第43讲机械振动简谐运动的基本概念

第43讲：机械振动

简谐运动的基本概念

内容：§ 14- 1,§ 14-2

1 .简谐运动

要求:

1 ?掌握描述简谐运动的特征量 一一振幅、周期、频率、相位的物理意义, 并能熟

练地确定振动系统的特征量，从而建立简谐运动方程；

2.

掌握描述简谐运动的旋转矢量方法与图示法的特点，

并会应用于简谐

运动规律的讨论与分析。

重点与难点：

1 ?简谐运动的动力学方程和运动学方程；

2 .振幅与初相位的确定；

作业:

（50分

钟）

2 ?描述简谐运动的物理量

问题习题预习P35: 1, 2,

P37: 2, 5,

§ 14-3,§

,7, 8

,8, 11

§ 14-4, § 14-5

第十四章机械振动

引言：

1什么是振动(Vibration)

振动是自然界和工程技术领域常见的一种运动，广泛存在于机械运动、电磁运动、热运动、原子运动等运动形式之中。从狭义上说，通常把具有时间周期性的运动称为振动。如钟摆、发声体、开动的机器、行驶中的交通工具都有机械振动。广义地说，任何一个物理量在某一数值附近作周期性的变化，都称为振动。变化的物理量称为振动量，它可以是力学量，电学量或其它物理量。例如：交流电压、电流的变化、无线电波电磁场的变化等等。

2. 什么是机械振动(Mecha nical Vibrati on)

机械振动是最直观的振动，它是物体在一定位置附近的来回往复的运动，如活塞的运动，钟摆的摆动等都是机械振动。

3. 研究机械振动的意义

不同类型的振动虽然有本质的区别，但是仅就振动过程而言，振动量随时间的

变化关系，往往遵循相同的数学规律，从而使得不同本质的振动具有相同的描

述方法。

振动是自然界及人类生产实践中经常发生的一种普遍运动形式，研究机械振动

的规律也是学习和研究其它形式的振动以及波动、无线电技术、波动光学的基

础。

4. 机械振动的特点

(1)有平衡点。

(2)且具有重复性，即具有周期性。

5. 机械振动的分类

(1)按振动规律分：简谐、非简谐、随机振动。

(2)按产生振动原因分：自由、受迫、自激、参变振动。

(3)按自由度分：单自由度系统、多自由度系统振动。

(4 )按振动位移分：角振动、线振动。

(5)按系统参数特征分：线性、非线性振动。

简谐振动是最基本的振动，存在于许多物理现象中。本章主要研究简谐振动的规律，也简单介绍阻尼振动、受迫振动、共振等。

本早内容有：

§ 14- 1简谐运动

§ 14-2简谐运动的振幅、周期(频率)与相位

§ 14-3旋转矢量

§ 14-4单摆与复摆

§ 14-5简谐运动的能量

§ 14—6简谐运动的合成

§ 14—7阻尼振动、受迫振动、共振

§14 — 1简谐运动

Simple Harm on ic Vibrati on

在一切振动中，最简单和最基本的振动称为简谐运动，其运动量按正弦函 数或余弦函数的规律随时间变化。任何复杂的运动都可以看成是若干简谐运动 的合成。本节以弹簧振子为例讨论简谐运动的特征及其运动规律。 一、简谐运动的基本概念：

1 ?弹簧振子：

轻质弹簧（质量不计）一端固定，

另一端系一质量为 m 的物体，置于光 肿 滑的水平面上。物体所受的阻力忽略 '

不计。设在 0点弹簧没有形变，此处 物体所受的合

力为零，称

0点为平衡

位置。系统一经触发，就绕平衡位置 作来回往复的周期性运动。这样的运 动系统叫做弹簧振子（harm on

ic Oscillator

2 ?弹簧振子运动的定性分析：

考虑物体的惯性和作用在物体上的弹性力: B T

O 弹性力向左，加速度向左，加速， O T C:弹性力向右，加速度向右，减速， C T O 弹性力向右，加速度向右，加速， O T B ：弹性力向左，

加速度向左，减速，

物体在B 、C 之间来回往复运动。

结论：物体作简谐运动的条件:

物体的惯性

一一阻止系统停留在平衡位置

作用在物体上的弹性力一一驱使系统回复到平衡位置

取平衡位置O 点为坐标原点，水平向右为X 轴

物体m （可视为质点）在坐标为x （即相对于O 点的

k/VvWW

IAW/W ——

尸

的方向相反，它是始终指向平衡位置的。离平衡位置越远，力越大；在平衡位 置力为零，物体由于惯性继续运动。这种始终指向平衡位置的力称为回复力。

2 ?动力学方程及其解

根据牛顿第二定律，

O 点，加速度为零，速度最大; C 点，加速度最大，速度为零; O 点，加速度为零，速度最大; B 点，加

速度最大，速度为零。

二、弹簧振子的动力学特征：

1 ?线性回复力

分析弹簧振子的受力情况。

的正方向。由胡克定律可知，

位移）的位置时所受弹簧的作用力 为 f=-kx

式中的比例系数 k 为弹簧的劲度 系数（Stiffness ）,它反映弹簧的固 有性质，负号表示力的方向与位移

）,它是一个理想化的模型。

f=ma

可得物体的加速度为

d 2x dt 2

这就是简谐运动的微分方程。 三、简谐运动的运动学特征：

1简谐振动的表达式（运动学方程）

简谐运动的微分方程的解具有正弦、余弦函数或指数形式。我们采用余弦 函数形式，即

x Acos （ t ）

这就是简谐运动的运动学方程，式中 A 和$是积分常数。

说明：

1）简谐运动不仅是周期性的， 而且是有界的,

它们的组合才具有这种性质，这里我们采用余弦函数。

2）考虑三角函数与复数的关系

e i

cos 复数表示简谐运动，其优点是运算比较简单。

物体在简谐运动时，其位移、速度、加速度都是周期性变化的。

简谐运动不仅是周期性的，而且是有界的 一一只有正弦函数、余弦函数或

它们的组合才具有这种性质一一采用余弦函数。

二、简谐运动的特点：

1 .从受力角度来看——动力学特征

合外力f=-kx 与物体相对于平衡位置的位移成正比，方向与位移的方向相 反，并且总是指向平衡位置的。此合外力又称为线形回复力或准弹性力。

2. 从加速度角度来看一一运动学特征

加速度a

2

x 与物体相对于平衡位置的位移成正比，方向与位移的方

向相反，并且总是指向平衡位置的。

对于给定的弹簧振子,

2

_

则上式可以改写为 a

m 和k 均为正值常量，令

2

x

亡+

2 1

dt 2

2

x = 0

只有正弦函数、余弦函数或

i sin ，则 x Ae

i （

七）。用

2 ?简谐振动物体的速度和加速度 将简

谐运动的运动学方程分别对 时间求一阶和二阶导数，可得简谐运 动的速度和加速度为

a

说明： dx dt d 2x dt 2

Asi n( t )

2

A cos( t )

加速

减速 减速 加速

............................................ 精品资料推

荐 ..........................................

3. 从位移角度来看：

位移x Acos( t )是时间的周期性函数。

说明：

1) 要证明一个物体是否作简谐运动，只要证明上面三个式子中的一个即可，且

由其中的一个可以推出另外两个；

2) 要证明一个物体是否作简谐运动最简单的方法就是受力方析，得到物体所受的合外力满足回复力的关系。

例题：一个轻质弹簧竖直悬挂，下端挂一质量为m的物体。今将物体向下拉一

段距离后再放开，证明物体将作简谐运动。

证明：取物体平衡位置为坐标原点，竖直向下为x轴的正方向，如

inufuu

图所示。物体在平衡位置时所受的合力为零，即

mg-kl=O (1)

其中mg为物体的重力，I为物体平衡时弹簧的伸长量。

在任一位置x处，物体所受的合力为

F=mg-k(x+l) (2)

比较⑴、(2)可得

F=-kx (3)

可见物体所受的合外力与位移成正比，而方向相反，所以该物体将

作简谐运动。

§14— 2简谐运动的振幅、周期和相位

Amplitude , Period and Frequency

， Phase of Simple harmonic Vibration

现在我们讨论简谐振动运动学方程 x=Acos( 31+ $中的A 、3、31+ $ $的

物理意义。它们分别是描述谐振动的特征量： 振幅、频率和周期、相位和初相。

振幅、周期和相位等都是描述简谐运动的物理量。

一、 振幅A(Amplitude)—反映振动幅度的大小

引入：在简谐运动的表达式中，因为余弦或正弦函数的绝对值不能大于 1,

所以物体的振动范围为 +A 与-A 之间。

定义：作简谐运动的物体离开平衡位置的最大位移的绝对值。 说明：(1)A 恒为正值，单位为米(m);

(2)振幅的大小与振动系统的能量有关，由系统的初始条件确定。

二、 周期T(Period)与频率(Frequency)—反映振动的快慢

1 .周期 Period

定义：物体作一次完全振动所需的时间，用

T 表示，单位为秒(s)。

x Acos( t ) Acos[ (t T) ]

考虑到余弦函数的周期性，有 T =2

厂十亠 2 因而有

T ——

2. 频率 Frequency

定义：单位时间内物体所作的完全振动的次数，用v 表示，单位为赫兹

(Hz)。

1

3. 圆频率 Angular Frequency

定义：物体在2n 秒时间内所作的完全振动的次数，用3表示，单位为弧度

(rad. s -1 或 s -1)。

2

说明:

1) 简谐运动的基本特性是它的周期性；

2) 周期、频率或圆频率均有振动系统本身的性质所决定，故称之为固有周期、 固有频率或

固有圆频率。

3)

对于弹簧振子， =J —, 丄 4 , T 2 J —。

V m 2 \m V k

4) 简谐运动的表达式可以表示为

、相位(Phase)—反映振动的状态

1.相位

质点在某一时刻的运动状态可以用该时刻的位置和速度来描述。对于作简

x Acos( t

)Acos(—t

T

)Acos(2 t

谐运动的物体来说，位置和速度分别为x=Acos( t+ )和v=- 3 Asin( t+ ),当振幅A和圆频率3给定时，物体在t时刻的位置和速度完全由t+来确定。即t+

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是确定简谐运动状态的物理量，称之为相位。

相位(wt+ 0)是决定谐振子运动状态的重要物理量 3 t+右和A, 3 —起

决定t时刻物体运动状态，即位移X,速度V,和加速度a.

在一次全振动中，谐振子有不同的运动状态，分别与0?2内的一个相位

2 ?初相位

在t=0时，相位为0称为初相位，简称初相，它是决定初始时刻物体运动状态的物理量。对于一个简谐运动来说，开始计时的时刻不同，初始状态就不同，与之对应的初相位就不同，即初相位与时间零点的选择有关。

结论：对于一个简谐运动，若A、3、$已知，就可以写出完整的运动方程，

即掌握了该运动的全部信息。因此，我们把A、3、$叫做描述简谐运动的三

个特征量。

3. 相位差：

定义：两个振动在同一时刻的相位之差或同一振动在不同时刻的相位之差。

对于同频率简谐运动、同时刻的相位差

x1A1 cos( t 1)

x2 A2COS( t 2)

相位差=(t 2)(t i) 2 1

即两个同频率的简谐运动在任意时刻的相位差是恒定的。且始终等于它们的初始相位差。说明：

1) 0 质点2的振动超前质点1的振动

0 质点2的振动落后质点1的振动

2) 2k ,k 0,1,2,...., 同相(步调相同)

(2k 1) ,k 0,1,2,...., 反相(步调相反)

小结：对于一个简谐运动，若振幅、周期和初相位已知，就可以写出完整的运动方程，即掌握了该运动的全部信息，因此我们把振幅、周期和初相位叫做描述简谐运动的三个特征量。

四、积分常数A和$的确定：

简谐运动运动学方程为x=Acos( t+ )

其中圆频率是由系统本身的性质确定的，积分常数A和$是求解简谐运动

的微分方程是引入的，其值有初始条件(即在t=0时物体的位移与速度)来确

定。将t=0代入位移和速度的公式，即得物体在初始时刻的位移X0和初速度V0：x0 A cos V0 A sin

由此可解得

.................................... 精品资料推 荐

心x0

2

V 。 +

—

tg

V 0 X 0

说明

1) 「般来说 $的取值在一n 和n （或0和2n ）之间;

2）在应用上面的式子求 $时，一般来说有两个值，还要有初始条件来判断应 该取哪个值；

部分求$

例1 :一弹簧振子系统，弹簧的劲度系数为

k=0.72N/m ，物体的质量为 m=20g 。

今将物体从平衡位置沿桌面向右拉长到 0.04m 处释放。求振动方程。

解：要确定弹簧振子系统的振动方程，只要确定

A 、3和$即可。

由题可知，k=0.72N/m , m=20g=0.02kg , x °=0.04m , V 0= 0,

代入公式可得

k

0.72

6rad s

m

0.02

2 I

Q

2

A

Xo V0

2 0.042 2 0.04m

\ \ 6

又因为X 0为正，初速度V 0= 0，可得 0 因而简谐运动的方程为：

x 0.04cos （6t ）

（m ）

例2.已知某质点作简谐运动， 振动曲线如图所示, 试根据图中数据写出振动表达式。

解：设振动表达式为

由（1 ）可得

当t=1s 时， 4，由（2）可知sin ° ,所以只能取

捲 2 cos

0 4 (3) V !

2 sin

4

(4)

由（3）可得 一

，由（4） sin

0 ,取 4

2

4

3

可得 —

4

所以振动方程为

c /3 x 2 cos(

t

) (

m )

4

4

，因而

4 2

I 2

3）常用方法：由A = x 0

Vo

求A ，然后由

X V o

A cos A sin

两者的共同

x

2 cos

2

(1) V 2 sin

(2)

x Acos （ t ）

由图可见：A=2m ，当t=0时，有

简谐运动的动力学条件和周期公式的推导

简谐运动的动力学条件和周期公式的推导 [摘要]：本文从简谐运动的概念出发， 用数学知识，推理出了简谐运动的动力学条件及弹簧振子的周期公式、单摆做小角度摆动的周期。从逻辑上对机械振动一章的知识有了一 个整体的认识。 [关键词]：简谐运动，动力学条件，周期公式，弹簧振子，单摆 [正文] 课程标准实验教科书《物理》3—4第十一章从运动学的角度对简谐运动进行了定义，恰好从数学课上学生也学到了关于导数的知识。这就为构造简谐运动的逻辑提供了条件，通过这样的一个逻辑构造，可以让学生体会数学在物理学中的应用。同时，也可以让学生充分体会物理学逻辑上的统一美。激发学生学习物理，从理论上探究物理问题的兴趣和决心。 如果质点的位移与时间的关系遵从正弦的规律，即它的振动图象（ x —t 图象）是一条正弦，这样的运动叫做简谐运动。 由定义可知，质点的位移时间关系为t A x sin ………………（1）对时间求导数可得速度随时间变化的规律：t A dt dx v cos ………………（2）再次对埋单求导数可得加速度随时间变化的规律：t A dt dv a sin 2 (3) 由牛顿第二定律可知，质点受到的合力为： ma F ………………（4）由（3）（4）可知： t mA F sin 2 (5) 将（1）式代入（5）式可得： x m F 2..................（6）上式中，m 和都是常数，从而可以写成下面的形式kx F (7) 其中2m k ，至此得到了质点做简谐运动的动力学条件：质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置。 对于的弹簧振子来说，（7）式中的k 表示弹簧的劲度系数，对比（6）式可知k m 2，

完整版机械振动和机械波测试题

简谐运动，关于振子下列说法正确的是（ A. 在a 点时加速度最大，速度最大 B ?在0点时速度最大，位移最大 C ?在b 点时位移最大，回复力最大 D.在b 点时回复力最大，速度最大 5. 一质点在水平方向上做简谐运动。如图，是该质点在0 的振动图象，下列叙述中正确的是（ ） A. 再过1s ，该质点的位移为正的最大值 B ?再过2s ，该质点的瞬时速度为零 C. 再过3s ，该质点的加速度方向竖直向上 D. 再过4s ，该质点加速度最大 6. 一质点做简谐运动时，其振动图象如图。由图可知，在 时刻，质点运动的（ ） A.位移相同 B .回复力大小相同 C.速度相同 D .加速度相同 7. 一质点做简谐运动，其离开平衡位置的位移 与时间 如图所示，由图可知（ ） A.质点振动的频率为4 Hz B .质点振动的振幅为2cm C. 在t=3s 时刻，质点的速率最大 D. 在t=4s 时刻，质点所受的合力为零 8. 如图所示，为一列沿x 轴正方向传播的机械波在某一时刻的图像, 这列波的振幅A 、波长入和x=l 米处质点的速度方向分别为：（ 高二物理选修3-4《机械振动、机械波》试题 一、选择题 1. 关于机械振动和机械波下列叙述正确的是：（ ） A .有机械振动必有机械波 B .有机械波必有机械振动 C .在波的传播中，振动质点并不随波的传播发生迁移 D .在波的传播中，如振源停止振动，波的传播并不会立即停止 2. 关于单摆下面说法正确的是（ ） A. 摆球运动的回复力总是由摆线的拉力和重力的合力提供的 B. 摆球运动过程中经过同一点的速度是不变的 C. 摆球运动过程中加速度方向始终指向平衡位置 D. 摆球经过平衡位置时加速度不为零 3. 两个质量相同的弹簧振子，甲的固有频率是 3f .乙的固有频率是4f ,若它们 均在频率为5f 的驱动力作用下做受迫振动.则（ ） A 、振子甲的振幅较大，振动频率为3f B 、振子乙的振幅较大.振动频率为4f C 、振子甲的振幅较大，振动频率为5f D 、振子乙的振幅较大.振动频率为5f 班级: 姓名: 成绩: 4. 如图所示，水平方向上有一弹簧振子, 0点是其平衡位置，振子在a 和b 之间做 t 的关系 )

专题六---机械振动和机械波

专题六 机械振动和机械波 【考点梳理】 1.简谐运动的三个特征 简谐运动物体的受力特征：F=kx m ；简谐运动的能量特征：机械能转化及守恒；简谐运动的运动特征：变加速运动。 2.单摆的振动规律 单摆的摆角越小，其运动越接近简谐运动。单摆回复力是重力沿切线方向的分力，而不是重力和绳子张力的合力。 3.阻尼振动与无阻尼振动 阻尼振动和无阻尼振动的区别只在于表面现象，即振幅是否衰减。但无阻尼振动不能单一理解成无阻力自由振动，例如：当策动力补充能量与克服阻力消耗能量相等时，此时的受迫振动尽管有阻力作用，但由于能量不变，振幅不变，所以仍为无阻尼振动。 4.几个辩析 ①机械振动能量只取决于振幅，与周期和频率无关； ②机械波的传播速度只与介质有关，与周期和频率无关；波由一介质进入另一介质，只改变波速和波长，不改频率； ③波干涉中振动加强的点比振动减弱的点振幅大，但每一时刻的位移并不一定大，即振动加强的点也有即时位移为零的时候；波的干涉图像中除加强和减弱点外，还有振动介于二者之间的质点。同时波的干涉是有前提条件的。 5.波动问题的周期性和多解性 波动过程具有时间和空间的周期性。 第一：介质在传播振动的过程中，介质中每一个质点相对于平衡位置的位移随时间作周期性变化，这体现了时间的周期性。 第二：介质中沿波传播方向上各个质点的空间分布具有空间周期性。如相距波长整数倍的两个质点振动状态相同，即它们在任一时刻的位移、速度及相关量均相同；相距半波长奇数倍的两个质点振动状态相反，即它们在任一时刻的位移、速度及相关量均相反。 双向性与重复性是波的两个基本特征。波的这两个特征决定了波问题通常具有多解性。为了准确地表达波的多解性，通常选写出含有“n”或“k ”的通式，再结合某些限制条件，得出所需要的特解，这样可有效地防止漏解。 【热身训练】 1． 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 在两摆线所在平面内向左拉开一小角度后释放，碰撞后，两摆球分开各自做简谐运动。以A m 、B m 分别表示摆球A 、B 的质量，则（ ）

简谐运动周期公式的推导

简谐运动周期公式的推导 【摘要】：本文通过简谐运动与圆周运动的联系，用圆周运动的周期公式推导出了简谐运动周期公式。 【关键辞】：简谐运动、周期、匀速圆周运动、周期公式 【正文】： 考虑弹簧振子在平衡位置附近的简谐运动，如图2所示。它的运动及受力情况和图3所示的情况非常相似。在图3中，O 点是弹性绳（在这里我们设弹性绳的弹力是符合胡克定律的）的原长位置，此点正好位于光滑水平面上。把它在O 点的这一端系上一个小球，然后拉至A 位置由静止放手，小球就会在弹性绳的作用下在水平面上的A 、A ’间作简谐运动。如果我们不是由静止释放小球，而是给小球一个垂直于绳的恰当的初速度，使得小球恰好能在水平面内以O 点为圆心，以OA 长度为半径做匀速圆周运动。那么它在OA 方向的投影运动（即此方向的分运动）与图3中的简谐运动完全相同。证明如下： 首先，两个运动的初初速度均为零（图4中在OA 方向上的分速度为零）。 其次，在对应位置上的受力情况相同。 由上面的两个条件可知这两个运动是完全相同的。 在图4中小球绕O 点转一圈，对应的投影运动（简谐运动）恰好完成一个周期，这两个时间是相等的。因此我们可以通过求圆周运动周期的方法来求简谐运动的周期。 如图5作出图4的俯视图，并建以O 为坐标原点、OA 方向为x 轴正方向建直角坐标图2 图3 图4

系。 则由匀速圆周运动的周期公式可知： ωπ 2=T (1) 其中ω是匀速圆周运动的角速度。 小球圆周运动的向心力由弹性绳的弹力来提供，由牛顿第二定律可知： r m kr 2ω= (2) 式中的r 是小球圆周运动的半径，也是弹性绳的形变量；k 是弹性绳的劲度系数。 由（1）（2）式可得： k m T π 2= 二零一一年三月九日 图5

(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

机械振动与机械波答案

衡水学院 理工科专业《大学物理 B 》机械振动 机械波 习题解答 命题教师：杜晶晶 试题审核人：杜鹏 一、 填空题(每空2分) 1、 一质点在x 轴上作简谐振动，振幅 A = 4cm ,周期T = 2s ,其平衡位置取坐标原点。若 t = 0时质点第一次通过 x =— 2cm 处且向 2 x 轴负方向运动，则质点第二次通过 x =— 2cm 处的时刻为一 S 。 3 2、 一质点沿x 轴作简谐振动，振动范围的中心点为 x 轴的原点，已知周期为 T ,振幅为A 。 (a )若t=0时质点过x=0处且朝x 轴正方向运动，则振动方程为 x Acos(2 t/T /2)。 (b )若t=0时质点过x=A/2处且朝x 轴负方向运动，则振动方程为 x Acos(2 t/T /3)。 3、 频率为100Hz ,传播速度为300m/s 的平面简谐波，波线上两点振动的相位差为 n /3则此两点相距 0.5 m 。。 4、 一横波的波动方程是 y 0.02sin2 (100t 0.4x)(SI)，则振幅是 0.02m ，波长是 2.5m ，频率是 100 Hz 。 5、产生机械波的条件是有 波源 __________ 和 _____________ 。 二、 单项选择题(每小题2分) (C ) 1、一质点作简谐振动的周期是 T,当由平衡位置向x 轴正方向运动时，从1/2最大位移处运动到最大位移处的这段路程所需的时间 为( ) (A ) T/12 (B ) T/8 (C ) T/6 (D ) T/4 (B ) 2、两个同周期简谐振动曲线如图 1所示，振动曲线 1的相位比振动曲线 2的相位( ) (A )落后 (B )超前 (C )落后 2 2 (D )超前 (C ) 3、机械波的表达式是 y 0.05cos(6 t 0.06 x)，式中y 和x 的单位是m , t 的单位是

简谐运动周期公式的推导

简谐运动周期公式的推导 考虑弹簧振子在平衡位置附近的简谐运动，如图2所示。它的运动及受力情况和图3所示的情况非常相似。在图3中，O 点是弹性绳（在这里我们设弹性绳的弹力是符合胡克定律的）的原长位置，此点正好位于光滑水平面上。把它在O 点的这一端系上一个小球，然后拉至A 位置由静止放手，小球就会在弹性绳的作用下在水平面上的A 、A ’间作简谐运动。如果我们不是由静止释放小球，而是给小球一个垂直于绳的恰当的初速度，使得小球恰好能在水平面内以O 点为圆心，以OA 长度为半径做匀速圆周运动。那么它在OA 方向的投影运动（即此方向的分运动）与图3中的简谐运动完全相同。证明如下： 首先，两个运动的初初速度均为零（图4中在OA 方向上的分速度为零）。 其次，在对应位置上的受力情况相同。 由上面的两个条件可知这两个运动是完全相同的。 在图4中小球绕O 点转一圈，对应的投影运动（简谐运动）恰好完成一个周期，这两个时间是相等的。因此我们可以通过求圆周运动周期的方法来求简谐运动的周期。 如图5作出图4的俯视图，并建以O 为坐标原点、OA 方向为x 轴正方向建直角坐标 系。 图2 图 3 图4

则由匀速圆周运动的周期公式可知： ωπ 2=T (1) 其中ω是匀速圆周运动的角速度。 小球圆周运动的向心力由弹性绳的弹力来提供，由牛顿第二定律可知： r m kr 2ω= (2) 式中的r 是小球圆周运动的半径，也是弹性绳的形变量；k 是弹性绳的劲度系数。 由（1）（2）式可得： k m T π 2= （注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注） 图5

机械振动与机械波 答案

衡水学院 理工科专业《大学物理B 》机械振动 机械波 习题解答 命题教师：杜晶晶 试题审核人：杜鹏 一、填空题（每空2分） 1、一质点在x 轴上作简谐振动，振幅A ＝4cm ，周期T ＝2s ，其平衡位置取坐标原点。若t ＝0时质点第一次通过x ＝－2cm 处且向x 轴负方向运动，则质点第二次通过x ＝－2cm 处的时刻为23 s 。 2、一质点沿x 轴作简谐振动，振动范围的中心点为x 轴的原点，已知周期为T ，振幅为A 。 （a ）若t=0时质点过x=0处且朝x 轴正方向运动，则振动方程为cos(2//2)x A t T ππ=-。 （b ）若t=0时质点过x=A/2处且朝x 轴负方向运动，则振动方程为cos(2//3)x A t T ππ=+。 3、频率为100Hz ，传播速度为300m/s 的平面简谐波，波线上两点振动的相位差为π/3，则此两点相距 0.5 m 。。 4、一横波的波动方程是))(4.0100(2sin 02.0SI x t y -=π，则振幅是 0.02m ，波长是 2.5m ，频率是 100 Hz 。 5、产生机械波的条件是有 波源 和 连续的介质 。 二、单项选择题（每小题2分） （C ）1、一质点作简谐振动的周期是T ,当由平衡位置向x 轴正方向运动时，从1/2最大位移处运动到最大位移处的这段路程所需的时间 为（ ） （A ）T /12 （B ）T /8 （C ）T /6 （D ） T /4 （ B ）2、两个同周期简谐振动曲线如图1所示，振动曲线1的相位比振动曲线2的相位（ ） 图1 （A ）落后2π （B ）超前2 π （C ）落后π （D ）超前π （ C ）3、机械波的表达式是0.05cos(60.06)y t x ππ=+，式中y 和x 的单位是m ，t 的单位是s ，则（ ） （A ）波长为5m （B ）波速为10m ?s -1 （C ）周期为13s （D ）波沿x 正方向传播 （ D ）4、如图2所示，两列波长为λ的相干波在p 点相遇。波在S 1点的振动初相是1?，点S 1到点p 的距离是r 1。波在S 2点的振动初相是2?，点S 2到点p 的距离是r 2。以k 代表零或正、负整数，则点p 是干涉极大的条件为（ ） （A ）21r r k π-= （B ）212k ??π-= （C ）()21212/2r r k ??πλπ-+-= 图2

机械振动机械波试题(附答案全解)

专题十九、机械振动机械波 1.如图，t=0时刻，波源在坐标原点从平衡位置沿y轴正方向开始振动，振动周期为0.4s，在同一均匀介质中形成沿x轴正、负两方向传播的简谐横波。下图中能够正确表示t=0.6时波形的图是 答案：C 解析：波源振动在同一均匀介质中形成沿x轴正、负两方向传播的简谐横波。t=0.6时沿x轴正、负两方向各传播1.5个波长，能够正确表示t=0.6时波形的图是C。2．做简谐振动的物体，当它每次经过同一位置时，可能不同的物理量是 (A)位移(B)速度(C)加速度(D)回复力 答案：B 解析：做简谐振动的物体，当它每次经过同一位置时，位移相同，加速度相同，位移相同，可能不同的物理量是速度，选项B正确。 3．一列横波沿水平绳传播，绳的一端在t＝0时开始做周期为T的简谐运动，经过时间t(3 4 T ＜t＜T)，绳上某点位于平衡位置上方的最大位移处。则在2t时，该点位于平衡位置的 (A)上方，且向上运动(B)上方，且向下运动 (C)下方，且向上运动(D)下方，且向下运动 答案：B 解析：由于再经过T时间，该点才能位于平衡位置上方的最大位移处，所以在2t时，该点位于平衡位置的上方，且向上运动，选项B正确。 4．在学校运动场上50 m直跑道的两端，分别安装了由同一信号发生器带动的两个相同的扬声器。两个扬声器连续发出波长为5 m的声波。一同学从该跑道的中点出发，向某一端点缓慢行进10 m。在此过程中，他听到扬声器声音由强变弱的次数为（）A．2 B．4 C．6 D．8 答案：B 解析：向某一端点每缓慢行进2.5m，他距离两波源的路程差为5m，听到扬声器声音强，缓慢行进10 m，他听到扬声器声音由强变弱的次数为4次，选项B正确。 5. 如图，a. b, c. d是均匀媒质中x轴上的四个质点.相邻两点的间距依次为2m、4m和6m 一列简谐横波以2m/s的波速沿x轴正向传播，在t=0时刻到达质点a处，质点a由平衡位置开始竖直向下运动，t=3s时a第一次到达最高点。下列说法正确的是 (填正确答

机械振动和机械波知识点总结教学教材

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 （1）物体在周期性的外力（策动力）作用下的振动叫做受迫振动，受迫振动的频率在振动稳定后总是等于外界策动力的频率，与物体的固有频率无关。 （2）在受迫振动中，策动力的频率与物体的固有频率相等时，振幅最大，这种现象叫共振，声音的共振现象叫做共鸣。 2机械波中的应用问题 1. 理解机械波的形成及其概念。 （1）机械波产生的必要条件是：<1>有振动的波源；<2>有传播振动的媒质。 （2）机械波的特点：后一质点重复前一质点的运动，各质点的周期、频率及起振方向都与波源相同。 （3）机械波运动的特点：机械波是一种运动形式的传播，振动的能量被传递，但参与振动的质点仍在原平衡位置附近振动并没有随波迁移。 （4）描述机械波的物理量关系：v T f ==? λ λ 注：各质点的振动与波源相同，波的频率和周期就是振源的频率和周期，与传播波的介质无关，波速取决于质点被带动的“难易”，由媒质的性质决定。 2. 会用图像法分析机械振动和机械波。 振动图像，例：波的图像，例： 振动图像与波的图像的区别横坐标表示质点的振动时间横坐标表示介质中各质点的平衡位置 表征单个质点振动的位移随时间变 化的规律 表征大量质点在同一时刻相对于平衡位 置的位移 相邻的两个振动状态始终相同的质 点间的距离表示振动质点的振动周 期。例：T s =4 相邻的两个振动始终同向的质点间的距 离表示波长。例：λ=8m

简谐周期的求解

简谐周期的求解 广东仲元中学 刘雁 一、数学规律 已知函数x 随变量t 的变化规律为 0cos()x A t ωφ=+ 其中A 、ω和0?为常量。 对上述函数求导，可得： 0sin()x A t ωωφ'=-+ 再求导，可得： 20cos()x A t ωωφ''=-+ 即：2 0x x ω''+= 由此可知，方程20x x ω''+=的解为：0cos()x A t ωφ=+ 其中A 、ω和0?的值可由初始条件求得。 其周期为： 2T πω= 二、简谐周期的求解 1、质点所受各力的合力F 与质点的位移x 的关系为F kx =-(其中k 为正常量)，质点的质量为m 。求质点运动的周期。 解：由牛顿第二定律知： F ma mx ''== 所以： mx kx ''=- 即： 0k x x m ''+ = 令2k m ω=，即ω= max 0cos()x x t ω?=+ 所以： 22T πω= =

说明：如果力与位移的关系是F kx b =-+，我们可以通过改变位移参考点的位置使力与位移大小成正比。所以，若质点所受各力的合力F 与质点的位移x 的关系为F kx b =-+ (其中k 和b 为常量，且0k >)，质点的质量为m 。则质点的运动周期为2T =。 2、已知刚体对转动轴的转动惯量为I ，若刚体所受各力对转动轴的合力矩M 与角位移θ的关系满足M k θ=-(k 为正常量，M 与θ的正方向关系满足右手螺旋规律)，求其周期的表达式。 解：由刚体运动定律知：M I I βθ''== 所以： I k θθ''=- 即： 0k I θθ''+= 令2k I ω= ，即ω= max 0cos()t θθω?=+ 所以：22T πω= = 3、已知LC 振荡回路中线圈的自感系数为L ，电容器的电容为C 。求LC 振荡周期。 解：由回路电压规律得：q Li C '-= 即：q Lq C ''-= 10q q LC ''+ = 令21LC ω= ，即ω= max 0cos()q q t ω?=+ 所以：22T πω= = L C

机械振动与机械波相结合的综合应用(教案)

机械振动与机械波相结合的综合应用 【教学目标】 1、通过对比简谐运动与简谐波，掌握简谐运动与简谐波的特征及描述方法。 2、知道简谐运动与简谐波相结合的综合题的题型，掌握解决此类问题的基本方法。【教学过程】 一、核心知识 1、研究对象：简谐运动、简谐波 2、简谐运动与简谐波的对比 学生活动：学生先讨论课前独立填写的学案中的下表中红色内容（2分钟），然后 学生活动：①学生先小组讨论学案上按要求完成的内容（每一类问题2分钟），然后展示要难点问题，提请全班讨论解决。②第三类题型讨论完后，总结合归纳解题基本方法。 老师活动：①老师对重点突破共同难点问题，突破方法是通过提前预设的PPT进行分析。②对学生归纳的解题方法进行提炼和深化。③强调解题规范。 1、已知波的传播和波上质点振动的部分信息，分析问题 【例1】（2016年全国Ⅲ卷，34（1））（5分）由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播。波源振动的频率为20 Hz，波速为16 m/s。已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧，且P、Q和S的平衡位置在一条直线上，P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为m、m，P、Q开始震动后，下列判断

正确的是_____。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分） A ．P 、Q 两质点运动的方向始终相同 B ．P 、Q 两质点运动的方向始终相反 C ．当S 恰好通过平衡位置时，P 、Q 两点也正好通过平衡位置 、 D ．当S 恰好通过平衡位置向上运动时，P 在波峰 E ．当S 恰好通过平衡位置向下运动时，Q 在波峰 【答案】BDE 【考点】波的图像，波长、频率和波速的关系 【解析】根据题意信息可得1s 0.05s 20 T ==，16m/s v =，故波长为0.8m vT λ==，找P 点关于S 点的对称点P '，根据对称性可知P '和P 的振动情况完全相同，P '、 Q 两点相距15.814.630.80.82x λλ???=-= ??? ，为半波长的整数倍，所以两点为反相点，故P '、Q 两点振动方向始终相反，即P 、Q 两点振动方向始终相反，A 错误B 正确； P 点距离S 点3194 x λ=，当S 恰好通过平衡位置向上振动时，P 点在波峰，同理Q 点距离S 点1184 x λ'=,当S 恰好通过平衡位置向下振动时，Q 点在波峰，DE 正确。 巩固练习：（2016年全国Ⅱ卷，34（2）））（10分）一列简谐横波在介质中沿x 轴正向传播，波长不小于10cm ．O 和A 是介质中平衡位置分别位于x =0和x=5cm 处的两个质点．t=0时开始观测，此时质点O 的位移为y =4cm ，质点A 处于波峰位置；1 s 3 t =时，质点O 第一次回到平衡位置，t=1s 时，质点A 第一次回到平衡位置．求: （ⅰ）简谐波的周期、波速和波长；（ⅱ）质点O 的位移随时间变化的关系式． 【答案】（i ）T =4s ，v =s ，λ=30cm （ii ）50.08sin(t )26y ππ=+或者10.08cos(t )23 y ππ=+ 【解析】（i ）t =0s 时，A 处质点位于波峰位置 t =1s 时，A 处质点第一次回到平衡位置可知 1s 4 T =，T =4s … 1s 3 t =时，O 第一次到平衡位置，t =1s 时，A 第一次到平衡位置 可知波从O 传到A 用时2s 3 ，传播距离x =5cm 故波速7.5cm /s x v t ==，波长λ=vT =30cm （ⅱ）设0sin(t )y A ω?=+，可知2rad/s 2T ππω== 又由t =0s 时，y =4cm ；1s 3t =，y =0，代入得A =8cm ，再结合题意得056 ?π= 故50.08sin(t )26y ππ=+或者10.08cos(t )23 y ππ=+ 2、已知两个时刻的波形图和部分信息，分析问题

机械振动和机械波·机械波·教案

机械振动和机械波·机械波·教案 一、教学目标 1．在物理知识方面的要求： (1)明确机械波的产生条件； (2)掌握机械波的形成过程及波动传播过程的特征； (3)了解机械波的种类极其传播特征； (4)掌握描述机械波的物理量(包括波长、频率、波速)。 2．要重视观察演示实验，对波的产生条件及形成过程有全面的理解，同时要求学生仔细分析课本的插图。 3．在教学过程中教与学双方要重视引导和自觉培养正确的思想方法。 二、重点、难点分析 1．重点是机械波的形成过程及描述； 2．难点是机械波的形成过程及描述。 三、教具 1．演示绳波的形成的长绳； 2．横波、纵波演示仪； 3．描述波的形成过程的挂图。 四、主要教学过程 (一)引入新课

我们学习过的机械振动是描述单个质点的运动形式，这一节课我们来学习由大量质点构成的弹性媒质的整体的一种运动形式——机械波。 (二)教学过程设计 1．机械波的产生条件 例子——水波：向平静的水面投一小石子或用小树枝不断地点水，会看到水面上一圈圈起伏不平的波纹逐渐向四周传播出去，形成水波。 演示——绳波：用手握住绳子的一端上下抖动，就会看到凸凹相间的波向绳的另一端传播出去，形成绳波。 以上两种波都可以叫做机械波。 (1)机械波的概念：机械振动在介质中的传播就形成机械波 (2)机械波的产生条件：振源和介质。 振源——产生机械振动的物质，如在绳波中的手的不停抖动就是振源。 介质——传播振动的媒质，如绳子、水。 2．机械波的形成过程 (1)介质模型：把介质看成由无数个质点弹性连接而成，可以想象为(图1所示) (2)机械波的形成过程： 由于相邻质点的力的作用，当介质中某一质点发生振动时，就会带动周围的质点振动起来，从而使振动向远处传播。例如：

《简谐运动的振幅、周期、频率》进阶练习 (二)-1-2

《简谐运动的振幅、周期、频率》进阶练习 一、单选题 1.一质点做简谐运动的图象如图所示，下列说法正确的是( ) A.质点振动频率是4 Hz B.在10 s内质点经过的路程是20 cm C.第4 s末质点的速度是零 D.在t＝1 s和t＝3 s两时刻，质点位移大小相等、方向相同 2.简谐运动中反映物体振动强弱的物理量是（） A.周期 B.频率 C.振幅 D.位移 3.弹簧振子做简谐运动，若某一过程中振子的速率在减小，则此时振子的运动（） A.速度与位移方向一定相反 B.加速度与速度方向可能相同 C.回复力一定在增大 D.位移可能在减小 二、填空题 4.如图甲所示为一弹簧振子的振动图象，规定向右的方向为正方向，试根据图象分析以 下问题： （1）如图乙所示的振子振动的起始位置是 ______ ，从初始位置开始，振子向 ______ （填“右”或“左”）运动． （2）在乙图中，找出图象中的O、A、B、C、D各对应振动过程中的位置，即O对应 ______ ，A对应 ______ ，B对应 ______ ，C对应 ______ ，D对应 ______ ． （3）在t=2s时，振子的速度的方向与t=0时速度的方向 ______ ． （4）质点在前4s内的位移等于 ______ ．

5.一位学生研究弹簧振子的运动，当振子经过平衡位置时开始记时，并从零开始记数，以后振子每经过平衡位置他就记一次数，在4s内正好数到10，则这个弹簧振子的频率是 ______ ，周期是 ______ ．

参考答案 【答案】 1.B 2.C 3.C 4.E；右；E；G；E；F；E；相反；0 5.1.2Hz；0.8s 【解析】 1. 【分析】 由简谐运动的图象直接读出周期，求出频率，根据时间与周期的关系求出在10s内质点经过的路程．根据质点的位置分析其速度，根据对称性分析t=1s和t=35s两时刻质点的位移关系。 由振动图象能直接质点的振幅、周期，还可读出质点的速度、加速度方向等等，求质点的路程，往往根据时间与周期的关系求解，知道质点在一个周期内通过的距离是4A， 半个周期内路程是2A，但不能依此类推，周期内路程不一定是A。 【解答】 A.由图读出质点振动的周期T=4s，则频率，故A错误； B.质点做简谐运动，在一个周期内通过的路程是4A，t=10s=2.5T，所以在10s内质点经过的路程是 S=2.5×4A=10×2cm=20cm，故B正确； C.在第4s末，质点的位移为0，经过平衡位置，速度最大，故C错误； D.由图知在t=1s和t=3s两时刻，质点位移大小相等、方向相反，故D错误； 故选B。 2. 解：A、B频率和周期表示振动的快慢．故AB错误． C、振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，表示振动的强弱，故C正确． D、位移大小是振动物体离开平衡位置的距离，不表示振动的强弱，故D错误． 故选：C 能够反映物体做机械振动强弱的物理量是振幅，不是频率，回复力和周期 振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，表示振动的强弱；频率和周期表示振动的时间上的快慢，注意理解 3. 【分析】 首先知道判断速度增减的方法：当速度与加速度方向相同时，速度增大；当速度与加速

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

第六、七章-机械振动与机械波参考答案-2

第六、七机械振动与机械波 班级学号姓名 一、选择题 1．一弹簧振子，当把它水平放置时，它作简谐振动。若把它竖直放置或放在光滑斜面上，试判断下列情况正确的是 （ ） （A ）竖直放置作简谐振动，在光滑斜面上不作简谐振动； （B ）竖直放置不作简谐振动，在光滑斜面上作简谐振动； C ）两种情况都作简谐振动；（D ）两种情况都不作简谐振动。 2．两个简谐振动的振动曲线如图所示，则有 （ ） （A ）A 超前π/2； （B ）A 落后π/2； （C ）A 超前π；（D ）A 落后π。 3．一个质点作简谐振动，周期为T ，当质点由平衡位置向x 轴正方向运动时，由平衡位置到二分之一最大位移这段路程所需要的最短时间为： （ ） （A ）4； （B ）12； （C ）6； （D ）8。 4．分振动方程分别为)25.050cos(31ππ+=t x 和) 75.050cos(42 ππ+=t x （制）则它们的合振动表达式为： （ ） （A ）)25.050cos(2ππ+=t x ； （B ）)50cos(5t x π=； （C ）)7 1 2 50cos(51-++=tg t x π π； （D ）7=x 。 5. 一个平面简谐波沿x

振动曲线如图所示，则该波的表式为 ( ) （A ）)2 20 2cos(2π π π+ + =x t y m ； （B ）)2 202 cos(2π ππ -+=x t y m ； （C ）)2 20 2sin(2π π π+ + =x t y m ； （D ）)2 202 sin(2π ππ -+ =x t y m 。 6.一个平面简谐波沿x 形图如图所示，则该波的表式为（A ）)2 440cos(3π ππ-+=x t y m ； （B ）)2 4 40cos(3π π π++=x t y m ； （C ）)2 440cos(3π ππ--=x t y m ； （D ）)2 4 40cos(3π π π+-=x t y m 。 7.一个平面简谐波在弹性媒质中传播，媒质质元从最大位置回到 平衡位置的过程中( ) （A ）它的势能转化成动能；（B ）它的动能转化成势能； （C ）它从相邻的媒质质元获得能量，其能量逐渐增加； （D ）把自己的能量传给相邻的媒质质元，其能量逐渐减小。 8.一平面简谐波在弹性媒质中传播时，在传播方向上某质元在某一时刻处于最大位移处，则它的 ( ) （A ）动能为零，势能最大；（B ）动能为零，势能也为零； （C ）动能最大，势能也最大；（D ）动能最大，势能为零。 9.在同一媒质中两列相干的平面简谐波强度之比是4:21=I I ，则 两列波的振幅之比21:A A 为 （ ） ) -

物理竞赛中简谐运动周期的四种求法

物理竞赛中简谐运动周期的四种求法 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

物理竞赛中简谐运动周期的四种求法 物理竞赛中在解决简谐运动问题时，经常会涉及周期的求解。本文通过具体实例，介绍物理竞赛中简谐运动周期的四种求法。 一、周期公式法 由简谐运动的周期公式可知，运用周期公式求周期的关键是求出回复力系数 k。通常情况下，可以通过两种途径求出回复力系数。一是通过对简谐运动物体进行受力分析求出回复力，然后根据物体简谐运动时回复力大小的特征F=kx，找到回复力F与位移x的关系求出回复力系数k；二是通过求简谐运动物体在位移为x时的势能，然后根据物体做简谐运动时势能的关系求出回复力数k。 例1如图1所示，摆球质量为m，凹形滑块质量为M，摆长为L，m与M、M与水平面之间光滑，求摆线偏转很小角度，从静止释放后，系统振动的周期。 图1分析与解由于摆球m周期与整个系统运动周期相等，因此系统振动的周期可以通过求摆球m周期来求出。 凹形滑块M受到水平地面的支持力、重力 G=Mg及m对M的水平作用的作用（图2），由于 M只能在水平面上滑动，因此M沿水平面做往复运动时受到的回复力可表示为：(1) 对摆球m进行受力分析（图3），可得到下列关系式： (2)

例2如图4所示，横截面积为S，粗细均匀的U形管中灌有密度为ρ，质量为m 的水银，现在将B管管口用塞子密封后加热，由于封在B管中空气的膨胀，使水银面在A管内上升，若此时将B管口的塞子拔去，那么水银做简谐运动的周期是多少？ 图4 分析与解设A、B两管液面相平时为水银柱的零势能位置，则当B管中水银面距两管液面相平时的液面高度为x时，整个水银柱具有的势能为 。 二、刚体角加速度法 绕定轴转动的刚体的角加速度和外力的关系应遵循刚体定轴转动定律：即刚体所受的对于某一固定转轴的合外力矩等于刚体对此转轴的转动惯量与刚体在此合外力矩