高中物理机械振动
高中 高考物理 机械振动
[小题速验](判断正误) 1．简谐运动是匀变速运动。( )
2 ．简谐运动的物体在平衡位置所受合力一定为零。 ( ) 3．周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理 量。( ) ) )
4．振幅即振子运动轨迹的长度。( 5．简谐运动的回复力可以是恒力。(
6．弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零、 动能最大。( )
续表 弹簧振子(水平) 回复力 弹簧的 弹力 提供 弹簧处于 原长 处 由振动系统本身决 定，与振幅无关 弹性势能与动能的 相互转化， 机械能 守恒 T＝2π 单 摆
摆球的 重力 沿与摆线垂直 (即切向)方向的分力 最低点 l g
平衡位置 周期
能量 转化
重力势能与动能的相互转 化， 机械能 守恒
3．简谐运动的公式与图像 (1)简谐运动的公式 ①动力学表达式： F＝－kx， 其中“－”号表示回复力与 位移的方向总是相反。 注意：k 是常量，由振动系统决定，即使对弹簧振子，k 也不一定是劲度系数。 ②运动学表达式：x＝Asin (ωt＋φ)，其中 A 表示振幅， ω＝2πf 表示简谐运动的快慢，(ωt＋φ)表示简谐运动的相位， φ 叫做初相。
A．摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长 一些 B．摆球尽量选择质量大些、体积小些的 C．为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开 摆球，使摆线相距平衡位置有很大的角度
D．拉开摆球，使摆线偏离平衡位置不大于 5° ， 在释放摆球的同时开始计时， 当摆球回到开始位置时 停止计时，此时间间隔 Δt 即为单摆周期 T E．拉开摆球，使摆线偏离平衡位置不大于 5° ， 释放摆球， 当摆球振动稳定后， 从平衡位置开始计时， 记下摆球做 50 次全振动所用的时间 Δt，则单摆周期 Δt T＝ 50
(2)保证摆球在同一竖直平面内振动且摆角小于 10° 。 (3)选择在摆球摆到平衡位置处开始计时，并数准全振动 的次数。 (4)摆球自然下垂时， 用毫米刻度尺量出悬线长 l′， 用游 标卡尺测量摆球的直径， 然后算出摆球的半径 r， 则摆长 l＝l′ ＋ r。 (5)选用长一米左右的细线。
高中物理机械振动和机械波知识点
高中物理机械振动和机械波知识点机械振动和机械波是高中物理中一个重要的内容，下面将以1200字以上的篇幅详细介绍这两个知识点。
一、机械振动1.振动的定义及特点振动是指物体在平衡位置附近做往复运动的现象。
振动具有周期性、往复性和简谐性等特点。
2.物理量与振动的关系振动常涉及到的物理量有位移、速度、加速度、力等。
振动的物体在其中一时刻的位移与速度、加速度之间存在着相位差的关系。
3.简谐振动简谐振动是指振动物体的加速度与恢复力成正比，且方向相反。
简谐振动的周期、频率和角频率与振幅无关，只与振动系统的特性有关。
4.阻尼振动阻尼振动是指振动物体受到阻力的影响而逐渐减弱并停止的振动。
阻尼振动可以分为临界阻尼、过阻尼和欠阻尼三种情况。
5.受迫振动受迫振动是指振动物体受到外界周期力的作用而发生的振动。
当外力的频率与振动系统的固有频率相同时，产生共振现象。
6.驱动力与振幅的关系外力作用下，振动物体的振幅由驱动力的频率决定。
当驱动力的频率与振动物体的固有频率接近时，振幅达到最大值。
二、机械波1.波的定义及特点波是指能量或信息在空间中的传递。
波有传播介质，传播介质可以是固体、液体或气体。
波分为机械波和电磁波两种。
2.机械波的分类及特点机械波分为横波和纵波两种，它们的传播方向与介质振动方向有关。
横波的振动方向与波的传播方向垂直，而纵波的振动方向与波的传播方向平行。
3.波的传播速度波的传播速度与介质的性质和波的频率有关。
在同一介质中，传播速度与波长成正比，与频率成反比。
在不同介质中，波长相等时，传播速度与频率成正比。
4.波的反射、折射和干涉波在传播过程中会遇到障碍物或介质边界，导致发生反射和折射现象。
当波的传播路径中存在两个或多个波源时，会发生波的干涉现象。
5.波的衍射波在通过缝隙或物体边缘时会发生波的弯曲现象，这种现象称为波的衍射。
波的衍射现象是波动性质的重要表现之一6.声波的特点及应用声波是一种机械波，的传播媒质是物质的弹性介质。
高中物理机械振动
机械振动简谐运动振幅、周期和频率简谐运动的图像1．机械振动1）物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧所做的往复运动，就叫机械振动，常常简称为振动。
机械振动是一种机械运动，是区别于以前所学的各种运动的一种特殊运动。
如下列物体的运动是机械振动：小球在两光滑斜面间来回运动；用线悬挂一小球，小球在竖直平面内的摆动（单摆）；木块在水面上下运动；击一下鼓，鼓膜的起伏运动，等等。
2）机械振动的特征：第一，有一个“中心位置”（通常称为“平衡位置”），这也是物体停止运动时所在的位置。
如，把单摆的小球拉开再放手，小球就在平衡位置附近左右振动，经过多次重复，最后停在平衡位置。
振动的第二特征，运动具有往复性，这是振动的最大特点。
3）产生机械振动的条件是：一是每当物体离开平衡位置就会受到回复力的作用，这也是振动物体的受力特征；二是阻力足够小。
如果阻力大物体就无法振动，例如单摆的摆球在水中或在很粘的油里，由于阻力很大，几乎不会产生振动。
2．回复力1）使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力。
物体做什么样的运动与物体的受力有密切关系。
从地面竖直向上抛出的物体能返回地面，是因为受到指向地面的力的作用。
与此类似，物体所以能在平衡位置附近做往复运动而不远离，并经多次重复以后还停在平衡位置，是因为受到指向平衡位置的力——回复力的作用。
因此，不论振动物体处于平衡位置的哪一侧，回复力的方向总是指向平衡位置，因而回复力是变力。
2）回复力是按力的作用效果命名的力，由振动物体在指向平衡位置方向上所受的合力来提供。
3．振动物体的位移由于振动是一种往复运动，振动物体的位移不像匀速或变速直线运动那样可以继续增大。
因此在振动中，振动物体的位移是指振动物体相对于平衡位置而发生的位移，它的大小等于振动物体离开平衡位置的距离，方向始终由平衡位置指向某时刻振动物体处于的位置。
只要物体不在平衡位置就有位移，物体在平衡位置两侧位移方向不同。
位移方向与回复力方向相反。
高中物理 机械振动
高中物理机械振动机械振动是物理学中一个重要的概念，它在日常生活中有着广泛的应用。
从钟摆的摆动到汽车的悬挂系统，机械振动无处不在。
在高中物理课程中，学生将会学习关于机械振动的原理、特性以及相关的数学模型。
本文将介绍机械振动的基本概念，帮助读者更好地理解这一重要的物理现象。
一、机械振动的定义机械振动是物体围绕某一平衡位置以一定规律作往复或周期性运动的现象。
当物体受到外力作用时，会发生形变，从而产生振动。
例如，当一个弹簧挂上一个质点并受到拉伸后突然放开，弹簧会产生振动，这就是一种典型的机械振动现象。
二、机械振动的特性1.周期性：机械振动具有周期性，即物体围绕平衡位置做往复运动的时间间隔是固定的。
2.频率：振动的频率是指单位时间内振动的次数，通常用赫兹（Hz）来表示。
频率与振动周期成反比，频率越高，周期越短。
3.振幅：振动的振幅是指物体从平衡位置最大偏离的距离，振幅越大，振动的幅度就越大。
4.阻尼：阻尼是影响振动的一个重要因素，它会使振动逐渐减弱并最终停止。
可以通过增加摩擦力或其他方法来增加阻尼。
5.共振：共振是指当外力的频率与物体的固有频率相匹配时，物体会发生共振现象，振幅增大，甚至导致破坏。
三、机械振动的数学模型在高中物理课程中，学生将接触到机械振动的数学模型，其中最基本的就是简谐振动。
简谐振动是一种最简单的机械振动形式，其运动规律可以用正弦函数来描述。
对于简谐振动，有以下几个重要的物理量：1.位移（x）：物体离开平衡位置的距离。
2.速度（v）：物体运动的速度，与位移的导数有关。
3.加速度（a）：物体运动的加速度，与速度的导数有关。
根据牛顿第二定律和胡克定律，可以建立简谐振动的运动方程：\[ m \cdot \frac{d^2x}{dt^2} = -kx \]其中，\( m \) 为物体的质量，\( k \) 为弹簧的劲度系数，\( x \) 为位移，\( t \) 为时间。
通过解微分方程，可以得到简谐振动的解析解，包括位移、速度和加速度随时间的变化规律。
高中物理 振动
高中物理振动振动是高中物理中一个非常重要的概念，是许多自然现象和科学原理的基础。
振动在我们周围随处可见，比如钟摆的摆动、弹簧的震动、声音的传播等都与振动有关。
本文将从振动的定义、特点、分类以及在生活中的应用等方面进行详细的介绍。
一、振动的定义振动是指物体围绕平衡位置周期性地作往复运动，即物体由平衡位置向一个方向运动，再返回原来的平衡位置，如此反复。
在振动过程中，物体的能量在弹性介质中传播，经历一系列周期性的变化。
二、振动的特点1.周期性：振动是指物体围绕平衡位置做周期性的运动。
这一周期性运动可以很规律，也可以呈现出复杂的特征。
2.振幅：振幅是指振动物体偏离平衡位置的最大距离，它决定了振动的幅度大小。
3.频率：频率是指单位时间内振动的次数，通常用赫兹（Hz）作为单位，不同的振动系统有不同的频率。
4.波长：波长是指相邻两个振动周期之间的距离，它与频率和振动速度有关。
三、振动的分类根据振动的性质和特点，振动可以分为机械振动和电磁振动两种。
1.机械振动：机械振动是指由机械系统产生的振动，比如弹簧振子、声音波动等都属于机械振动。
2.电磁振动：电磁振动是指由电磁系统产生的振动，比如光波的传播、无线电波的发射等都属于电磁振动。
四、振动在生活中的应用振动在生活中有着广泛的应用，不仅在物理学领域有着重要意义，还在其他领域产生了深远的影响。
1.医学领域：超声波成像技术利用声波的振动原理，可以用于医学诊断和治疗。
2.工程领域：震动台可以模拟地震等自然灾害，用于建筑物的抗震设计和测试。
3.交通领域：振动感应器可以用于检测车辆的振动状态，保障交通安全和车辆性能。
4.通信领域：光纤通信系统利用光的电磁振动实现信号的传输，具有高速和稳定的优势。
综上所述，振动是一种周期性的运动形式，具有广泛的应用价值。
通过学习振动的原理和特点，不仅可以更好地理解自然界中的现象，还可以为科学技术的发展和生活的改善提供基础支持。
希望本文对读者有所帮助，让大家对振动有更深入的认识和理解。
高中物理机械振动知识点
高中物理机械振动知识点一：简谐振动1、机械振动：物体(或物体的一部分)在某一中心位置两侧来回做往复运动，叫做机械振动。
机械振动产生的条件是：(1)回复力不为零。
(2)阻力很小。
使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力，回复力属于效果力，在具体问题中要注意分析什么力提供了回复力。
2、简谐振动：在机械振动中最简单的一种理想化的振动。
对简谐振动可以从两个方面进行定义或理解：(1)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，叫做简谐振动。
(2)物体的振动参量，随时间按正弦或余弦规律变化的振动，叫做简谐振动，在高中物理教材中是以弹簧振子和单摆这两个特例来认识和掌握简谐振动规律的。
高中物理机械振动知识点二：简谐运动的描述1、位移x：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段叫做位移。
位移是矢量，其最大值等于振幅。
2、振幅A：做机械振动的物体离开平衡位置的最大距离叫做振幅，振幅是标量，表示振动的强弱。
振幅越大表示振动的机械能越大，做简揩振动物体的振幅大小不影响简揩振动的周期和频率。
3、周期T：振动物体完成一次余振动所经历的时间叫做周期。
所谓全振动是指物体从某一位置开始计时，物体第一次以相同的速度方向回到初始位置，叫做完成了一次全振动。
4、频率f：振动物体单位时间内完成全振动的次数。
5、角频率：角频率也叫角速度，即圆周运动物体单位时间转过的弧度数。
引入这个参量来描述振动的原因是人们在研究质点做匀速圆周运动的射影的运动规律时，发现质点射影做的是简谐振动。
因此处理复杂的简谐振动问题时，可以将其转化为匀速圆周运动的射影进行处理，这种方法高考大纲不要求掌握。
周期、频率、角频率的关系是：。
6、相位：表示振动步调的物理量。
现行中学教材中只要求知道同相和反相两种情况。
高中物理机械振动知识点三：简谐运动的处理1、研究简谐振动规律的几个思路：(1)用动力学方法研究，受力特征：回复力F =- Kx;加速度，简谐振动是一种变加速运动。
高中物理-机械振动
的整数倍。
C若△t=T，则在t时刻和(t+△t)时刻振
子运动的加速度一定相等
D若△t=T/2，则在t时刻和(t+△t)时刻
弹簧的长度一定相等
练习6、如图所示，一弹簧振子在振 动过程中，经a、b两点的速度相同， 若它从a到b历时0．2s，从b再回到a 的最短时间为0．4s，则该振子的振 动频率B为（ ）
全振动：振动物体往复运动一周 后，一切运动量（速度、位移、加 速度、动量等）及回复力的大小和 方向、动能、势能等都跟开始时的 完全一样，这就算是振动物体做了 一次全振动。
例1．如图弹簧振子在BC间作简谐运动， Ｏ为平衡位置，BC间距离是10 cm ，从 Ｂ到Ｃ运动时间是１s，则（ D ） Ａ．从Ｏ→Ｃ→Ｏ振子完成一个全振动
点评：一般说来，弹簧振子在振动过程中的振幅的求 法均是先找出其平衡位置，然后找出当振子速度为零 时的位置，这两个位置间的距离就是振幅．本题侧重 在弹簧振子运动的对称性．解答本题还可以通过求D 物运动过程中的最大加速度，它在最高点具有向下的 最大加速度，说明了这个系统有部分失重，从而确定 木箱对地面的压力
化，变化周期为振动周期T。
例2．一弹簧振子周期为２s， 当它从平衡位置向右运动了1.8 s时，其运动情况是（ B ）
Ａ．向右减速 Ｂ．向右加速 Ｃ．向左减速 Ｄ．向左加速
练习1.一质点做简谐运动，在
t1和t2两个时刻加速度相同，则
在这两个时刻，下列物理量一
定相同的是;
（）
A、AD 位移 B、 速度
答： f (M m)
k
Mm
kM
练习4.一个质点在平衡位置附近做 简谐振动,在图的4个函数图像中,正 确表达加速度a与对平衡位置的位移
高中物理机械振动知识点与题型总结
（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。
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t,图像如图(乙)所示.
三、单摆及其周期公式
简谐运动的两种模型 模型 弹簧振子 单摆
示意图
(1)弹簧质量可忽略 简谐运 阻力 (2)无摩擦等______ 动条件 (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 很小 (3)最大摆角______
回复力
弹簧的 弹力 提供
4.描述简谐运动的物理量 物理量 位移 振幅 周期 频率 相位 定义 所在位置 由 平衡位置 指向振动物体_________ 的有向线段 意义 描述物体振动中某时刻的 位置相对于 平衡位置 的 位移 描述振动的 强弱 和能量 描述振动的 快慢 ,两者互
1 f 为倒数:T=_____
最大距离 振动物体离开平衡位置的__________ 振动物体完成一次全振动所需的时间 振动物体 单位时间 的次数
电磁振 荡与电 磁波
电磁波的产生 电磁波的发射、传播和接收 电磁波谱 光的折射定律 折射率 全反射、光导纤维 光的干涉、衍射和偏振现象 狭义相对论的基本假设 质能关系
Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ 光的干涉 限于双缝 干涉、薄 膜干涉
光
相对论
实验一:探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度
实验 实验二:测定玻璃的折射率 实验三:用双缝干涉测光的波长
ω t+
内完成全振动
描述周期性运动在各个时 刻所处的不同状态
二、简谐运动公式和图像
1.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:
2.图像
(1)从 平衡位置 开始计时,函数表达式为x=Asin 2π t,图像如图(甲)所示.
(2)从 最大位移处 开始计时,函数表达式为x=Acos
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.
自主检测
1.思考判断 (1)简谐运动的平衡位置就是质点所受合力为零的位置.( 同的.( ) ) ) ) ) (2)做简谐运动的质点先后通过同一点,回复力、速度、加速度、位移都是相 (3)简谐运动的回复力可以是恒式和图像 单摆、单摆的周期公式 受迫振动和共振 机械波、横波和纵波 机械振动 与机械波 横波的图像 波速、波长和频率(周期) 的关系 波的干涉和衍射现象 多普勒效应 要求 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅰ 说明
备考建议
分析近几年的高考试题,在考查机械波 的形成和传播时,往往以考查振动图像 和波动图像为主,主要涉及的知识点为 波速、波长和频率(周期)的关系,光学 部分以考查光的折射定律和全反射等知 1.简谐运 识为主. 动只限于 高考命题形式通常为一选择题(或填空 单摆和弹 题)加一个计算题,选择题(或填空题)侧 簧振子 重考查对机械波、机械振动、电磁波、 2.简谐运 相对论和光学知识的理解,计算题主要 动的图像 考查光的折射、全反射的综合应用,也 只限于位 可能会考查振动和波的综合应用. 移—时间 本章的复习要加强对机械波、电磁波及 图像 光学中基本概念及基本现象的复习,同 时振动与波动综合问题,光的折射、全 反射的综合计算题要加强规范训练.
第1课时
机械振动
基础回顾
核心探究
演练提升
基础回顾
一、简谐运动
自主梳理·融会贯通 知识梳理
正比 ,并且总
1.定义:物体所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成 指向 平衡位置 的运动.
2.平衡位置:在某一位置两侧的往复运动中的“某一位置”.
3.回复力 (1)定义:物体振动过程中受到的指向 平衡位置 的力. (2)方向:总是与位移方向 相反 . (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.
3.(2018· 辽宁本溪满族自治县月考)(多选)如图为某质点的振动图像,由图像可知 ( ACE ) A.质点的振幅为2 cm,周期为4×10-2 s B.质点的振动方程为x=2sin 50π t(cm) C.在t=0.01 s时质点的位移为负向最大 D.P时刻质点的振动方向向下 E.从0.02 s至0.03 s质点的位移增大,速度减小 解析:由图知,振幅A=2 cm,周期T=4×10-2 s,则ω= π = π 2 rad/s=50π rad/s, 4 10 T 由数学知识可得质点的振动方程为x=-Asin ωt=-2sin 50πt(cm),故A正确,B错 误;在t=0.01 s时质点的位移为负向最大,速度为零.故C正确.P时刻图像的斜率为 正,则质点的振动方向向上,故D错误;从0.02 s至0.03 s,质点的位移增大,离开平 衡位置,则质点的速度减小.故E正确.
受力情况
振动周期 或频率 振动能量
回复力 仅受_________
驱动力 周期性______ 驱动力 周期性 作用 作用
由系统本身性质决 由驱动力的周期或 T驱 T0 或f =__ f0 T驱=__ 定,即固有 周期 或 频率决定,由T=___ 驱 f驱 频率 固有______ 或f=____ 振动物体的机械能 不变 ____ 由产生驱动力的物 振动物体获得 最大 体提供 的能量_____
(4)简谐运动的图像描述的是质点的运动轨迹.(
(5)物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率无关.( 答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
2.(2018· 湖北阳新月考)(多选)做简谐振动的物体,当它每次经过同一位置时, 一定相同的物理量是( ACD ) A.对平衡位置的位移 B.速度 C.回复力和加速度 D.动能 E.动量 解析:振动质点的位移是指离开平衡位置的位移,做简谐运动的物体,每次通 过同一位置时,位移一定相同,故A正确;速度可能有两种方向,所以速度和动 量不一定相同,故B,E错误;根据简谐运动的特征a=- kx ,可知加速度也一定相 m 同,故C正确;物体的速度大小相等,则它的动能相同,故D正确.
摆球 重力 沿圆弧切线方向的 分力 最低 点 T=_______ 重力势能与动能的相互转化, 机械能 守恒
2π l g
平衡位置
周期
弹簧处于 原长 处
与 振幅 无关
弹性势能与动能的相互转化, 能量转化 机械能 守恒
四、受迫振动和共振
1.自由振动、受迫振动和共振 振动类型 比较项目 自由振动 受迫振动 共振