第二章機械振動（單元知識清單）高二物理（人教版2019選擇性）

第二章機械振動知識梳理簡諧運動一彈簧振子1．機械振動：物體或物體的一部分在一個位置附近的往復運動稱為機械振動，簡稱振動。2．平衡位置：振動物體所受合力為0的位置。3．彈簧振子：如圖所示，帶有小孔的小球連接在彈簧的一端，彈簧的另一端固定，小球套在光滑的桿上能夠自由滑動，這樣的小球和彈簧組成的系統(tǒng)稱為彈簧振子，簡稱為振子。二簡諧運動及其圖像1．彈簧振子的位移—時間圖像(1)建立坐標系：水平的彈簧振子，以小球的平衡位置為坐標原點，沿著它的振動方向建立坐標軸。小球在平衡位置右邊時它對平衡位置的位移為正，在左邊時為負。(2)繪制圖像：用橫軸表示振子運動的時間t，縱軸表示振子在振動過程中離開平衡位置的位移x，振子振動的x-t圖像如圖所示，是一條正弦(或余弦)曲線。2．簡諧運動(1)定義：如果物體的位移與時間的關系遵從正弦函數的規(guī)律，即它的振動圖像(x-t圖像)是一條正弦曲線，這樣的振動是一種簡諧運動。(2)特點：簡諧運動是最簡單、最基本的振動，彈簧振子的運動就是簡諧運動。3．簡諧運動的振動圖像(x-t圖像)如圖所示：(1)簡諧運動的振動圖像描述振動物體的位移隨時間的變化規(guī)律。(2)簡諧運動的振動圖像是正弦(或余弦)曲線，從圖像上可直接看出不同時刻振動質點的位移大小和方向、速度大小和方向的變化趨勢。第2節(jié)簡諧運動的描述一、描述簡諧運動的物理量1．振幅(1)定義：振動物體離開平衡位置的__最大距離__，用A表示，國際單位：m。(2)振動范圍：振動物體運動范圍為__振幅__的兩倍。2．全振動：類似于O→B→O→C→O的一個__完整__的振動過程。3．周期和頻率(1)周期：做簡諧運動的物體完成一次全振動所需要的__時間__，用T表示，國際單位：s。(2)頻率：單位時間內完成全振動的__次數__，用f表示，單位：Hz。(3)周期T與頻率f的關系：T＝__eq\f(1,f)__。(4)物理意義：周期和頻率都是表示物體__振動快慢__的物理量，周期越小，頻率__越大__，表示物體振動越快。4．相位用來描述周期性運動在各個時刻所處的__不同狀態(tài)__。二、簡諧運動的表達式簡諧運動的函數表達式為x＝__Asin(ωt＋φ)__。1．A：表示簡諧運動的__振幅__。2．ω：是一個與頻率成正比的量，叫作簡諧運動的“圓頻率”，表示簡諧運動的快慢，ω＝__eq\f(2π,T)__＝__2πf__。3．ωt＋φ：代表簡諧運動的__相位__。4．φ：表示t＝0時的相位，叫作__初相__。第3節(jié)簡諧運動回復力和能量一、簡諧運動的回復力1．簡諧運動的動力學定義如果物體在運動方向上所受的力與它偏離平衡位置的位移大小成__正比__，并且總是指向__平衡位置__，質點的運動就是簡諧運動。2．回復力項目內容定義振動質點受到的總能使其回到__平衡位置__的力方向總是指向__平衡位置__表達式F＝__－kx__效果總是要把物體拉回到__平衡位置__二、簡諧運動的能量1．振動系統(tǒng)的狀態(tài)與能量的關系(1)振子的速度與動能：速度不斷__變化__，動能也在不斷__變化__。(2)彈簧形變量與勢能：彈簧形變量在不斷__變化__，因而勢能也在不斷__變化__。2．簡諧振動的能量振動系統(tǒng)的能量一般指振動系統(tǒng)的機械能。振動的過程就是動能和勢能互相轉化的過程。(1)在最大位移處，__勢能__最大，__動能__為零；(2)在平衡位置處，__動能__最大，__勢能__最小；(3)在簡諧運動中，振動系統(tǒng)的機械能__守恒__(選填“守恒”或“減小”)，而在實際運動中都有一定的能量損耗，因此簡諧運動是一種理想化的模型。3．決定能量大小的因素振動系統(tǒng)的機械能跟__振幅__有關，__振幅__越大，機械能就越大，振動越強。單擺一、單擺1．單擺模型(1)由細線和__小球__組成。(2)細線的質量和小球相比__可以忽略__。(3)小球的直徑與線的長度相比__可以忽略__。2．擺動特點：在擺角很小時，位移—時間圖線是一條正弦曲線，說明單擺的運動是__簡諧運動__。二、單擺的回復力1．回復力的來源擺球的重力沿__圓弧切線__方向的分力。2．回復力的特點在偏角很小時，擺球所受的回復力與它偏離平衡位置的位移成__正比__，方向總指向__平衡位置__，即F＝__－eq\f(mg,l)x__。三、單擺的周期1．探究單擺的振幅、質量、擺長對周期的影響(1)探究方法：__控制變量__法。(2)實驗結論：①單擺振動的周期與擺球質量__無關__。②振幅較小時周期與振幅__無關__。③擺長越長，周期__越大__；擺長越短，周期__越小__。2．定量探究單擺的周期與擺長的關系(1)周期的測量：用停表測出單擺N(30～50)次全振動的時間t，利用T＝__eq\f(t,N)__計算它的周期。(2)擺長的測量：用__刻度尺__測出細線長度l0，用__游標卡尺__測出小球直徑D，利用l＝__l0＋eq\f(D,2)__求出擺長。(3)數據處理：改變__擺長__，測量不同__擺長__及對應周期，作出T－l，T－l2或T－eq\r(l)圖像，得出結論。3．周期公式(1)公式的提出：周期公式是荷蘭物理學家__惠更斯__首先提出的。(2)公式：T＝__2πeq\r(\f(l,g))__，即T與擺長l的二次方根成__正比__，與重力加速度g的二次方根成__反比__。第5節(jié)用單擺測重力加速度一、實驗目的通過測量擺長、周期，利用公式g＝__eq\f(4π2l,T2)__求出當地的重力加速度。二、實驗器材鐵架臺及鐵夾、金屬小球(上面有一個通過球心的小孔)、__秒表__、細線(長1m左右)、刻度尺(最小刻度為1mm)、__游標卡尺__。三、實驗原理與設計1．實驗的基本思想——理想化模型：單擺在偏角很小(不大于5°)時的運動，可以看成__簡諧__運動。2．實驗原理：由單擺的周期公式T＝2πeq\r(\f(l,g))，可得g＝__eq\f(4π2l,T2)__，據此通過實驗測出擺長l和周期T，即可計算得到當地的重力加速度。3．實驗設計——兩個物理量的測量方法。(1)單擺長度的測量。用__刻度尺__測量單擺的線長，用__游標卡尺__測量擺球的直徑。擺長即擺線靜止時從懸點到球心間的距離。(2)單擺周期的測量。測出單擺n次全振動的總時間t，單擺周期為T＝__eq\f(t,n)__。受迫振動共振一、固有振動、阻尼振動1．固有振動振動系統(tǒng)__在不受外力作用下__的振動。2．固有頻率__固有__振動的頻率。3．阻尼振動振幅隨時間__逐漸減小__的振動。二、受迫振動1．驅動力作用于振動系統(tǒng)的__周期性__外力。2．受迫振動系統(tǒng)在__驅動力__作用下的振動叫受迫振動。3．受迫振動的頻率做受迫振動的系統(tǒng)振動穩(wěn)定后，其振動頻率等于__驅動力__的頻率，與系統(tǒng)的__固有頻率__無關