第十三章 机械振动及隔振

第十三章机械振动及隔振

基本要求：要求掌握机械振动的基本概念和回转机械的横向振动、扭转振动临界转速初步计算方法、熟悉机械的动力模型建立的基本方法和机械振动隔离技术。

§13－1 概述

一、机械中的振动问题

早期的机械原理中，把物体看作刚体，机械动力学问题相对比较简单。实际上，由于考虑构件具有弹性和机械中具有弹性元件(如弹簧等)，使在机械运转速度较高和对机械工作精度要求较高的场合下，必须考虑机械的弹性振动问题。近年来考虑构件有弹性的机械动力学研究已有迅速发展，如齿轮机构动力学、凸轮机构动力学、弹性连杆机构动力学和机械系统动力学等等。弹性构件机械动力学是研究机械振动特性的一个重要学科分文，它的基础是机械振动理论。

二、机械振动的类别

1．回转机械振动的种类

1）转轴的横向振动：转轴的弯曲所产生的振动，即垂直于轴线方向的振动。

2）转轴的扭转振动：转轴的扭转所产生的振动，亦即绕轴线的振动。

3）转轴的纵向振动：转轴沿轴线方向的振动，这类振动往往较少产生。

2．按机械振动系统的自由度分类

1）单自由度振动系统：确定系统在振动过程中任何瞬时的几何位置只需要一个独立坐标的振动。

2）多自由度振动系统：确定系统在振动过程中任何瞬时的几何位置需要多个独立参数。3．按产生机械振动的原因分类

1）自由振动：当系统的平衡被破坏，只靠其弹性恢复力来维持的振动。它的频率为系统的固有频率。自由振动按阻尼存在与否分为有阻尼自由振动和无阻尼自由振动。

2）受迫振动：在外界激振力的持续作用下，系统被迫产生的振动。它的频率为外界激振力的频率。

三、引起机械振动的原因

1．运转机械的不平衡

从运动特点，机械一般可分为回转式和非回转式。对于回转机械，如泵、电机的静、动平衡比较容易做到。对于非回转式机械，如内燃机、冲压机等的完全平衡是比较困难的。因此使机器运转时由于不平衡引起周期性于扰力，其引起的机械振动的频率常等于机械的转数或其倍数。

2．作用在机械上的外载荷的变化

作用在机械的某些构件上的外力或外转矩的不均匀会引起横向振动或扭转振动。

3．高副机构高副形状误差引起的

齿轮的齿形误差引起变化的动力，引起扭转振动。凸轮表面的误差也会引起附加动力变化、引起机构的振动。

4．机器周围的冲压设备引起的冲击力振动

由于冲压设备，如冲床、锻床产生的冲击力使机器引起振动。

四、机械振动的利与弊

1．机械振动的弊端

1）影响机器设备的工作性能、使用寿命、操作人员的正常工作。

2）造成机械结构的损坏，持别是处于共振条件下的机器，常常会造成机毁人亡的严重后果。

3）机械振动还会影响到所在的飞机、宇航器及舰船的寿命及其战斗技术性能，乃至影响到人员的健康和安全。

4）引起机械的噪声和引发建筑结构等的结构噪声，使整幢大楼、整个飞机和船舰不得安宁。

2．机械振动的利用

1）利用持续的振动可以设计出各种各样的机械设备，如振动筛、振动上料机、振动夯实机、振动试验台、振动式按摩机等。

2）利用机械振动和噪声信号进行机器运行状态的监测与诊断，为工矿企业设备现代化管理服务。

五、减小及控制振动的方法

1．减小扰动——减小或消除振动源的激励

包括改善机器内部平衡；修改或重新设计机器结构以减小振动；改进和提高制造质量：减小外载荷的变化幅值；对薄壁结构采取必要的阻尼措施等。

2．防止共振——防止或减小设备、结构对振动的响应

包括改变振动系统的固有频率；改变振动系统的扰动频率；装设辅助性的质量弹簧系统；增加阻尼以增加能量逸散降低共振振幅等。

3．采取隔振措施——减小或隔离振动的传递

（1）隔离振源－积极隔振

（2）隔离响应－消极隔振

这两类隔振的概念虽然不同，但实施的方法却是一样的，是通过在机器（或仪器设备）和机座间装设隔振器作为弹性支承来实现的。

§13－3 转轴的横向振动

一、单圆盘转轴的横向振动及其临界速度

二、多圆盘转轴的横向振动及其临界速度

§13－3 转轴的扭转振动

一、带有两圆盘转轴的扭转振动机器临界转速

二、带有三个圆盘的转轴的扭转振动及其临界转速

§13－4 机械系统振动模型建立的基本原则

一、实际机械的简化原则

对实际机械系统进行简化的主要内容和方法如下：

1．系统中各特性参数分布规律的简化

机械中每个构件的质量、刚度是离散的（连续分布的），为了计算可以把它们用集中质量和刚度来代替。

2．系统中各个特性参数的线性化

所谓线性化就是假定弹性力与位移成线性关系；阻尼力与速度成线性关系；惯性力与加速度成线性关系。线性化了的振动模型的数学方程式可以大大简化。

3．系统中质量和刚度的等效

为了使复杂的机械系统简化成简单的机械系统，可以应用动力等效的原理，将若干个质量（或转动惯量）等效成为一个等效质量（或等效转动质量）。当然此时的激振力也要等效成作用在等效质量上的激励。

4．忽略系统动态响应中次要的因素

在机械系统中阻尼较小时，如果只是求系统的固有频率或者远离共振区的强迫振动的振幅，那么可以忽略阻尼的作用，但是要求系统的共振振幅时，阻尼则是不能忽略的。又如，机械系统中产生不同方向的振动，则可以忽略那些振动微小或对解决问题影响很小的那些方向的振动(即使振动较大，但此方向刚性很大)。这样可以减少机械系统的振动自由度数，使计算大为简化。

二、质量、刚度和阻尼的等效

1．质量的等效

2．刚度的等效

3．线性粘性阻尼的等效

三、机械系统振动模型建立的举例

§13－5 机械系统的隔振和消振

一、单自由度的隔振系统

1．主动隔振

对于本身是振源的设备，为了减小它们对周围其它设备的影响，将它们与地基（或支承）隔离开来。这种将振源进行隔离，防止振动传递开去的隔振称为主动隔振。

2．被动隔振

对于需要隔振的设备，为了减小周围振源对它的影响，需要将它与整个地基（或支承）隔离开来。这种将设备进行隔离，防止周围振源传给设备的隔振称为被动隔振。

3．幅频响应曲线

4．隔振设计步骤

二、动力减振

动力减振方法是在防振设备上附加一个辅助系统以改变其振动状态，使防振设备的受迫振动被辅助系统所吸收，从而达到减振的目的。

1．弹簧式单质量惯性动力减振器

2．滚动式惯性动力减振器

2017届物理一轮复习教案：14.1 机械振动 pdf版含解析

专题十四　机械振动、机械波、光学、电磁波、相对论 (选修3－4) 考纲展示　命题探究

考点一　机械振 动 基础点 知识点1 简谐运动　单摆、单摆的周期公式1．简谐运动 (1)定义：物体在跟位移大小成正比并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动。(2)平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置。(3)回复力 ①定义：使物体返回到平衡位置的力。②方向：总是指向平衡位置。 ③来源：属于效果力，可以是某一个力，也可以是几个力的合力或某个力的分力。(4)简谐运动的特征 ①动力学特征：F 回＝－kx 。 ②运动学特征：x 、v 、a 均按正弦或余弦规律发生周期性变化(注意v 、a 的变化趋势相反)。 ③能量特征：系统的机械能守恒，振幅A 不变。2．描述简谐运动的物理量物理量定义 意义 位移 由平衡位置指向质点所在位置的有向 线段 描述质点振动中某时刻的位置相对于 平衡位置的位移振幅振动物体离开平衡位置的最大距离描述振动的强弱和能量 周期振动物体完成一次全振动所需时间频率振动物体单位时间内完成全振动的次数 描述振动的快慢，两者互为倒数： T ＝1f 相位 ωt ＋φ描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态 3.简谐运动的两种模型模型 弹簧振子 单摆 示意图 简谐运(1)弹簧质量可忽略(1)摆线为不可伸缩的轻细线

动条件(2)无摩擦等阻力(3)在弹簧弹性限度内 (2)无空气阻力(3)最大摆角很小 续表模型弹簧振子 单摆 回复力弹簧的弹力提供摆球重力沿圆弧切线方向的分力平衡位置弹簧处于原长处最低点 周期与振幅无关 T ＝2π l g 能量转化 弹性势能与动能的相互转化，机械能守恒 重力势能与动能的相互转化，机械能守恒 知识点2 简谐运动的公式和图象1． 简谐运动的表达式 (1)动力学表达式：F ＝－kx ，其中“－”表示回复力与位移的方向相反。 (2)运动学表达式：x ＝A sin(ωt ＋φ)，其中A 代表振幅，ω＝2πf 表示简谐运动的快慢，(ωt ＋φ)代表简谐运动的相位，φ叫做初相。 2．简谐运动的图象 (1)从平衡位置开始计时，函数表达式为x ＝A sin ωt ，图象如图甲所示。 (2)从最大位移处开始计时，函数表达式为x ＝A cos ωt ，图象如图乙所示。知识点3 受迫振动和共振1．三种振动形式的比较振动类型 比较项目 自由振动受迫振动 共振 受力情况仅受回复力 周期性驱动力作用 周期性驱动力作用振动周期或频率 由系统本身性质决定，即固有周期或固有频率 由驱动力的周期或频率决定，即T ＝T 驱或f ＝f 驱 T 驱＝T 0或f 驱＝f 0 振动能量 振动物体的机械能不变 由产生驱动力的物体提供 振动物体获得的能量最大 2．受迫振动中系统能量的变化：受迫振动系统机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换。 重难点

机械振动知识点

简谐运动及其图象 知识点一：弹簧振子 （一）弹簧振子 如图，把连在一起的弹簧和小球穿在水平杆上，弹簧左端固定在支架上，小球可以在杆上滑动。小球滑动时的摩擦力可以，弹簧的质量比小球的质量得多，也可忽略。这样就成了一个弹簧振子。 注意： （1）小球原来的位置就是平衡位置。小球在平衡位置附近所做的往复运动，是一种机械振动。 （2）小球的运动是平动，可以看作质点。 （3）弹簧振子是一个不考虑阻力，不考虑弹簧的，不考虑振子（金属小球）的的化的物理模型。 （二）弹簧振子的位移——时间图象 （1）振动物体的位移是指由位置指向_的有向线段，可以说某时刻的位移。 说明：振动物体的位移与运动学中位移的含义不同，振子的位移总是相对于位置而言的，即初位置是位置，末位置是振子所在的位置。 （2）振子位移的变化规律 曲线。 知识点二：简谐运动 （一）简谐运动 如果质点的位移与时间的关系遵从函数的规律，即它的振动图象（x-t图象）是一条正弦曲线，这样的振动，叫做简谐运动。 简谐运动是机械振动中最简单、最基本的振动。弹簧振子的运动就是简谐运动。 （二）描述简谐运动的物理量 （1）振幅（A） 振幅是指振动物体离开位置的距离，是表征振动强弱的物理量。 一定要将振幅跟位移相区别，在简谐运动的振动过程中，振幅是变的，而位移是时刻在变的。 （2）周期（T）和频率（f） 振动物体完成一次所需的时间称为周期，单位是秒（s）；单位时间内完成的次数称为频率，单位是赫兹（H Z）。 周期和频率都是描述振动快慢的物理量。周期越小，频率越大，表示振动得越快。 周期和频率的关系是：

（3）相位（φ） 相位是表示物体振动步调的物理量，用相位来描述简谐运动在一个全振动中所处的阶段。 （三）固有周期、固有频率 任何简谐运动都有共同的周期公式：2 T=m是振动物体的，k是回复力系数，对弹簧振子来说k为弹簧的系数。 对一个确定的简谐运动系统来说，m和k都是恒量，所以T和f也是恒量，也就是说简谐运动的周期只由本身的特性决定，与振幅关，只由振子质量和回复力系数决定。T叫系统的周期，f叫频率。 可以证明，竖直放置的弹簧振子的振动也是简谐运动，周期公式也是2 T=。这个结论可以直接使用。 （四）简谐运动的表达式 y=Asin（ωt+φ），其中A是，f ω==，φ是t=0时的相位，即初相位或初相。 T 知识点三：简谐运动的回复力和能量 （一）回复力：使振动物体回到平衡位置的力。 （1）回复力是以命名的力。性质上回复力可以是重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等，它可能是几个力的合力，也可能是某个力或某个力的分力。 如在水平方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧在伸长和压缩时产生的 力；在竖直方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧力和力的合力。 （2）回复力的作用是使振动物体回到平衡位置。回复力的方向总是“平衡位置”。 （3）回复力是是振动物体在方向上的合外力，但不一定是物体受到的合外力。 （二）对平衡位置的理解 （1）平衡位置是振动物体最终振动后振子所在的位置。 （2）平衡位置是回复力为的位置，但平衡位置是合力为零的位置。 （3）不同振动系统平衡位置不同。竖直方向的弹簧振子，平衡位置是其弹力 于重力的位置；水平匀强电场和重力场共同作用的单摆，平衡位置在电场力与重力的合力方向上。（三）简谐运动的动力学特征 F回＝，a回＝－kx/m，其中k为比例系数，对于弹簧振子来说，就等于弹簧的系数。负号表示回复力的方向与位移的方向。 也就是说简谐运动是在跟对平衡位置的位移大小成正比、方向总是指向平衡位置的力作用下的振动。 = 。当振子振动过程中，位移为x时，由胡克定律（弹簧不超出弹簧振子在平衡位置时F 回 = ，k为弹簧的劲度系数，所以弹弹性限度），考虑到回复力的方向跟位移的方向相反，有F 回 簧振子做简谐运动。 （四）简谐运动的能量特征 振动过程是一个动能和势能不断转化的过程，总的机械能。 振动物体总的机械能的大小与振幅有关，振幅越大，振动的能量越。 知识点四：简谐运动过程中各物理量大小、方向变化情况 （一）全振动 振动物体连续两次运动状态（位移和速度）完全相同所经历的的过程，即物体运动完成一次规律性变化。 （二）弹簧振子振动过程中各物理量大小、方向变化情况 过程：物体从A由静止释放，从A→O→B→O→，经历一次全振动， 图中O为平衡位置，A、B为最大位移处： 取OB方向为正：

2021高考物理教科版一轮习题：第十四章 微专题82 机械振动与机械波

1．(多选)(2019·陕西渭南市教学质检(二))波源S 在t ＝0时开始振动，其振动图像如图1所示，在波的传播方向上有P 、Q 两质点，它们到波源S 的距离分别为30 m 和48 m ，测得P 、Q 开始振动的时间间隔为3.0 s ．下列说法正确的是( ) 图1 A ．Q 质点开始振动的方向向上 B ．该波的波长为6 m C ．Q 质点的振动比波源S 滞后8.0 s D ．当Q 质点刚要振动时，P 质点正沿平衡位置向下振动 E ．Q 质点开始振动后，在9 s 内通过的路程是54 cm 2．(多选)(2019·江西南昌市第二次模拟)一列简谐横波，在t ＝0.6 s 时刻的图像如图2甲所示，此时，P 、Q 两质点的位移均为－1 cm ，波上A 质点的振动图像如图乙所示，则以下说法正确的是( ) 图2 A ．这列波沿x 轴正方向传播 B ．这列波的波速是503 m/s C ．从t ＝0.6 s 开始，紧接着的Δt ＝0.6 s 时间内，A 质点通过的路程是10 m D ．从t ＝0.6 s 开始，质点P 比质点Q 早0.4 s 回到平衡位置 E ．若该波在传播过程中遇到一个尺寸为10 m 的障碍物不能发生明显衍射现象 3．(多选)(2019·四川南充市第三次适应性考试)在某一均匀介质中由波源O 发出的简谐横波沿x 轴传播，某时刻的波形如图3所示，其波速为5 m/s ，则下列说法正确的是( )

A．此时P、Q两点运动方向相同 B．再经过0.5 s质点N刚好位于(－5 m,20 cm)位置 C．该波只有遇到2 m的障碍物才能发生明显衍射 D．波的频率与波源的振动频率无关 E．能与该波发生干涉的横波的频率一定为2.5 Hz 4．(多选)(2020·四川广元市统考)体育课上李辉同学一脚把足球踢到了足球场下面的池塘中间．王奇提出用石头激起水波让水浪把足球推到池边，他抛出一石块到水池中激起了一列水波，可是结果足球并没有被推到池边．大家一筹莫展，恰好物理老师来了，大家进行了关于波的讨论．物理老师把两片小树叶放在水面上，大家观察发现两片小树叶在做上下振动，当一片树叶在波峰时恰好另一片树叶在波谷，两树叶在1 min内都上下振动了36次，两树叶之间有2个波峰，他们测出两树叶间水面距离是4 m．则下列说法正确的是() A．该列水波的频率是36 Hz B．该列水波的波长是1.6 m C．该列水波的波速是0.96 m/s D．两片树叶的位移始终等大反向 E．足球不能到岸边的原因是水波的振幅太小 5．(多选)(2019·河南八市重点高中联盟第三次模拟)如图4所示，某均匀介质中各质点的平衡位置在x轴上，当t＝0时，波源x＝0处的质点S开始振动，t＝0.5 s时，刚好形成如图4所示波形，则() 图4 A．波源的起振方向向下 B．该波的波长为4 m C．该波的波速为6 m/s D．t＝1.5 s时，x＝4 m处的质点速度最大 E．t＝1.5 s时，x＝5 m处的质点加速度最大 6．(多选)(2019·福建泉州市5月第二次质检)一列沿x轴正方向传播的简谐横波，t＝0时，波刚好传播到M点，波形如图5实线所示，t＝0.3 s时，波刚好传播到N点，波形如图虚线所示．则以下说法正确的是()

机械振动基础试卷

机械振动基础试卷 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

振动分析与实验基础课程考试试卷 1 1. 设有两个刚度分别为21,k k 的线性弹簧如图1所示， 试证明：1）它们并联时的总刚度eq k 为： 2）它们串联时的总刚度eq k 为： (共计15分) 2. 弹簧下悬挂一物体，弹簧静伸长为δ，设将物体向下拉，使弹簧有静 伸长3δ，然后无初速度地释放，求此后的运动方程。 (共计15分) 3. 求如图2所示系统微幅扭振的周期。图中两个摩擦轮可分别绕水平轴1O ，2O 转动，它们相互啮合，不能相对滑动，在图示位置（半径1O A 与2O B 在同一水平线上），弹簧不受力。摩擦轮可以看做等厚均质圆盘， 质量分别为1m ,2m 。(共计15分) 4. 试证明：对数衰减率也可用下式表示 n n x x l n 01=δ （式中n x 是经过n 个循环后的振幅）。 并给出在阻尼比ξ为0.01，0.1，0.3时振幅减小到50%以下所需要的循环数。(共计15分) 5. 如图3所示的扭振系统，设, 221I I =12t t K K = 1).写出系统的刚度矩阵和质量矩阵。 2).写出系统的频率方程并求出固有频率和振型，画出振型图。 (共计15分) 6. 证明：对系统的任一位移{}x ，Rayleigh 商 满足221)(n x R ωω≤≤

这里[]K和[]M分别是系统的刚度矩阵和质量矩阵，1ω和nω分别是系统的最低和最高固有频率。(共计15分) 7. 求整流正弦波 T tπ A x(t) 2 sin =的均值，均方值和方差。(共计10分)

机械振动 知识点总结

机械振动 1、判断简谐振动的方法 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。特征是：F=-kx,a=-kx/m. 要判定一个物体的运动是简谐运动，首先要判定这个物体的运动是机械振动，即看这个物体是不是做的往复运动；看这个物体在运动过程中有没有平衡位置；看当物体离开平衡位置时，会不会受到指向平衡位置的回复力作用，物体在运动中受到的阻力是不是足够小。 然后再找出平衡位置并以平衡位置为原点建立坐标系，再让物体沿着x 轴的正方向偏离平衡位置，求出物体所受回复力的大小，若回复力为F=-kx,则该物体的运动是简谐运动。 2、简谐运动中各物理量的变化特点 简谐运动涉及到的物理量较多，但都与简谐运动物体相对平衡位置的位移x 存在直接或间接关系： 如果弄清了上述关系，就很容易判断各物理量的变化情况 3、简谐运动的对称性 简谐运动的对称性是指振子经过关于平衡位置对称的两位置时，振子的位移、回复力、加速度、动能、势能、速度、动量等均是等大的（位移、回复力、加速度的方向相反，速度动量的方向不确定）。运动时间也具有对称性，即在平衡位置对称两段位移间运动的时间相等。 理解好对称性这一点对解决有关问题很有帮助。 4、简谐运动的周期性 5、简谐运动图象 简谐运动图象能够反映简谐运动的运动规律，因此将简谐运动图象跟具体运动过程联系起来是讨论简谐运动的一种好方法。 6、受迫振动与共振 (1)、受迫振动：物体在周期性驱动力作用下的振动，其振动频率和固有频率无关，等于驱动力的频率；受迫振动是等幅振动，振动物体因克服摩擦或其它阻力做功而消耗振动能量刚好由周期性的驱动力做功给予补充，维持其做等幅振动。 位移x 回复力F=-Kx 加速度a=-Kx/m 位移x 势能E p =Kx 2/2 动能E k =E-Kx 2/2 速度m E V K 2

(完整版)浙江大学《机械振动基础》期末试卷

诚信考试沉着应考杜绝违纪 浙江大学2013–2014学年夏学期 《机械振动基础》课程期末考试试卷A卷 开课学院：化工系，考试形式：闭卷，允许带 1张A4纸的笔记入场 考试时间： 2014 年 7 月 2 日, 下午14:00~16:00 ，所需时间： 120 分钟 考生姓名： __学号：专业：过程装备与控制工程 . 注意事项： (1)、考试形式为闭卷，允许带1页A4纸大小的参考资料、计算器和尺子。不允许带 PPT课件打印稿、作业本、笔记本草稿纸等纸质材料，不允许带计算机、IPad等智能电子设备。 (2)、第一、二大题答题内容写在试卷上，第三大题答题内容写在试卷所附答题纸上。试题（三个大题，共100分）： 一、判断题(每题2分，共18分) 1.1 杆的纵向振动、弦的横向振动和轴的扭转振动虽然在运动表现形式上并不相同， 但它们的运动微分方程是同类的，都属于一维波动方程。() 1.2 稳态响应的振幅及相位只取决于系统本身的物理性质（m, k, c）和激振力的频率 及力幅，而与系统进入运动的方式（即初始条件）无关. () 1.3 在受到激励开始振动的初始阶段，振动系统的响应是暂态响应与稳态响应的叠 加。即使在零初始条件下，也有自由振动与受迫振动相伴发生。() 1.4 为减轻钢丝绳突然被卡住时引起的动张力，应适当减小升降系统的刚度。() 1.5 汽轮机等高速旋转机械在开、停机过程中经过某一转速附近时，支撑系统会发生 剧烈振动，此为转子系统的临界转速，即转子横向振动的固有频率。() 1.6 谐波分析法是将非周期激励通过傅立叶变换表示成了一系列频率为基频整数倍的 简谐激励的叠加，从而完成系统响应分析。 () 1.7阻尼自由振动的周期小于无阻尼自由振动的周期。 () 1.8叠加原理可用于线性和非线性振动系统。 () 1.9若将激振力 F(t) 看作一系列单元脉冲力的叠加，则线性振动系统对任意激振力的 响应等于激振力作用时间内各个单元脉冲响应的总和。 ()

(完整word版)机械振动和机械波知识点复习及练习

机械振动和机械波 一 机械振动知识要点 1． 机械振动：物体（质点）在平衡位置附近所作的往复运动叫机械振动，简称振动 条件：a 、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。b 、阻力足够小。 ? 回复力：效果力——在振动方向上的合力 ? 平衡位置：物体静止时，受（合）力为零的位置： 运动过程中，回复力为零的位置（非平衡状态） ? 描述振动的物理量 位移x （m ）——均以平衡位置为起点指向末位置 振幅A （m ）——振动物体离开平衡位置的最大距离（描述振动强弱） 周期T （s ）——完成一次全振动所用时间叫做周期（描述振动快慢） 全振动——物体先后两次运动状态（位移和速度）完全相同所经历的过程 频率f （Hz ）——1s 钟内完成全振动的次数叫做频率（描述振动快慢） 2． 简谐运动 ? 概念：回复力与位移大小成正比且方向相反的振动 ? 受力特征：kx F -= 运动性质为变加速运动 ? 从力和能量的角度分析x 、F 、a 、v 、E K 、E P 特点：运动过程中存在对称性 平衡位置处：速度最大、动能最大；位移最小、回复力最小、加速度最小 最大位移处：速度最小、动能最小；位移最大、回复力最大、加速度最大 ? v 、E K 同步变化；x 、F 、a 、E P 同步变化，同一位置只有v 可能不同 3． 简谐运动的图象（振动图象） ? 物理意义：反映了1个振动质点在各个时刻的位移随时间变化的规律 可直接读出振幅A ，周期T （频率f ） 可知任意时刻振动质点的位移（或反之） 可知任意时刻质点的振动方向（速度方向） 可知某段时间F 、a 等的变化 4． 简谐运动的表达式：)2sin( φπ +=t T A x 5． 单摆（理想模型）——在摆角很小时为简谐振动 ? 回复力：重力沿切线方向的分力 ? 周期公式：g l T π 2= （T 与A 、m 、θ无关——等时性） ? 测定重力加速度g,g=2 24T L π 等效摆长L=L 线+r 6． 阻尼振动、受迫振动、共振 阻尼振动（减幅振动）——振动中受阻力，能量减少，振幅逐渐减小的振动 受迫振动：物体在外界周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动。 特点：驱受f f = ? 共振：物体在受迫振动中，当驱动力的频率跟物体的固有频率相等的时候，受迫振动的振 幅最大，这种现象叫共振 ? 条件：固驱f f =（共振曲线） 【习题演练一】 1 一弹簧振子在一条直线上做简谐运动，第一次先后经过M 、N 两点时速度v （v ≠0）相同，那么，下列说法正确的是（ ） A. 振子在M 、N 两点受回复力相同 B. 振子在M 、N 两点对平衡位置的位移相同 C. 振子在M 、N 两点加速度大小相等 D. 从M 点到N 点，振子先做匀加速运动，后做匀减速运动 2 如图所示，一质点在平衡位置O 点两侧做简谐运动，在它从平衡位置O 出发向最大位移A 处运动过程中经0.15s 第一次通过M 点，再经0.1s 第2次通过M 点。则此后还要经多长时间第3次通过M 点，该质点振动的频率为 3 甲、乙两弹簧振子，振动图象如图所示，则可知（ ） A. 两弹簧振子完全相同 B. 两弹簧振子所受回复力最大值之比F 甲∶F 乙=2∶1

第十四章习题答案final

1、电子束入射固体样品表面会激发哪些信号？它们有哪些特点和用途？ 答：具有高能量的入射电子束与固体样品表面的原子核以及核外电子发生作用，产生下图所示的物理信号： ①背散射电子 背散射电子是指被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来的散射角大于90°的那些入射电子，其能量基本上没有变化。非弹性背散射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射而造成的，不仅能量变化，方向也发生变化。背散射电子来自样品表层几百纳米的深度范围。由于背散射电子的产额随原子序数的增加而增加，所以，利用背散射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，也可用来显示原子序数衬度，定性地进行成分分析。 ②二次电子 二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。二次电子来自表面50-500 ?的区域，能量为0-50 eV。它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。由于它发自试样表面层，入射电子还没有较多次散射，因此产生二次电子的面积与入射电子的照射面积没多大区别。所以二次电子的分辨率较高，一般可达到50-100 ?。扫描电子显微镜的分辨率通常就是二次电子分辨率。二次电子产额随原子序数的变化不明显，它主要决定于表面形貌。 ③吸收电子 入射电子进入样品后，经多次非弹性散射，能量损失殆尽（假定样品有足够厚度，没有透射电子产生），最后被样品吸收，此即为吸收电子。入射电子束射入一含有多元素的样品时，由于二次电子产额不受原子序数影响，则产生背散射电子较多的部位其吸收电子的数量就较少。因此，吸收电流像可以反映原子序数衬度，同样也可以用来进行定性的微区成分分析。 ④透射电子 如果样品厚度小于入射电子的有效穿透深度，那么就会有相当数量的入射电子能够穿过薄样品而成为透射电子。一般用它对薄样品进行成像和衍射分析。样品下方检测到的透射电子信号中，除了有能量与入射电子相当的弹性散射电子外，还有各种不同能量损失的非弹性散射电子。其中有些待征能量损失ΔE的非弹性散射电子和分析区域的成分有关，因此，可以用特征能量损失电子配合电子能量分析器来进行微区成分分析。 ⑤特性X射线 特征X射线是原子的内层电子受到激发以后，在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。发射的X射线波长具有特征值，波长和原子序数之间服从莫塞莱定律。因此，原子序数和特征能量之间是有对应关系的，利用这一对应关系可以进行成分分析。如果用X射线探测器测到了样品微区中存在某一特征波长，就可以判定该微区中存在的相应元素。 ⑥俄歇电子

第十一章 机械振动复习任务单

11《机械振动》章末复习学习任务单课题机械振动章末复习年级高二知识点来源人教版高中物理选修3-4第十一章《机械振动》 学习目标 1. 简谐运动．2.简谐运动的公式和图象3.受迫振动和共振 学习重难点1.简谐运动的规律2. 简谐运动图象的理解和应用3.单摆及其周期公式4.受迫振动和共振 【基础知识】 一、简谐运动 1.简谐运动 (1)定义：如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向，质点的运动就是简谐运动. (2)平衡位置：物体在振动过程中为零的位置. (3)回复力 ①定义：使物体返回到的力. ②方向：总是指向. ③来源：属于力，可以是某一个力，也可以是几个力的或某个力的. 2.简谐运动的两种模型 模型弹簧振子单摆 示意图 简谐运动条件①弹簧质量要忽略 ②无摩擦等阻力 ③在弹簧弹性限度内 ①摆线为不可伸缩的轻细线 ②无空气阻力等 ③最大摆角小于等于5° 回复力弹簧的弹力提供摆球重力沿与摆线垂直方向(即切向)的分力 平衡 位置 弹簧处于原长处最低点

周期与振幅无关T＝2π L g 能量 转化 弹性势能与动能的相互转化， 系统的机械能守恒 重力势能与动能的相互转化， 机械能守恒 自测1(多选)关于简谐运动的理解，下列说法中正确的是() A.简谐运动是匀变速运动 B.周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量 C.简谐运动的回复力可以是恒力 D.弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零、动能最大 E.单摆在任何情况下的运动都是简谐运动 二、简谐运动的公式和图象 1.表达式 (1)动力学表达式：F＝，其中“－”表示回复力与位移的方向相反. (2)运动学表达式：x＝，其中A代表振幅，ω＝2πf代表简谐运动的快慢，ωt ＋φ0代表简谐运动的相位，φ0叫做. 2.图象 (1)从开始计时，函数表达式为x＝A sin ωt，图象如图1甲所示. (2)从处开始计时，函数表达式为x＝A cos ωt，图象如图乙所示. 图1 自测2有一弹簧振子，振幅为0.8 cm，周期为0.5 s，初始时具有负方向的最大加速度，则它的振动方程是() A.x＝8×10－3sin ???? 4πt＋ π 2m B.x＝8×10－3sin ???? 4πt－ π 2m C.x＝8×10－1sin ???? πt＋ 3π 2m D.x＝8×10－1sin ???? π 4t＋ π 2m 三、受迫振动和共振 1.受迫振动

2019年高考物理一轮复习第十四章机械振动与机械波第1讲机械振动练习

配餐作业 机械振动 A 组·基础巩固题 1．如图所示是弹簧振子的振动图象，由此图象可得，该弹簧振子做简谐运动的公式是( ) A ．x ＝2sin ? ????2.5πt ＋π2 B ．x ＝2sin ? ????2.5πt －π2 C ．x ＝2sin ? ????2.5πt －π2 D ．x ＝2sin2.5πt 解析 由图象可知A ＝2 cm ，ω＝2πT ＝2π 0.8＝2.5π，φ＝0。所以x ＝2sin2.5πt ，D 项正确。 答案 D 2．(2017·北京)某弹簧振子沿x 轴的简谐运动图象如图所示，下列描述正确的是( ) A ．t ＝1 s 时，振子的速度为零，加速度为负的最大值 B ．t ＝2 s 时，振子的速度为负，加速度为正的最大值 C ．t ＝3 s 时，振子的速度为负的最大值，加速度为零 D ．t ＝4 s 时，振子的速度为正，加速度为负的最大值 解析 在t ＝1 s 和t ＝3 s 时，振子偏离平衡位置最远，速度为零，回复力最大，加速度最大，方向指向平衡位置，A 项正确，C 项错误；在t ＝2 s 和t ＝4 s 时，振子位于平衡位置，速度最大，回复力和加速度均为零，B 、D 项错误。 答案 A 3．(多选)物体A 做简谐运动的振动方程是x A ＝3sin100t (m)，物体B 做简谐运动的振动方程是x B ＝5sin100t (m)。比较A 、B 的运动，下列说法正确的是( )

A ．振幅是矢量，A 的振幅是6 m ， B 的振幅是10 m B ．周期是标量，A 、B 周期相等，都为100 s C ．A 振动的频率f A 等于B 振动的频率f B D ．A 、B 的周期都为6.28×10－2 s 解析 振幅是标量，A 、B 的振幅分别是3 m 、5 m ，A 项错；A 、B 的周期均为T ＝2π ω ＝ 2π100 s ＝6.28×10－2 s ，B 项错，C 、D 项对。 答案 CD 4．一个在y 方向上做简谐运动的物体，其振动图象如图甲所示。下列关于图乙(1)～(4)的判断正确的是(选项中v 、F 、a 分别表示物体的速度、受到的回复力和加速度)( ) A ．图(1)可作为该物体的v －t 图象 B ．图(2)可作为该物体的F －t 图象 C ．图(3)可作为该物体的F －t 图象 D ．图(4)可作为该物体的a －t 图象 解析 采用排除法，由y —t 图象知t ＝0时刻，物体通过平衡位置，速度沿y 轴正方向，此时速度达到最大值，加速度为0，故ABD 项错，C 项对。 答案 C 5．一个弹簧振子，第一次被压缩x 后释放做自由振动，周期为T 1，第二次被压缩2x 后释放做自由振动，周期为T 2，则两次振动周期之比T 1∶T 2为( ) A ．1∶1 B ．1∶2 C ．2∶1 D ．1∶4 解析 只要是自由振动，其振动的周期只由自身因素决定，对于弹簧振子而言，就是只由弹簧振子的质量m 和弹簧的劲度系数k 决定的，而与形变大小，也就是振幅无关。所以只要弹簧振子这个系统不变(m 、k 不变)，周期就不会改变，所以答案为A 项。 答案 A 6．(多选)如图所示，弹簧下端挂一质量为m 的物体，物体在竖直方向上做振幅为A 的

机械振动基础

第十三章 机械振动基础 一、目的要求 1、掌握建立各种类型单自由度系统振动（自由振动、阻尼振动、受迫振动）微分方程的方法及其解的表达式。理解恢复力、阻尼力和干扰力的概念。 2、对各种类型振动规律有清晰的理解，会计算有关的物理量。 深刻理解自由振动的固有频率（或周期）、振幅、初相位角的概念。会应用各种方法特别是能量法，求固有频率。 了解阻尼对自由振动的干扰、幅频曲线、共振和放大系数的概念。 3、懂得如何利用振动现象，以及消振和隔振的原理与方法。 二、基本内容 1．基本概念 单自由度系统的自由振动，计算固有频率的能量法；单自由度系统的有阻尼自由振动；单自由度系统的无阻尼受迫振动；单自由度系统的有阻尼强迫振动；转子的临界转速；隔振。 2．主要公式 （1）单自由度系统无阻尼自由振动微分方程 02=+x x n ω m k n /2 =ω 单自由度系统无阻尼自由振动微分方程的解 )sin(?ω+=t A x n 2202 n x x A ω + = 0 0x x tg n ω?= n ω是系统的固有（圆）频率，A 为自由振动的振幅，?为初相位。 n T ωπ 2= 是系统的自由振动的周期。 T f 1 = 是系统自由振动的频率。 能量法求单自由度系统无阻尼自由振动的固有频率 max max V T =（注意：计算最大势能max V 时，取系统的静平衡位置为势能零点。 ）

（2）单自由度系统有阻尼自由振动微分方程 022 =++x x n x n ω m c n = 2 其中式c 是系统的粘滞阻尼系数。 小阻尼情况下（n n ω<）单自由度系统有阻尼自由振动微分方程的解 )sin(d d nt t Ae x ?ω+=- 2 220020 )(n nx x x A n -++= ω ， 2 221ξωωω-=-=n n d n 002 2 0nx x n x tg n d +-= ω? n n ωξ2= 为系统的阻尼比。 有阻尼自由振动的周期 2 2 12n T n -= ωπ 减幅系数11 nT i i e A A == +η 对数减幅系数11 1ln ln ln nT e A A nT i i ====+ηδ （3）单自由系统无阻尼受迫振动的微分方程 t h x x n ωωsin 2 =+ m F h 0 = 0F 为激振力的力幅 单自由系统无阻尼受迫振动的微分方程的解 t h t A x n n ωωω?ωsin )sin(2 2-+ += 稳态解 t h x n ωωωsin 2 2-= 共振的条件 n ωω≈

选修3-4机械振动知识点汇总

高中物理机械振动知识点汇总 一. 教学内容： 第十一章机械振动 本章知识复习归纳 二. 重点、难点解析 （一）机械振动 物体（质点）在某一中心位置两侧所做的往复运动就叫做机械振动，物体能够围绕着平衡位置做往复运动，必然受到使它能够回到平衡位置的力即回复力。回复力是以效果命名的力，它可以是一个力或一个力的分力，也可以是几个力的合力。 产生振动的必要条件是：a、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。b、阻力足够小。 （二）简谐振动 1. 定义：物体在跟位移成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐振动。简谐振动是最简单，最基本的振动。研究简谐振动物体的位置，常常建立以中心位置（平衡位置）为原点的坐标系，把物体的位移定义为物体偏离开坐标原点的位移。因此简谐振动也可说是物体在跟位移大小成正比，方向跟位移相反的回复力作用下的振动，即F=－k x，其中“－”号表示力方向跟位移方向相反。 2. 简谐振动的条件：物体必须受到大小跟离开平衡位置的位移成正比，方向跟位移方向相反的回复力作用。 3. 简谐振动是一种机械运动，有关机械运动的概念和规律都适用，简谐振动的特点在于它是一种周期性运动，它的位移、回复力、速度、加速度以及动能和势能（重力势能和弹性势能）都随时间做周期性变化。 （三）描述振动的物理量，简谐振动是一种周期性运动，描述系统的整体的振动情况常引入下面几个物理量。 1. 振幅：振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，常用字母“A”表示，它是标量，为正值，振幅是表示振动强弱的物理量，振幅的大小表示了振动系统总机械能的大小，简谐振动在振动过程中，动能和势能相互转化而总机械能守恒。 2. 周期和频率，周期是振子完成一次全振动的时间，频率是一秒钟内振子完成全振动的次数。振动的周期T跟频率f之间是倒数关系，即T=1/f。振动的周期和频率都是描述振动快慢的物理量，简谐振动的周期和频率是由振动物体本身性质决定的，与振幅无关，所以又叫固有周期和固有频率。 （四）单摆：摆角小于5°的单摆是典型的简谐振动。 细线的一端固定在悬点，另一端拴一个小球，忽略线的伸缩和质量，球的直径远小于悬线长度的装置叫单摆。单摆做简谐振动的条件是：最大摆角小于5°，单摆的回复力F是重力在圆弧切线方向的分力。单摆的周期公式是 T=。由公式可知单摆做简谐振动的固有周期与振幅，摆球质量无关，只与L和g有关，其中L是摆长，是悬点到摆球球心的距离。g是单摆所在处的重力加速度，在有加速度的系统中（如悬挂在升降机中的单摆）其g应为等效加速度。 （五）振动图象。 简谐振动的图象是振子振动的位移随时间变化的函数图象。所建坐标系中横轴表示时间，纵轴表示位移。图象是正弦或余弦函数图象，它直观地反映出简谐振动的位移随时间作周期性变化的规律。要把质点的振动过程和振动图象联系起来，从图象可以得到振子在不同时刻或不同位置时位移、速度、加速度，回复力等的变化情况。 （六）阻尼振动、受迫振动、共振。 简谐振动是一种理想化的振动，当外界给系统一定能量以后，如将振子拉离开平衡位置，放开后，振子将一直振动下去，振子在做简谐振动的图象中，振幅是恒定的，表明系统机械能不变，实际的振动总是存在着阻力，振动能量

高考物理总复习 第十四章 01 第1讲 机械振动精练(含解析)

第1讲机械振动(实验:探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度) A组基础过关 1.一游客在千岛湖边欲乘坐游船,当日风浪较大,游船上下浮动。可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动,振幅为20cm,周期为3.0s。当船上升到最高点时,甲板刚好与码头地面平齐。地面与甲板间的高度差不超过10cm时,游客能舒服地登船。在一个周期内,游客能舒服登船的时间是( ) A.0.5s B.0.75s C.1.0s D.1.5s 答案 C 由于游船在竖直方向做简谐运动,振幅A为20cm,振动方程为y=Asinωt(从游船位于平衡位置时开始计时,ω=),由于地面与甲板间的高度差不超过10cm时,游客能舒服登船,代入数据可知,在一个振动周期内,临界时刻为t1=,t2=,所以在一个周期内能舒服登船的时间为Δt=t2-t1==1.0s,选项C正确。 2.如图所示的装置,弹簧振子的固有频率是4Hz。现匀速转动把手,给弹簧振子以周期性的驱动力,测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz,则把手转动的频率为( ) A.1Hz B.3Hz C.4Hz D.5Hz 答案 A 因把手每转动一周,驱动力完成一次周期性变化,把手转动频率即驱动力的频率。弹簧振子做受迫振动,而受迫振动的频率等于驱动力的频率,与振动系统的固有频率无关,故A正确。 3.如图所示,弹簧振子在M、N之间做简谐运动。以平衡位置O为原点,建立Ox轴。向右为x轴正方向。若振子位于N点时开始计时,则其振动图像为( )

答案 A 振子在N点时开始计时,其位移为正向最大,并按正弦规律变化,故选项A正确。 4.做简谐运动的单摆,其摆长不变,若摆球的质量增加为原来的倍,摆球经过平衡位置的速度减为原来的,则单摆振动的( ) A.周期不变,振幅不变 B.周期不变,振幅变小 C.周期改变,振幅不变 D.周期改变,振幅变大 答案 B 本题考查单摆。由单摆的周期公式T=2π可知,当摆长L不变时,周期不变,故C、D错误;由能量守恒定律可知mv2=mgh,其摆动的高度与质量无关,因平衡位置的速度减小,则最大高度减小,即振幅减小,选项B正确、A错误。 5.(多选)如图,房顶上固定一根长2.5m的细线沿竖直墙壁垂到窗沿下,细线下端系了一个小球(可视为质点)。打开窗子,让小球在垂直于窗子的竖直平面内小幅摆动,窗上沿到房顶的高度为1.6m,不计空气阻力,g取10m/s2,则小球从最左端运动到最右端的时间不可能为( ) A.0.2πs B.0.4πs C.0.6πs D.0.8πs E.1.2πs 答案ACD 小球开始摆动时的摆长为2.5m,碰到窗上沿后摆动的摆长为0.9m,现在小球以两个摆长各摆动了个周期,小球在右边运动周期的时间为t1=2πs=0.25πs,小球在左边运动周期的时间 t2=2πs=0.15πs,所以小球摆动的周期为0.8πs,故小球从最左端运动到最右端的可能时间为 0.8nπs+0.4πs(n=0,1,2,…),代入得B、E项可能,A、C、D项不可能。 6.(多选)如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线,则下列说法正确的是( )

机械振动基础试卷

一、 填空题 ( 本大题共5小题，每小题2分，共10分 ) 1、 简谐振动的三要素是 振幅 、 频率 和 初相位 。 2、 不论隔力还是隔幅，当频率比λ满足 λ> 3、 单自由度系统欠阻尼振动频率d ω，阻尼比ζ和固有频率n ω的关系为 d ωω= 4、 多自由度系统中加速度频响函数矩阵的元素()i j H ω表示的物理意义是指： 幅值是指 在系统的第j 个自由度上施加单位幅值正弦激励后系统第i 个自由度上的加速度稳态响应幅值；幅角是指上述加速度响应滞后（超前）激励的相位角 。 5、 直梁的自由端 剪力 和 弯矩 为零。 二、 判断题 ( 本大题共5小题，每小题2分，共10分 ) 1、 叠加原理适用于线性和非线性系统。（×） 2、 旋转机械中，不平衡质量会引起系统产生振动。（√） 3、 单自由度系统共振时系统呈阻尼特性。（√） 4、 瑞利阻尼是比例阻尼。（√） 5、 无限自由度系统的振动方程是一个常微分方程。（×） 三、 解答题 ( 本大题共4小题，共60分 ) 1、 图示系统中不计刚性杆的质量，试建立系统的振动 微分方程，并求系统的固有频率。（10分） 解：取广义坐标为θ，顺时针为正方向，取质量块m 进行受力分析 根据动量矩定理得： sin ,cos 1θθθ≈≈，化简得到系统运动微 对于微振动，分方程

系统固有频率为 2、 试推导单自由度欠阻尼振动系统的单位脉冲响应函数表达式。（10分） 解：受单位脉冲激励的单自由度欠阻尼系统运动方程为 初始条件(0)(0)0u u ==。 设脉冲力的作用时间区间是[0,0]+, 根据冲量定理：1(0)(0)mu mu +=- 所以1 (0)u m += ，因此初始条件变为1(0)0,(0)u u m + +==，所以 因此得到 式中d ωω= 3、 试证明多自由度无阻尼振动系统的固有振型关于质量矩阵和刚度矩阵都具有加权正交 性。（10分） 证明：对于多自由度无阻尼系统的固有振动，有2()0ω-=K M ?，对应第r 和s 阶模态有 等式两边分别乘以T s ?和T r ?得 式（1）两边转置得到 （3）-（2）得到22()0T r s r s ωω-=M ?? 对于单构系统，22,r s r s ωω≠≠，所以 将（4）代入（2）得到 即，多自由度无阻尼振动系统的固有振型关于质量矩阵和刚度矩阵都具有加权正交性。 4、 在图示振动系统中，已知：二物体的质量分别为 1m 和2m ，弹簧的刚度系数分别为1k 、2k 、3k 、4k 、5k ，物块的运动阻力不计。试求：（1）写出 系统的动力学方程；（2）假设12m m m ==， 12k k k ==，3451 3 k k k k ===，求出系统的固有频率和相应的振型；（3）假定系统存 在初始条件12(0)2(0)4u u ????=????????，12(0)6(0)2u u ???? =????????，在条件（2）下采用模态叠加法求系统的响应；（4）假定质量块1m 受到激励力为sin f t ω（ω≠系统固有频率），在条件（2）下求系统的稳态响应。（30分）

机械振动和机械波知识点总结

机械振动和机械波 一、知识结构 二、重点知识回顾 1机械振动 （一）机械振动 物体（质点）在某一中心位置两侧所做的往复运动就叫做机械振动，物体能够围绕着平衡位置做往复运动，必然受到使它能够回到平衡位置的力即回复力。回复力是以效果命名的力，它可以是一个力或一个力的分力，也可以是几个力的合力。 产生振动的必要条件是：a、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。b、阻力足够小。（二）简谐振动 1. 定义：物体在跟位移成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐振动。简谐振动是最简单，最基本的振动。研究简谐振动物体的位置，常常建立以中心位置（平衡位置）为原点的坐标系，把物体的位移定义为物体偏离开坐标原点的位移。因此简谐振动也可说是物体在跟位移大小成正比，方向跟位移相反的回复力作用下的振动，即F=－k x，其中

“－”号表示力方向跟位移方向相反。 2. 简谐振动的条件：物体必须受到大小跟离开平衡位置的位移成正比，方向跟位移方向相反的回复力作用。 3. 简谐振动是一种机械运动，有关机械运动的概念和规律都适用，简谐振动的特点在于它是一种周期性运动，它的位移、回复力、速度、加速度以及动能和势能（重力势能和弹性势能）都随时间做周期性变化。 （三）描述振动的物理量，简谐振动是一种周期性运动，描述系统的整体的振动情况常引入下面几个物理量。 1. 振幅：振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，常用字母“A”表示，它是标量，为正值，振幅是表示振动强弱的物理量，振幅的大小表示了振动系统总机械能的大小，简谐振动在振动过程中，动能和势能相互转化而总机械能守恒。 2. 周期和频率，周期是振子完成一次全振动的时间，频率是一秒钟内振子完成全振动的次数。振动的周期T跟频率f之间是倒数关系，即T=1/f。振动的周期和频率都是描述振动快慢的物理量，简谐振动的周期和频率是由振动物体本身性质决定的，与振幅无关，所以又叫固有周期和固有频率。 （四）单摆：摆角小于5°的单摆是典型的简谐振动。 细线的一端固定在悬点，另一端拴一个小球，忽略线的伸缩和质量，球的直径远小于悬线长度的装置叫单摆。单摆做简谐振动的条件是：最大摆角小于5°，单摆的回复力F是重力在圆弧切线方向的分力。单摆的周期公式是T=。由公式可知单摆做简谐振动的固有周期与振幅，摆球质量无关，只与L和g有关，其中L是摆长，是悬点到摆球球心的距离。g 是单摆所在处的重力加速度，在有加速度的系统中（如悬挂在升降机中的单摆）其g应为等效加速度。 （五）振动图象。 简谐振动的图象是振子振动的位移随时间变化的函数图象。所建坐标系中横轴表示时间，纵轴表示位移。图象是正弦或余弦函数图象，它直观地反映出简谐振动的位移随时间作周期性变化的规律。要把质点的振动过程和振动图象联系起来，从图象可以得到振子在不同时刻或不同位置时位移、速度、加速度，回复力等的变化情况。 （六）机械振动的应用——受迫振动和共振现象的分析

2018年机械振动和机械波专题复习

知识点一：振动图像（物理意义、质点振动方向）与波形图（物理意义、传播方向与振动方向），回复力、位移、速度、加速度等分析 1.悬挂在竖直方向上的弹簧振子,周期为2 s,从最低点的位置向上运动时开始计时,它的振动图像如图所示,由图 可知?( ) A.t=1.25 s 时振子的加速度为正,速度为正 B.t=1.7 s 时振子的加速度为负,速度为负 C.t=1.0 s 时振子的速度为零,加速度为负的最大值 D.t=1.5 s 时振子的速度为零,加速度为负的最大值 2.如图甲所示,一弹簧振子在A 、B 间做简谐运动,O 为平衡位置,如图乙是振子做简谐运动时的位移-时间图像,则 关于振子的加速度随时间的变化规律,下列四个图像(选项)中正确的是?( ) 3.如图甲所示，水平的光滑杆上有一弹簧振子，振子以O 点为平衡位置，在a 、 b 两点之间做简谐运动，其振动图象如图乙所示。由振动图象可以得知 A ．振子的振动周期等于t 1 B ．在t =0时刻，振子的位置在a 点 C ．在t =t 1时刻，振子的速度为零 D ．从t 1到t 2，振子正从O 点向b 点运动 4．一简谐机械波沿x 轴正方向传播，周期为T ，波长为λ。若在 振动图像如右图所示，则该波在t=T /2时刻的波形曲线为（ 5.一列横波沿x 轴正向传播，a 、b 、c 、d 为介质中沿波传播方向上四个质点的平衡位置。某时刻的波形如图1 所示，此后，若经过3/4周期开始计时，则图2描述的是 A.a 处质点的振动图象 B.b 处质点的振动图象 C.c 处质点的振动图象 D.d 处质点的振动图象 A y

6．如图所示，甲图为一列简谐横波在t=0.2s 时刻的波动图象，乙图为这列波上质点P 的振动图象，则该波 A ．沿x 轴负方传播，波速为0.8m/s B ．沿x 轴正方传播，波速为0.8m/s C ．沿x 轴负方传播，波速为5m/s D ．沿x 轴正方传播，波速为5m/s 7.如图所示是一列沿x 轴传播的简谐横波在某时刻的波形图。已知a 质点的运动状态总是滞后于b 质点0.5s ，质点b 和质点c 之间的距离是5cm 。下列说法中正确的是 A ．此列波沿x 轴正方向传播 B ．此列波的频率为2Hz C ．此列波的波长为10cm D ．此列波的传播速度为5cm/s 8.一列向右传播的简谐横波在某一时刻的波形如图所示，该时刻，两个质量相同的质点P 、Q 到平衡位置的距离相等。关于P 、Q 两个质点，以下说法正确的是（ ） A ．P 较Q 先回到平衡位置 B ．再经 4 1 周期，两个质点到平衡位置的距离相等 C ．两个质点在任意时刻的动量相同 D ．两个质点在任意时刻的加速度相同 9．在介质中有一沿水平方向传播的简谐横波。一质点由平衡位置竖直向上运动，经0.1 s 到达最大位移处．在 这段时间内波传播了0.5 m 。则这列波（ ） A ．周期是0.2 s B ．波长是0.5 m C ．波速是2 m/s D ．经1.6 s 传播了8 m 10.如图所示，两列简谐横波分别沿x 轴正方向和负方向传播，两波源分别位于x=-0.2m 和x=1.2m 处，两列波的速度大小均为v=0.4m/s ，两波源的振幅均为A=2cm 。图示为t=0时刻两列波的图象（传播方向如图所示），该时刻平衡位置位于x=0.2m 和x=0.8m 的P 、Q 两质点刚开始振动，质点M 的平衡位置处于x=0.5m 处。关于各质点运动情况的判断正确的是（ ） A. t=0时刻质点P 、Q 均沿y 轴正方向运动 B. t=1s 时刻，质点M 的位移为－4cm C. t=1s 时刻，质点M 的位移为＋4cm D. t=0.75s 时刻，质点P 、Q 都运动到x=0.5m x /10-1 m y /cm -2 2 4 6 8 10 12 v 2 -2 v P Q M /m t /s