高一物理机械振动.doc

高一物理机械振动【本讲主要内容】机械振动什么是机械振动, 机械振动的条件, 描述机械振动的物理量, 什么是简谐运动, 简谐运动的特征, 简谐运动的理想化模型, 简谐运动在一个全过程中位移、回复力、加速度、速度的变化规律。【知识掌握】【知识点精析】通过演示一些实例(提醒学生注意观察这些物体运动的共同特点) ,建立振动的概念。[ 演示] 弹簧振子的振动, 单摆的摆动, 钢锯条、音叉的叉股、摆钟的摆锤等物体的振动。这些物体都在某一中心位置附近做来回往复运动。这一中心位置就是物体的平衡位置, 这种运动叫做机械振动。 1. 机械振动: 物体或物体的一部分,在某一中心位置两侧的往复运动叫做机械振动,简称振动。机械振动不同于我们以前学过的运动形式,机械振动的特点是: (1 )运动的对称性:如物体的运动有一中心位置。(2 )运动的重复性:物体在中心位置两侧往复运动。 2. 振动的条件: (1 )物体始终受到一个指向平衡位置的回复力的作用。注意: 回复力是根据力的效果命名的, 是指在振动过程中使振动物体回到平衡位置的力, 不同性质的力( 如重力、弹力、摩擦力等) 或几个力的合力, 和某个力的分力, 都可起回复力的作用。(2 )摩擦阻力足够小。 3. 描述机械振动特征的物理量: (1 )位移:由平衡位置指向振子所在的位置的有向线段,是矢量。物体振动时的位移总是相对于平衡位置而言......... 的, 即位移的大小是指物体离开平衡位置的距离,位移的方向总是由平衡位置指向振子所在的位置——总是背离平衡位置向外。( 物理意义: 描述振动的范围; 单位:米) (2 )振幅:振动质点离开平衡位置的最大距离,是标量。( 物理意义: 描述振动的强弱; 单位:米) (3 )周期:振动质点完成一次全振动所需时间( 物理意义: 描述振动的快慢; 单位:秒) (4 )频率: 1 秒内全振动的次数( 物理意义: 描述振动的快慢; 单位: 赫兹) 机械振动是物体机械运动的另一种形式, 振动现象是很普遍的, 也很复杂。我们主要学****一种最简单、最基本的机械振动——简谐运动[继续演示]弹簧振子的振动分析、探究它的回复力与位移的关系。 4. 简谐运动: (1 )定义:物体在跟位移的大小成正比,并且总是指向平衡位置的回复力的作用下的运动,叫做简谐运动。(2 )物体做简谐运动的条件: 回复力的大小跟位移的大小成正比,并与位移的方向相反,总是指向平衡位置。即: F=- kx 式中 F 为回复力, x为物体对平衡位置的位移,k 是比例常数。不同的简谐运动的 k值不同,对弹簧振子来说 k 是弹簧的劲度,式中的负号,表示回复力的方向与位移方向相反。若物体做简谐运动,则必须满足 F=- kx ,这是判断物体是否做简谐运动的依据。(3 )运动的性质: 变加速度的变速运动。 a=F/m= - kx/m ,可见简谐振动是一种变加速运动,加速度的大小与位移的大小成正比, 方向与位移方向相反,即始终指向振动的平衡位置。 5. 简谐运动的特征: (1 )回复力:物体在往复运动期间,回复力的大小和方向均做周期性的变化,物体处在最大位移处时的回复力最大,物体处于平衡位置时的回复力最小(为零) ,物体经平衡位置时,回复力的方向发生改变。(2 )加速度:由力与加速度的瞬时对应关系可知,回复力产生的加速度也是周期性变化的,且与回复力的变化步调相同。(3 )位移:物体做简谐运动时,它的位移(大小和方向)也是周期性变化的,为研究问题方便,我们选平衡位置为位移的起点,物体经平衡位置时位移的方向改变。(4 )振动的速度,简谐运动是变加速运动,速度的变化也具有周期性(包括大小和方向), 物体经平衡位置时速度最大。物体在最大位移处的速度为零, 且物体的速度方向改变。 6. 简谐运动理想化模型弹簧振子单摆理想化条件轻弹簧、阻力不计轻绳(质量不计、不可伸长)、阻力不计、摆角<5° 回复力弹力重力的切线分量规律kmT/2?? glT/2??能量转化关系动能与弹性势能相互转化( 守恒) 动能与重力势能相互转化( 守恒) 7. 简谐运动中各物理量的变化如下图所示, 将小球拉至 A 点释放, 小球将以 O 点为平衡位置在 A、A’间作简谐运动, 下面我们讨论小球从 A→O→A ’→ O→A 的一次全振动过程中,各物理量的变化情况。总结: ⑴物体向平衡位置运动的过程中,位移、回复力、加速度的大小都减小,速度增大, 位移的方向总是离开平衡位置, 回复力、加速度的方向总是指向平衡位置, 物体作变加速运动,系统的势能转化为物体的动能。⑵物体远离平衡位置的过程中,位移、回复力、加速度的大小都增大,速度减小;位移的方向总是远离平衡位置, 回复力, 加速度的方向总是指向平衡位置, 物体作变减速运动, 物体的动能转化为系统的势能。⑶位移的方向总是与回复