大学物理_机械振动和机械波(课堂PPT)

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高考物理课件 第十四章 机械振动、机械波 光和电磁波 14.2 机械波课件

高考物理课件 第十四章 机械振动、机械波 光和电磁波 14.2 机械波课件
=58T 时,质点 A 向下振动,B 向上振动,所以 C 项正确;波的传 播速度 v=Tλ=145n+0030 m/s(n=0、1、2、3…),有多种可能,D 项错; 由图可知质点 A 的振幅为 10 cm,质点 B 的振幅为 5 cm,所以 E 项正确.
答案:BCE
9.(多选)一简谐横波沿 x 轴正向传播,图甲是 t=0 时刻的波 形图,图乙是某质点的振动图象,则该质点的 x 坐标值合理的是 ()
解析:由题图(a)读出波长 λ=2.0 m,由题图(b)读出周期 T=4 s,
则 v=Tλ=0.5 m/s,选项 A 正确;题图(a)是 t=2 s 时的波形图,题 图(b)是 x=1.5 m 处质点的振动图象,所以该质点在 t=2 s 时向下振 动,所以波向左传播,选项 B 错误;在 0~2 s 内质点 P 由波峰向 波谷振动,通过的路程 s=2A=8 cm,选项 C 正确,选项 D 错误;
A.A 点处波长是 10 cm,B 点处波长是 5 cm B.周期一定都是 2×10-2 s C.t=0.0125 s 时刻,两质点的振动速度方向相反 D.传播速度一定是 600 m/s E.A 质点的振幅是 B 质点的振幅的 2 倍
解析:由 A、B 两质点的振动图象可知两质点的周期均为 2×10 -2 s,所以 B 项正确;再由振动图象知 t=0 时,质点 A 在平衡位置 且向上振动,B 处在波峰,则有 75 m=34λ+nλ(n=0、1、2、3…), 解得 λ=43n0+03 m(n=0、1、2、3…),所以 A 项错;在 t=0.012 5 s
图示时刻,Q 点向下运动,速度减小,所以从图示位置运动到
波谷的时间大于T8,再从波谷运动到平衡位置的时间为T4,所以经过 38T,Q 点没有回到平衡位置,故 D 错误.由于 P、Q 两点的振动步 调总是相反,所以在相等时间内,P、Q 两点通过的路程相等,故 E 正确.

大学物理-振动和波ppt课件

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• a, , x 都是谐振动, 振幅不同,角频率不变
• a, , x 依次超前 /2; a, x 反相(谐振动特点)
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8
曲线描述
x xt图
xA co ts
vx Acostπ2
axA 2costπ
A
o
T
A
Av vt 图
o
T
t
t
x a
A
A
a at图
o
A
t A2
o
Tt
2A T
A2
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22
曲线描述
x xt图
xA co ts
vx Acostπ2
axA 2costπ
A
o
T
A
Av vt 图
o
T
t
t
x a
A
A
a at图
o
A
t A2
o
Tt
2A T
A2
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23
四. 谐振系统的能量
1. 谐振系统的动能和势能

d2x dt2
2 x

d2x dt2
d
dt
d
dx
有 d2xdx, 同乘以m
A
o A Ax
2
0.2m 6s1(负号表示速度沿 Ox轴负方向)
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41
(3)如果物体在 x0.05m处时速度不等于零,
而是具有向右的初速度 v00.30ms,1求其运动方程.
解 A' x02v022 0.070m7
tan'v0 1 x0
'π 或3π
44
o π 4 x

大学物理-振动和波-PPT

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t 3T 4
(振动状态 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 传至10 )
所以运动方程为:
x bCos(
g b
t
)
二、谐振动的图线描述法
x
A
0
t1
t
两类问题:
1、已知谐振动方程,描绘谐振动曲线 2、已知谐振动曲线,描绘谐振动方程
三、 简谐振动的旋转矢量表示法
1、旋转矢量
ω
M
旋转矢量的长度:振幅 A
A
旋转矢量旋转的角速度:
圆频率 0
旋转矢量与参考方向x 的夹角: 振动周相
则可得: x ACos(t )
其中: A A12 A22 2 A1A2Cos(2 1)
tg A1Sin1 A2Sin2 A1Cos1 A2Cos2
2、利用旋转矢量合成
A
x ACos(t )
A1
A2
A A12 A22 2 A1A2Cos(2 1)
x
tg A1Sin1 A2Sin2 A1Cos1 A2Cos2
a
v
0
t
问题: 是描述t=0时刻振动物体的状态,当给定计时时刻振动物 体的状态(t=0 时的位置及速度:x0 v0 ),如何求解相对应的 ?
(1)、已知 t = 0 振动物体的状态x(0), v(0)求
x(0) Acos v(0) A sin
可得:
A
x2
(0)
v2 (0) 2
tg v(0) x(0)
X
如果振动物体可表示为一质点,而与之相连接的所有弹簧等效 为一轻弹簧,忽略所有摩擦,可用弹簧振子描述简谐振动。
二、谐振动的特点:
1、动力学特征:

机械振动和机械波复习课堂PPT

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15
2.共振:做受迫 振动的物体,它的 固有频率与驱动力 的频率越接近,其 振幅就越大,当二 者相等时,振幅达 到最大,这就是共 振现象.共振曲线 如图1-4所示.
16
三、机械波 1.定义:机械振动在介质中的 传播形成机械波. 2.产生条件:一是要有做机械 振动的物体作为波源,二是要有 能够传播机械振动的介质. 思考:机械波与电磁波的不同点?
50
例3图1-15甲为一列简谐横波在 t=0.10 s 时刻的波形图,P是平 衡位置为x=1 m处的质点,Q是 平衡位置为x=4 m处的质点,图 乙为质点Q的振动图象,则
51
52
A.t=0.15 s时,质点Q的加速 度达到正向最大 B.t=0.15 s时,质点P的运动 方向沿y轴负方向 C.从t=0.10 s到t=0.25 s,该 波沿x轴正方向传播了6 m D.从t=0.10 s到t=0.25 s,质 点P通过的路程为30 cm
37
(3)振子经过一个周期位移为零, 路程为5×4 cm=20 cm,前100 s刚好经过了25个周期,所以前 100 s振子位移x=0,振子路程s =20×25 cm=500 cm=5 m.
38
【规律总结】 (1)简谐运动的图象并非振动质点的 运动轨迹. (2)位移总是背离平衡位置,回复力 和加速度总是指向平衡位置;向最 大位移处运动时,位移变大,回复力、 加速度和势能均变大,而速度和动 能均减小;向平衡位置运动与此相反.
线长。
13
(3)小球在光滑圆弧上的往复 滚动,和单摆完全等同。只要摆 角足够小,这个振动就是简谐运 动。这时周期公式中的l应该是圆 弧半径R
14
二、受迫振动和共振 1.受迫振动:物体在周期性驱 动力 作用下的振动.做受迫振动 的物体,它的周期或频率等于驱 动力 的周期或频率,而与物体 的固有周期或频率无关.

大学物理机械振动(课堂PPT)

大学物理机械振动(课堂PPT)

k , k串k,串, k并k,并
m
.
12
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t :相 位 , 或 位 相(r, ad)或相相 位决定谐振子某
: t 0时的相,称 位为初. 相一瞬时的运动状态
: 相位差,即两个相位之差。
1)对同一简谐运动,相位差可以给出两运动状
态间变化所需的时间.
t t2
t1
(t2) (t1)
4 上一页 下一页
要定义或证明一个运动是简谐振动,可以从 是否满足下面三个方程之一为依据。
Fkx
d2x dt2
2x
0
动力学特点
x A c o t s
运动学特点
某物理量如果满足后两个方程,那么这个物理量
是简谐振动量。
.
5
上一页 下一页
A (振幅决定谐振子运动的范围)
振子偏离平衡位 大置 位的 移最 的绝对 m)值
T
对于弹 :簧 k振 , T 子 2 m, 1 k
m
k 2 m
☆ 确定振动系统周期的方法:
(1)分析受力情F况 m,a或M 由J,写出动力学
(2)将动力学方dd2程 t2x变 2x为 0的形式,
如果能化为这种 也形 就式 证, 明了振动 振为 动
(3)由动力学方程 , 求写出出周T或 期频率 。
cos x0 0
A
sin v0 0
2
A
物体的振动 x方 0.1c程 o1st0 为 : m
.
2 19
上一页 下一页
振 A 幅 矢 A 的 量长
角频率 矢量逆时针匀角 速速 度 旋转的
周 期 T矢 量 旋 转 一 圈 所 T需 2 时 间
频率 矢量单位时间内圈旋数转的P

大学物理课件--机械振动与机械波

大学物理课件--机械振动与机械波

S2
P点合振动:
A
物 理 学
y ACos ( t ) A 1 A 2 2A 1 A 2 Cos
2 2
( 2 1 ) 2
r2 r1
物理教研室 陈亮

2
r

( 2 1 0)
波程差: r r2 r1
T
2


1

相位(位相): t
ω由谐振系统性质决定
A , 由初始条件决定
初相位(初位相):
物 理 学
物理教研室 陈亮
例1:p182例10-1 解:(1)见书 (2)t 0 时 : y 0
A y0
2
AC os
v 0 A Sin v0
2
2
本章小结
简谐振动:振动方程、三要素、合成 简谐波:
波动方程、三要素、能量
波的干涉:相干条件、加强、减弱条件
物 理 学
物理教研室 陈亮

作业
10-3、10-8、10-11、10-13
物 理 学
物理教研室 陈亮

t0
0 A cos
Y
物 理 学
物理教研室 陈亮
物 理 学
2
A Sin ( t )
物 理 学
加速度 a
dt a m C os ( t )
A C os ( t )
物理教研室 陈亮
简谐振动三要素:
振幅: A 角(圆)频率:
k m
T 周期: 2

频率:
1 T
2.t一定:t时刻的波形。
例3: p191 例10-4 波的能量 波强:单位时间通过单位面积的波

大学物理第4章机械振动 机械波课件讲义

大学物理第4章机械振动 机械波课件讲义

则系统受到的合力为

F mg FS mgi k(x l0 )i
Fx mg k(x l0 ) max
mgBiblioteka k(xl0
)

m
d2x dt 2

k
x

m
d2 dt
x
2
2 k
m
d2x dt 2

2
x

0
动力学方程
l
0A
x
F
A
x
mg
-------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------
§4.1 简谐振动的动力学特征
振动中最简单最基本的是简谐振动 简谐振动:一个做往复运动的物体,如果其偏离平
衡位置的位移x(或角位移)随时间t按余弦(或正弦)
Fx F ,x , ax a
-------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------
谐振动的位移、速度、加速度之间的相位关系
x A cos( t 0 ) A cos


A
sin(
t
0 )

大学物理(机械波篇)ppt课件

大学物理(机械波篇)ppt课件
大学物理(机械波篇)ppt课件
2024/1/30
1
目录
• 机械波基本概念与性质 • 线性简谐振动在介质中传播 • 非线性振动和孤立子简介
2024/1/30
2
目录
• 多普勒效应与声波干涉现象 • 光的衍射、干涉和偏振现象 • 总结回顾与拓展延伸
2024/1/30
3
01
机械波基本概念与性质
2024/1/30
2024/1/30
13
03
非线性振动和孤立子简介
2024/1/30
14
非线性振动概念及特点
非线性振动定义
指振动系振幅依赖性
振动频率和波形随振幅变化而变化。
2024/1/30
跳跃现象
系统参数连续变化时,振动状态可能发 生突变。
分岔与混沌
在特定条件下,非线性振动系统可能出 现多种不同的稳定状态,甚至产生混沌 现象。
影响因素分析
声速受介质温度、压力和成分等因素影响。
2024/1/30
12
驻波形成条件与特点
1 2
驻波定义
两列波在同一直线上沿相反方向传播,叠加后形 成的波形不随时间推移而向前传播的波。
驻波形成条件
两列波的频率相同、振幅相等、相位差恒定。
驻波特点
3
波形固定不动,节点和腹点位置固定;相邻节点 间距离等于半波长;能量在节点和腹点之间来回 传递。
15
孤立子定义和性质
孤立子定义
一种在非线性介质中传播的特殊波 动现象,具有粒子性和波动性双重
特性。
形状保持不变
在传播过程中,孤立子的形状和速 度保持恒定。
2024/1/30
相互作用不改变波形
多个孤立子相互作用后,各自保持 原有形状和速度继续传播。
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12
简谐运动的描述和特征
1)物体受线性回复力作用 Fkx平衡位置 x0
2)简谐运动的动力学描述 d2x 2x 0
dt2
3)简谐运动的运动学描述 xA co ts ()
v A si n t ()
4)加速度与位移成正比而方向相反 a 2x
弹簧振子 k m 单摆 g l
复摆 mgl I
13
三 描述简谐振动的物理量(三要素)
F浮
证明:以水面为原点建立坐标OX
x
d2x g x 0
b
dt2 b
mg X
d2x dt2
2
x
0
21
解决简谐运动方程问题的一般步骤: 1) 找到振动平衡位置,此时合力为零,选平衡位 置为原点,建立坐标系 2) 设振子离开原点x处,分析受力情况. 3) 应用牛顿定律. 4) 根据初始条件确定A和.
vdxAsin t()
dt
d2x 2x 0
dt2

ad2xA2cost ()
dt2
9
2 单摆 msginmta
mlmdl2m••l
d2t
••
g
s
in
0
l
5时 ,sin令
2
g
l
••
20
mcots ()
转动
A
正向
l
Fm
o
mg
10
3 复摆(物理摆)
( 5)
Mmg l mgl I d2
dt2
令 2 mgl
5) 写出振动表达式.
另外一个方法: 能量法
22
§4-2 谐振动的能量
以弹簧振子为例
Fkx xAco st() vAsin(t)
E k1 2m v21 2m 2A 2si2(n t)
Ep1 2k2 x1 2k2 A co 2( st) 2 k/m
EEkEp1 2kA 2A(2 振幅的动力学意义)
线性回复力是保守力,作简谐运动的系统机械能守恒 23
月相: 新月, 娥眉月, 上弦月, 满月, 下弦月, 残月等
娥眉月
上弦月
满月
下弦月16
3 相位 (位相,周相) t xA co ts ()
1) t (x ,v )存在一一对应的关系;
物理意义:可据以描述物体在任一时刻的运动状态.
2)相位在 0~2π内变化,质点无相同的运动状态;
相差 2nπ(n为整数)质点运动状态全同.(周期性)
3)初相位 (t0) 描述质点初始时刻的运动状态.
( 取 [ π π或][0 2 π) ]
17
四 常数 A和 的确定
xAcots()
v A si n t ()
初始条件 t0xx0 vv0
A
x0 Acos
x02
v02
2
v0Asin
tan v0 x0
对给定振动系统,周期由系统本身性质
决定,振幅和初相由初始条件决定.
第二篇 机械振动和机械波
1
2
教学基本要求
一 掌握描述简谐运动的各个物理量 (特别是相位)的物理意义及各量间的关系.
二 掌握描述简谐运动的旋转矢量法, 并会用于简谐运动规律的讨论和分析.
三 掌握简谐运动的基本特征,能建立 一维简谐运动的微分方程,能根据给定的初始 条件写出一维简谐运动的运动方程,并理解其 物理意义.
3
四 理解同方向、同频率简谐运动的合 成规律,了解拍的特点.
五 了解阻尼振动、受迫振动和共振的发 生条件及规律.
4
本章重点
相位概念的理解及掌握简谐振动的基本规律。 同方向同频率简谐振动的合成。
本章难点
相位概念的理解。
5
引言
任一物理量在某一定值附近往复变化均称为 振动.
机械振动 物体围绕一固定位置往复运动. 其运动形式有直线、平面和空间振动. 例如一切发声体、心脏、海浪起伏、地震以
x,v
简谐运动能量图
xt 0
o
t xA co ts
T vt v A si n t
能量
o T T 3T T 42 4
E 1 kA2 2
Ep
1kA2c 2
o2st
t Ek
1m2A2sin2t
2
24
推导
能量守恒
简谐振动方程
E1mv21kx2常量 22
d(1mv21kx2)0 dt 2 2 mvdvkxdx0
及晶体中原子的振动等.
周期和非周期振动
6
简谐振动 最简单、最基本的振动.
简谐振动
合成 复杂振动
分解
谐振子 作简谐振动的物体.
7
§4-1 简谐振动
一 简谐振动的特征方程 1 弹簧振子
l0 k
A
平衡位置
m x0 F0
x
oA
8
Fm
ox
x
Fk xmaxA co ts ()
令 2 k
m
a2x
积分常数,根据初始条件确定
18
讨论
已知 t0,x0,v0求
0Acos
π
2
v 0 Asi n0
sin 0取 π A
x
2
xAcost(π)
o
A
2
v
x
o
Tt
T 2
19
例4-1 一轻弹簧,下挂质量为10g 的重物时,伸 长4.9cm.用它和质量80g小球构成弹簧振子. 将小球由平衡位置向下拉1.0cm 后,给向上初 速度v=5.0cm/s.求振动周期及振动表达式.
I
d2 2 0
dt2 动力学判据
mcots ()
运动学判据
o 转动正向
l
*C
P
( C点为质心)
11
二 谐振动的速度和加速度
xAcots()
x xt图
A
o
t
T
取 0
A
v A si n t () Av vt图
o
T
t
Acost(π) A
2
a at图
a A 2co t s() A2
o
Tt
A 2cots(π)A2
dt dt
d2x k x 0 dt2 m
25
例4-3 质量为0.10kg 的物体,以振幅1.0102m
作简谐运动,其最大加速度为 4.0ms2,求:
解: 取向下为x轴正向.
5s1
振动方程为 x=0.0141cos(5t+ π/4) (SI)
20
例4-2 如图所示,一边长为L的立方体木块浮于静
水中,浸入水中部分的高度为b。今用手将木块压
下去,放手让其开始运动。若忽略水对木块的黏性
阻力,并且水面开阔,不因木块运动而使水面高度
变化,证明木块作谐振动。
关系.
o
v
T
v T
t
A
2
xAcots ()
v A si n t ()
3 相位 (位相,周相) t
1) t (x ,v ) 存在一一对应的关系; 15
3 相位 (位相,周相) t xA co ts ()
1) t (x ,v )存在一一对应的关系;
物理意义:可据以描述物体在任一时刻的运动状态
1 振幅
A xmax
2 周期、频率
xAcots()
x xt图
A
o
Tt
T
A
2
A co (ts [T)]
周期 T 2π
注意 弹簧振子周期
频率 1
T 2π m k
T 2π
圆频率 2π 2π
T
周期和频率仅与振动系 统本身的物理性质有关
14
简谐运动中,x和 v x v xt曲线
之间不存在一一对应的 A
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