上海高中物理機械振動

上海高中物理機械振動上海高中物理機械振動上海高中物理機械振動資料僅供參考文件編號：2022年4月上海高中物理機械振動版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準:發(fā)布日期：機械振動機械振動：定義：物體(或物體的一部分)在某一中心位置兩側(cè)所做的往復(fù)運動叫做機械振動。例如：枝頭上的小鳥飛離枝頭時，樹枝會發(fā)生振動；蕩秋千時的來回運動；人走路時，兩只手臂會自然地、有節(jié)奏地前后擺動……2、機械振動主要特點：固定的“中心位置”即平衡位置；周期性的“往復(fù)運動”即周期性和往復(fù)性；這也是判斷物體是否做機械振動的依據(jù)。中心位置又稱為平衡位置，即當物體不再做往復(fù)運動時，所最終停下來的位置。平衡位置是指運動過程中一個明顯的分界點，一般是振動停止時靜止的位置，并不是所有往復(fù)運動的中點都是平衡位置。存在平衡位置是機械運動的必要條件，有很多運動，盡管也是往復(fù)運動，但并不存在明顯的平衡位置，所以并非機械振動。例如：拍皮球、人來回走動。3、機械振動產(chǎn)生的條件：每當物體離開平衡位置就會受到回復(fù)力的作用且所受到的阻力足夠小。二、簡諧運動1、彈簧振子——理想化模型（1）概念：小球和彈簧所組成的系統(tǒng)稱作彈簧振子，有時也把這樣的小球稱做彈簧振子或簡稱振子。（2）理性化模型的條件：①彈簧的質(zhì)量比小球小很多，可以認為質(zhì)量集中于振子（小球）。②小球需體積很小，可當作質(zhì)點處理。③忽略一切的摩擦及阻力作用。④小球從平衡位置拉開的位移在彈簧的彈性限度內(nèi)。回復(fù)力有一種玩具狗，它的頭部和尾部用較軟的彈簧跟身體相連。如果輕拍一下玩具狗，它便會不停地搖頭晃尾起來，這就是彈簧引起的機械振動。如右圖：當彈簧既不拉伸也不被壓縮時，小球靜止在桿上的點，這時小球所受合力為零。點就是彈簧振子的平衡位置。振子在平衡位置點右側(cè)時，有一個向左的力；在平衡位置點左側(cè)時，有一個向右的力，這個力總是促使物體回到平衡位置。結(jié)論：物體做機械振動時，一定受到指向平衡位置的力，這個力的作用效果總能使物體回到中心位置，這個力叫回復(fù)力?；貜?fù)力是根據(jù)力的效果命名的思考：以下兩種說法正確嗎？振動的物體始終受到回復(fù)力的作用；水面浮木上下振動時受到重力、水的浮力和回復(fù)力的作用。分析：彈簧振子在振動過程中，當偏離平衡位置時，總是受到一個跟運動方向（位移方向）相反、能使振子返回平衡位置的回復(fù)力，且這個回復(fù)力就是彈簧的彈力。由于彈簧發(fā)生彈性形變時，彈力跟形變量成正比，對彈簧振子來說，也就是回復(fù)力跟振子的位移成正比，而回復(fù)力總是指向平衡位置，所以回復(fù)力的方向始終與位移方向相反，它們之間的關(guān)系：其中，是一個常數(shù)，對于彈簧振子而言就是彈簧的勁度系數(shù)。負號表示回復(fù)力的方向始終跟位移的方向相反。注意：①在平衡位置時，回復(fù)力為零；②回復(fù)力：使物體返回平衡位置的力，方向總是指向平衡位置?；貜?fù)力特點：?回復(fù)力是效果按效果命名的力；?回復(fù)力可以是某個力，也可以是幾個力的合力，還可以是某個力的分力。補充說明：①由于振子總是在平衡位置兩側(cè)移動，如果我們以平衡位置作為參考點來研究振子的位移就更為方便。這樣表示出的位移稱為偏離平衡位置的位移。它的大小等于物體與平衡位置之間的距離，方向由平衡位置指向物體所在位置。（由初位置指向末位置）用ｘ表示。②偏離平衡位置的位移與某段時間內(nèi)位移的區(qū)別：偏離平衡位置的位移是以平衡位置為起點，以平衡位置為參考位置。③某段時間內(nèi)的位移，是默認以這段時間內(nèi)的初位置為起點。3、彈簧振子運動過程中各物理量的變化情況分析：結(jié)合右圖分析振子在一次全振動中回復(fù)力、偏離平衡位置的位移、加速度、速度的大小變化情況及方向。所謂全振動，做振動的質(zhì)點從某位置出發(fā)再次回到該位置，并保持與出發(fā)時相同運動方向的過程稱為全振動。１）Ａ→Ｏ x↓，方向由Ｏ向Ａ F↓，方向由Ａ向Ｏ a↓，方向由Ａ向Ｏ V↑，方向由Ｏ向Ａ振子做加速度不斷減小的加速運動 A′ O A２）在O位置，x＝０，F(xiàn)＝０，a＝０，V最大；３）Ｏ→Ａ′ x↑，方向由Ｏ向Ａ′ F↑，方向由Ａ′向Ｏ a↑，方向由Ａ′向Ｏ V↓，方向由Ｏ向Ａ′振子做加速度不斷增大的減速運動４）在Ａ′位置，x最大，F(xiàn)最大，a最大，V＝０５）Ａ′→Ｏ x↓，方向由Ｏ向Ａ′ F↓，方向由Ａ′向O a↓，方向由Ａ′向O V↑，方向由O向Ａ′振子做加速度不斷減小的加速運動６）在O位置，x＝０，F(xiàn)＝０，a＝０，V最大；７）Ｏ→Ａ x↑，方向由Ｏ向Ａ F↑，方向由Ａ向Ｏ a↑，方向由Ａ向Ｏ V↓，方向由Ｏ向Ａ振子做加速度不斷增大的減速運動８）在Ａ位置，x最大，F(xiàn)最大，a最大，V＝０4、簡諧振動：彈簧振子由于偏離平衡位置的位移和回復(fù)力具有明顯的對稱性，導(dǎo)致其速度、加速度等都具有明顯的對稱性，形成的運動是一種簡單而和諧的運動。我們稱之為簡諧運動。定義：質(zhì)點在大小與位移成正比，方向始終指向平衡位置的回復(fù)力作用下的振動稱為簡諧振動?；貜?fù)力：簡諧振動是一種最簡單、最基本的機械振動。例如：敲擊音叉后，兩個股叉上的質(zhì)點的振動；浮標漂浮在水平面時的上、下浮動。練習(xí)：1、物體（或者物體的一部分）在某一位置兩側(cè)附近做周期性運動，我們稱之為；從小朋友蕩秋千、彈簧振子的運動可知，物體振動時受的阻力，必須受到一個指向位置的力，我們稱之為。2、彈簧振子振動中的位移定量描述的參照點是，是量。3、對應(yīng)理想的彈簧振子，當在外力作用下把球拉至B點釋放，在受到拉力作用下向O點做加速度、速度的非勻變速運動，運動到O點時最大，小球有質(zhì)量，所以具有，還要繼續(xù)向C點運動而壓縮彈簧，在向C的運動中，速度，加速度，運動到C點，速度變?yōu)?。由于作用，又要從C點做的運動達到O點，并且速度又達到，于是再向B點做的運動，完成一次全振動。4、彈簧振子振動的回復(fù)力是提供的，大小為，方向為。所以運動過程中的加速度大小a=，所以彈簧振子振動的加速度。由此知勻變速直線的規(guī)律對簡諧運動應(yīng)用。彈簧振子的振動全過程，從能量的角度看，實際上是彈簧的和小球的動能的轉(zhuǎn)化過程，在平衡位置最大，在兩側(cè)的位置最大。5、下列哪些物體的運動屬于機械振動（）A、在水面上隨波運動的小舟B、在地面上拍打的籃球C、摩托車行駛時的顛簸D、秋千的運動6、關(guān)于振動的平衡位置，下列說法正確的是（）A、位移為零B、回復(fù)力為零C、加速度為零D、合力為零E、速度最大7、彈簧振子在光滑的水平地面上做簡諧振動，在振子向平衡位置運動的過程中（）A、振子受回復(fù)力逐漸增大B、振子的位移逐漸增大C、振子的速度逐漸減小D、振子的加速度逐漸減小8、一個彈簧振子沿水平方向的x軸做簡諧運動，原點O為平衡位置，在震動中某個時刻可能出現(xiàn)的情況是（）A、位移與速度均為正，加速的度為負B、位移為負值，加速度為正值C、位移與加速度均為正值，速度為負值D、位移、速度、加速度均為負值9、關(guān)于簡諧運動的物體的位移，加速度和速度之間的關(guān)系下列說法正確的是（）A、位移減小時，加速度減小，速度增大B、位移的方向總跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同C、物體的運動方向指向平衡位置時，速度的方向跟位移的方向相同D、物體的運動方向改變時，加速度的方向不變10、做簡諧運動的水平彈簧振子，從彈簧伸長的最大位置向平衡位置運動時和彈簧壓縮的最大位置向平衡位置運動時，下列說法正確的是（）A、都做加速運動B、加速度都增大C、位移、回復(fù)力、動能都減小D、位移、回復(fù)力、勢能都減小11、彈簧振子關(guān)于平衡位置對稱的兩個點（除端點外）一定相同的物理量有哪些（）A、位移B、速度C、回復(fù)力D、加速度E、動能F、動量G、勢能提高練習(xí)：1、關(guān)于機械振動，下列正確的是（）A、每當物體離開平衡位置就受到回復(fù)力的作用B、回復(fù)力的方向總是不變的C、回復(fù)力不可能是恒力D、在機械震動中，物體運動時所受的阻力足夠小2、下列運動屬于簡諧運動的是（）A、活塞在汽缸中的往復(fù)運動B、拍皮球時，皮球的上下往復(fù)運動C、音叉叉股的振動D、小球在左右對稱的兩個斜面上的來回滾動3、簡諧運動的平衡位置是指（）A、速度為零的位置B、回復(fù)力為零的位置C、加速度為零的位置D、位移最大的位置5、下列圖像中能正確反映簡諧運動的加速度與位移關(guān)系的圖像是（）0X0Xa0XaAB0Xa0XaCD6、簡諧運動的特點是（）A、回復(fù)力跟位移成正比且方向相反B、速度跟位移成正比且方向相反C、加速度跟位移成正比且方向相反D、動能跟位移成正比且方向相反7、做簡諧運動的振子每次通過同一個位置時，一定相同的物理量有（）A、位移相同B、速度相同C、加速度相同D、回復(fù)力相同E、動能相同F(xiàn)、動量相同8、做簡諧運動的質(zhì)點，下列說法正確的是（）Ａ、速度增大時，加速度減?。隆⑺俣仍龃髸r，加速度增大Ｃ、加速度增大時，速度減小Ｄ、加速度減小時，速度減小9、如下圖所示，小球自A點由靜止自由下落，到B點時與彈簧接觸，到C點時彈簧被壓縮到最短，若不計彈簧的質(zhì)量與空氣的阻力，則小球在C點的加速度ag（選填>、<、=）10、如下圖所示，在光滑的水平面上有一個彈簧振子，已知輕彈簧的精度系數(shù)為k，開始時振子被拉到平衡位置的右側(cè)某處，此時拉力的大小為F，振子靜止，撤去拉力后，振子經(jīng)過實踐t，剛好可以通過平衡位置O點，此時振子的瞬時速度為v，則在此過程中，振子運動的平均速度為多少？

11、如圖所示，輕彈簧上端固定，下端掛一個質(zhì)量為m的質(zhì)點，它在O點靜止時彈簧的伸長量為,現(xiàn)用力將質(zhì)點拉到A點，撤去拉力后試證明質(zhì)點的運動是簡諧運動。（彈簧的勁度系數(shù)為k）12、如下圖所示，在光滑的水平桌面上有一個質(zhì)量為M的小球，固定在一勁度系數(shù)為k的彈簧上。一質(zhì)量為m的子彈射入小球，在碰撞前瞬間子彈的速度為，方向沿彈簧的軸線。若碰后子彈與小球獲得共同速度，并忽略彈簧的質(zhì)量和空氣的阻力，求小球向左運動的最大距離（

已知彈簧的形變量為時，彈簧的彈性勢能為）課后練習(xí)1、做簡諧運動的物體，當位移為負值時，以下說法正確的是（）A．速度一定為正值，加速度一定為正值B．速度不一定為正值，但加速度一定為正值C．速度一定為負值，加速度一定為正值D．速度不一定為負值，加速度一定為負值2、在簡諧運動中，振子每次經(jīng)過同一位置時，下列各組中描述振動的物理量總是相同的是（）A．速度、加速度、動能B．加速度、回復(fù)力和位移C．加速度、動能和位移D．位移、動能、回復(fù)力3、當一彈簧振子在豎直方向上做簡諧運動時，下列說法正確的（）A．振子在振動過程中，速度相同時，彈簧的長度一定相等B．振子從最低點向平衡位置運動過程中，彈簧彈力始終做負功C．振子在振動過程中的回復(fù)力由彈簧的彈力和振子的重力的合力提供D．振子在振動過程中，系統(tǒng)的機械能一定守恒4、關(guān)于彈簧振子做簡諧運動時的能量，下列說法正確的有（）A．等于在平衡位置時振子的動能B．等于在最大位移時彈簧的彈性勢能C．等于任意時刻振子動能與彈簧彈性勢能之和D．位移越大振動能量也越大5．彈簧振子作簡諧運動時，以下說法正確的是：（）A．振子通過平衡位置時，回復(fù)力一定為零B．振子做減速運動，加速度卻在增大C．振子向平衡位置運動時，加速度方向與速度方向相反D．振子遠離平衡位置運動時，加速度方向與速度方向相反6.如圖所示，是