高三物理机械振动-讲义（学生版）.pdf

机械振动

学习目标

1.掌握描述振动的物理量和两种运动模型

2.掌握简谐运动的图像和表达式

3.掌握几种特殊振动形式

一、机械振动和简谐运动

1.机械振动

机械振动：物体（或物体的某一部分）在某一中心位置两侧所做的往复运动，叫做机械振动．中心位置

称为平衡位置．

2.简谐运动

（1）定义：物体在跟位移大小成正比并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动。

（2）平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置。

（3）回复力：

①定义：使物体返回到平衡位置的力。

②方向：总是指向平衡位置。

③来源：属于效果力，可以是某一个力，也可以是几个力的合力或某个力的分力。

简谐运动的特征：

1．受力特征：简谐运动的回复力满足，位移与回复力的方向相反。由牛顿第二定律知，加

速度与位移的大小成正比，方向相反。

2．运动特征：当、同向(即、F同向，也就是、反向)时，一定增大；当、反向(即、F反向，

也就是、同向)时，一定减小。当物体靠近平衡位置时，、、都减小，增大；当物体远离平衡

位置时，、、都增大，减小。

3．能量特征：对单摆和弹簧振子来说，振幅越大，能量越大，在振动过程中，动能和势能相互转化，

机械能守恒。

4．周期性特征：物体做简谐运动时，其位移、回复力、加速度、速度、动量等矢量都随时间做周期性

的变化，它们的周期就是简谐运动的周期。物体的动能和势能也随时间做周期性的变化，其周期为。

5．对称性特征

1

(1)速率的对称性：物体在关于平衡位置对称的两位置具有相等的速率。

(2)时间的对称性：物体通过关于平衡位置对称的两段位移的时间相等。在振动过程中，物体通过任意两

点A、B间的位移的时间与逆向通过这两点间的位移的时间相等。

(3)加速度的对称性：物体在关于平衡位置对称的两位置具有等大、反向的加速度。

3.描述简谐运动的物理量

物理量定义意义

由平衡位置指向质点所在位置的描述质点振动中某时刻的位置相

位移

有向线段对于平衡位置的位移

振动物体离开平衡位置的最大距

振幅描述振动的强弱和能量

离

振动物体完成一次全振动所需时

周期

间描述振动的快慢，两者互为倒数

振动物体单位时间内完成全振动

频率

的次数

描述周期性运动在各个时刻所处

相位ωt＋φ

的不同状态

4.简谐运动的两种模型

2

弹簧振子(水平)单摆

模型示意图

细线不可伸长、质量忽略、无空

条件忽略弹簧质量，无摩擦等阻力