量为,m,，系统简谐运动的振幅为,A,。求：,1.,振子的最大速度；,2.,振子系统的机械能,E,。,3.,系统的机械能（能量）在振动过程中有何特点？,七、简谐运动的能量 已知轻质弹簧的劲度系数为k，小球质,1.,振动过程中动能和势能相互转化，,总机械能守恒,。,七、简谐运动的能量,振动中的任一时刻,t,可见，动能与势能均做周期性变化。,1.振动过程中动能和势能相互转化，总机械能守恒。七、简谐运动,2.,振动周期和能量变化的周期,2.振动周期和能量变化的周期,八、外力作用下的振动,固有振动：,振动系统不受外力作用的振动。,1.,固有周期和固有频率,固有振动的周期和频率称为,固有周期,和,固有频率。,思考：,若振动系统受到外力作用，它将如何运动呢？,八、外力作用下的振动固有振动：振动系统不受外力作用的振动。1,高中物理机械振动和机械波课件,（,1,）阻尼振动：振幅逐渐减小的振动,（,2,）阻尼振动的图像,2.,阻尼振动及其图象：,（1）阻尼振动：振幅逐渐减小的振动（2）阻尼振动的图像2.阻,思考：,用什么方法才能得到持续的振动呢？,用,周期性的外力,作用于振动系统，通过外力对系统做正功，补偿系统机械能的损耗，使系统持续地振动下去。,思考：用什么方法才能得到持续的振动呢？ 用周期,高中物理机械振动和机械波课件,3.,受迫振动,(1),驱动力：,作用于振动系统的周期性外力。,(2),受迫振动：,物体在外界驱动力作用下的振动。,思考：,物体做受迫振动时,振动稳定后的频率与什么有关,?,3.受迫振动(1)驱动力：作用于振动系统的周期性外力。(2),视频,视频,物体做受迫振动时，,振动稳定后的频率等于驱动力的频率,，跟物体的,固有频率,无关。,（,3,）受迫振动的特点,物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，,高中物理机械振动和机械波课件,4.,共振,(1),定义：驱动力的,频率,f,等于物体的,固有频率,f,0,时，受迫振动的,振幅最大,，这种现象叫做,共振,。,固,f,驱,= f,固,时，振幅有最大值,f,驱,与,f,固,差别越大时，振幅越小,横轴：表示驱动力的频率,纵轴：表示受迫振动的振幅,(2),共振曲线,4.共振(1)定义：驱动力的频率f等于物体的固有频率f0时，,(3),生活中的共振现象,共鸣箱,声音的共振,-,共鸣,(3)生活中的共振现象共鸣箱声音的共振-共鸣,高中物理机械振动和机械波课件,共鸣箱,(3),生活中的共振现象,共鸣箱(3)生活中的共振现象,共振筛,(3),生活中的共振现象,共振筛(3)生活中的共振现象,龙洗,盆,(3),生活中的共振现象,龙洗(3)生活中的共振现象,碎杯,(3),生活中的共振现象,碎杯(3)生活中的共振现象,1831,年，一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。,军队过桥便步走,火车过桥慢行,(3),生活中的共振现象,1831年，一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时，,1940,年，美国的全长,860,米的塔柯姆大桥,在建成后的,4,个月就因风共振而倒塌,(3),生活中的共振现象,1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥在建成后的,唐朝时候，洛阳某寺一僧人房中挂着的一件乐器，经常莫名其妙地自动鸣响，僧人因此惊恐成疾，四处求治无效。他有一个朋友是朝中管音乐的官员，闻讯特去看望他。这时正好听见寺里敲钟声，那件乐器又随之作响。于是朋友说：你的病我可以治好，因为我找到你的病根了。只见朋友找到一把铁锉，在乐器上锉磨几下，乐器便再也不会自动作响了。,(3),生活中的共振现象,唐朝时候，洛阳某寺一僧人房中挂着的一件乐器，经常莫名,美国有一农场农妇，习惯于用吹笛的方式招呼丈夫回家吃饭，可当她有一次吹笛时，居然发现树上的毛毛虫纷纷坠地而死，惊讶之余，她到自己的果园吹了几个小时，一下子将果树上的毛毛虫收拾的一干二净，究其原因，还是笛子发出的声音引起毛毛虫内脏发生剧烈共振而死亡。,(3),生活中的共振现象,美国有一农场农妇，习惯于用吹笛的方式招呼丈,（,4,）共振的防止和应用,防止,使驱动力的频率与物体的固有频率不同，而且相差越大越好。,应用,使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率。,（4）共振的防止和应用防止 使驱动力的频率与物体的固有,