高中物理选修3-4机械振动机械波光学知识点.pdf

机械振动 一、基本概念 1. 机械振动：物体（或物体一部分）在某一中心位置附近所做的往复运动 2. 回复力 F：使物体返回平衡位置的力，回复力是根据效果（产生振动加速度，改变速度的 大小， 使物体回到平衡位置）命名的，回复力总指向平衡位置，回复力是某几个力沿振动方 向的合力或是某一个力沿振动方向的分力。 （如①水平弹簧振子的回复力即为弹簧的弹力； ②竖直悬挂的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力； ③单摆的回复力是摆球所受重力 在圆周切线方向的分力，不能说成是重力和拉力的合力） 3. 平衡位置：回复力为零的位置（物体原来静止的位置） 。物体振动经过平衡位置时不一定 处于平衡状态即合外力不一定为零（例如单摆中平衡位置需要向心力） 。 4. 位移 x ：相对平衡位置的位移。它总是以平衡位置为始点，方向由平衡位置指向物体所在 的位置，物体经平衡位置时位移方向改变。 5. 简谐运动： 物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比， 并且总指向平衡位置的回复力的作 用下的振动，叫简谐运动。 （1）动力学表达式为： F= - kx F=-kx 是判断一个振动是不是简谐运动的充分必要条件。凡是简谐运动沿振动方向的合力 必须满足该条件；反之，只要沿振动方向的合力满足该条件，那么该振动一定是简谐运动。 x A ωt φ （2 ）运动学表达式： ＝ sin( ＋ ) （3 ）简谐运动是变加速运动． 物体经平衡位置时速度最大， 物体在最大位移处时速度为零， 且物体的速度在最大位移处改变方向。 （4 ）简谐运动的加速度： 根据牛顿第二定律， 做简谐运动的物体指向平衡位置的 ( 或沿振动 kx 方向的 ) 加速度 a . 由此可知，加速度的大小跟位移大小成正比，其方向与位移方向 m 总是相反。故平衡位置 F、x 、a 均为零，最大位移处 F、x 、a 均为最大。 （5 ）简谐运动的振动物体经过同一位置时，其位移大小、方向是一定的，而速度方向却有 指向或背离平衡位置两种可能。 （6 ）简谐运动的对称性 ①瞬时量的对称性：做简谐运动的物体，在关于平衡位置对称的两点，回复力、位移、加速 度具有等大反向的关系．速度的大小、动能也具有对称性，速度的方向可能相同或相反。 ②过程量的对称性：振动质点来回通过相同的两点间的时间相等，如 t BC＝t CB；质点经过关 于平衡位置对称的等长的两线段的时间也相等。 6. 振幅 A：振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量，表示振动的强弱和能量的物理量， 无正负之分。 7. 周期 T 和频率 f ：表示振动快慢的物理量。完成一次全振动所用的时间叫周期，单位时间 内完成全振动次数叫频率，大小由系统本身的性质决定（与振幅无关） ，所以叫固有周期和 频率。任何简谐运动都有共同的周期公式： T 2 m （其中m是振动物体的质量， k 是回 k 复力系数，即简谐运动的判定式 = - 中的比例系数，对于弹簧振子 就是弹簧的劲度， F kx k 对其它简谐运动它就不再是弹簧的劲度系数） 。 8. 相位 ( ωt+ φ) ：是用来描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态的物理量， 其单位为弧 度． 二、典型的简谐运动 1. 弹簧振子 （1）简谐运动条件：①弹簧质量忽略不计②无摩擦等阻力③在弹性限度内 （2 ）说明回复力、加速度、速度、动能和势能的变化规律（周期性和对称性）