机械振动、简谐振动图像
一. 本周教学内容:
机械振动、简谐振动图像
二. 知识总结归纳
知识网络:
三. 重、难点分析
1. 描述振动的物理量
(1)位移x:由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段,矢量。
(2)振幅A:振动离开平衡位置的最大距离,标量,表示振动的强弱。
(3)周期T和频率f:物体完成一次全振动所需的时间叫周期,而频率则等于单位时间内完成全振动的次数,它们是表示振动快慢的物理量,二者互为倒数关系:
< "0" 1248287925">其中摆长
4. 简谐运动的图象
(1)如图所示为一弹簧振子做简谐运动的图象,它反映了振子的位移随时间变化的规律,而其轨迹并非正弦曲线。
(2)根据简谐运动的规律,利用该图象可以得出以下信息:
1°振幅A、周期T以及各时刻振子的位置。
2°各时刻回复力、加速度、速度、位移的方向。
3°某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况。
4°某段时间内振子的路程。
5. 振动的类型
(1)简谐运动(又称自由振动):机械能守恒,振幅不变,周期等于固有周期。
(2)阻尼振动:系统机械能不断损耗,振幅不断减小,周期等于固有周期。
(3)受迫振动:物体在周期性驱动力作用下的振动,振动稳定后的频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关。
(4)共振:当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时的受迫振动,振幅最大。
【典型例题】
例1. (1998年?全国)如图所示,两单摆摆长相同,平衡时两摆球刚好接触。现将摆球A在两摆球线所在平面内向左拉开一小角度释放,碰撞后,(此括号内不是文章内容,来自学习方法网,阅读请跳过),两摆球分开各自做简谐运动,以mA、mB分别表示摆球A、B的质量,则( )
A. 如果mA>mB,下一次碰撞将发生在平衡位置右侧
B. 如果mA<mB,下一次碰撞将发生在平衡位置左侧
C. 无论两摆球的质量之比是多少,下一次碰撞都不可能在平衡位置右侧
D. 无论两摆球的质量之比是多少,下一次碰撞都不可能在平衡位置左侧
解析:碰撞后两球各自做简谐运动,两摆的摆长相等,周期的大小与振幅、质量无关,两摆的周期相等。B球碰后一定向右摆,而A摆碰后可能向右、也可能向左摆动,两球将同时达到平衡位置。
因两摆的周期相等,且周期与摆球的质量、振幅、速度无关,A、B两摆球碰后均经过半个周期再次相碰,且同时达到平衡位置,故再次相碰应在平衡位置。
答案:CD
评析:两球的碰撞不一定是弹性碰撞,它们回到平衡位置的时间与碰后两球的速度大
如果表中给出的是做简谐运动的物体的位移x或速度v与时刻的对应关系,T是振动周期,则下列选项中正确的是( )
A. 若甲表示位移x,则丙表示相应的速度v
B. 若乙表示位移x,则丙表示相应的速度v
C. 若丙表示位移x,则甲表示相应的速度v
D. 若丁表示位移x,则甲表示相应的速度v
解析:把题给各物理量的变化与简谐运动的具体实例联系在一起。
正确答案:AD。
例3. 细长轻绳下端拴一小球构成单摆。在悬挂点正下方1/2摆长处有一个能挡住摆线的钉子A,如图所示。现将单摆向左方拉开一个小角度,然后无初速地释放。对于以后的运动,下列说法中正确的是( )
A. 摆球往返运动一次的周期比无钉子时的单摆周期小
B. 摆球在左、右两侧上升的最大高度一样
C. 摆球在平衡位置右侧的最大摆角是左侧的两倍
解析:
由能量守恒定律可知单摆在左右两侧上升的高度一样,所以答案B正确。