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大学物理上册振动课件
一 理解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.
教学基本要求
二 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.
四 掌握同方向、同频率简谐运动的合成规律.
三 掌握描述简谐运动的旋转矢量法和图线表示法,并会用于简谐运动规律的讨论和分析.
广义振动:任一物理量(如位移、电流等)在某一
数值附近反复变化。
机械振动:物体在某一位置附近作来回往复的运动。
例如一切发声体、心脏、海浪起伏、地震以及晶体中原子的振动等.
最简单最基本的振动。
简谐振动:一个作往复运动的物体,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)规律变化的振动。
§1 简谐振动的描述
其通解为:
简谐振动的微分方程
简谐振动的运动学方程
二、描述简谐振动的特征量
1、振幅 A
简谐振动物体离开平衡位置的最大位移(或角位移)的绝对值。
频率:单位时间内振动的次数。
2、周期 、频率、圆频率
弹簧振子
圆(角)频率
固有角频率、固有周期、固有频率
周期T :物体完成一次全振动所需时间。
由系统本身性质决定
3、相位和初相位
0 是t =0时刻的位相—初相位
相位差两振动相位之差(或同一振动不同时刻相位之差)。
当=2k ,k=0,±1,±2…,两振动步调相同,称同相
当=(2k+1) , k=0,±1,±2...
两振动步调相反,称反相
2 超前于1 或 1滞后于 2
相位差反映了两个振动不同程度的参差错落
谐振动的位移、速度、加速度之间的相位关系
振动相位
逆时针方向
M 点在 x 轴上投影(P点)的运动规律:
振幅A
三、简谐振动的旋转矢量表示法
简谐振动的矢量图示法
用旋转矢量表示相位关系
同相
反相
由图可见:
例4.1.2 一质点作简谐振动的振动曲线如图4.1.8所示,求质点的振动方程.
t/s
一、弹簧振子
§2 简谐振动的动力学特征
单摆
结论:单摆的小角度摆动是简谐振动。
二、微振动的简谐近似
摆球对C点的力矩
复摆:绕不过质心的水平固定轴转动的刚体
结论:复摆的小角度摆动是简谐振动。
例: 一质量为m 的平底船,其平均水平截面积为S,吃水深度为h,如不计水的阻力,求此船在竖直方向的振动周期。
解: 船静止时浮力与重力平衡,
船在任一位置时,以水面为坐标原点,竖直向下的坐标轴为y 轴,船的位移用y 表示。
船的位移为y 时船所受合力为:
船在竖直方向作简谐振动,其角频率和周期为:
因
得:
简谐运动的描述和特征
(2)简谐运动的动力学描述
(3)简谐运动的运动学描述
(4)加速度与位移成正比而方向相反
以弹簧振子为例
E =Ek+Ep
某一时刻
动能和势能是时间的周期性函数
§3 简谐振动的能量
在平衡位置处,x = 0, 速度的值为最大;
在最大位移处,x = A, 速度为零。
*速度、位移大小关系:
1) 普适
2) 时间平均值
3)由起始能量求振幅
4)
一、同方向、同频率谐振动的合成
合振动是简谐振动, 其频率仍为
合振动 :
§5 简谐振动的合成
1、三角函数合成法(或复振幅法)
3、旋转矢量合成法(几何法)
2、振动曲线合成法
合振动的计算方法
同方向同频率的两个简谐振动的合成
如 A1=A2 , 则 A=0
两分振动相互加强
两分振动相互减弱
讨论
多个同方向同频率简谐运动的合成
多个同方向同频率简谐运动合成仍为简谐运动
合振动不是简谐振动
*二. 同方向不同频率简谐振动的合成
分振动
合振动
合振动可近似看作振幅缓变的简谐振动
测未知频率的一种方法
由式
得
拍: 合振动忽强忽弱的现象
拍频 : 单位时间内振幅强弱变化的次数
*三、两个相互垂直的同频率简谐振动的合成
合振动
分振动
合振动的轨迹为通过原点且在第一、第三象限内的直线
讨论
合振动的轨迹为通过原点且在第二、第四象限内的直线
合振动的轨迹为以x轴和y轴为轴线的椭圆
质点沿椭圆的运动方向是顺时针的。
用旋转矢量描绘振动合成图
合振动的轨迹为以x轴和y轴为轴线的椭圆
质点沿椭圆的运动方向是逆时针的。
*四、垂直方向不同频率
俩振动频率相差不大,轨迹将按上页图依次缓慢变化。
李萨如图形
两振动的频率成简单的整数比,轨迹称为
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