机械振动1

第1节简谐运动1.平衡位置是振子原来静止的位置，振子在其附近所做的往复运动，是一种机械振动，简称振动。

2．如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x­t图像)是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动，它是一种最简单、最基本的振动，是一种周期性运动。

3．简谐运动的位移一时间图像表示质点离开平衡位置的位移随时间变化的关系，而非质点的运动轨迹。

由该图像可以确定质点在任意时刻偏离平衡位置的位移和运动情况。

一、弹簧振子1．弹簧振子如图所示，如果球与杆或斜面之间的摩擦可以忽略，且弹簧的质量与小球相比也可以忽略，则该装置为弹簧振子。

2．平衡位置振子原来静止时的位置。

3．机械振动振子在平衡位置附近所做的往复运动，简称振动。

二、弹簧振子的位移—时间图像1．振动位移从平衡位置指向振子某时刻所在位置的有向线段。

2．建立坐标系的方法以小球的平衡位置为坐标原点，沿振动方向建立坐标轴。

一般规定小球在平衡位置右边(或上边)时，位移为正，在平衡位置左边(或下边)时，位移为负。

3．图像绘制用频闪照相的方法来显示振子在不同时刻的位置。

三、简谐运动及其图像1．定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x­t图像)是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。

2．特点：简谐运动是最简单、最基本的振动，其振动过程关于平衡位置对称，是一种往复运动。

弹簧振子的运动就是简谐运动。

3．简谐运动的图像(1)形状：正弦曲线，凡是能写成x＝A sin(ωt＋φ)的曲线均为正弦曲线。

(2)物理意义：表示振动的质点在不同时刻偏离平衡位置的位移，是位移随时间的变化规律。

1．自主思考——判一判(1)平衡位置即速度为零时的位置。

(×)(2)平衡位置为振子能保持静止的位置。

(√)(3)振子的位移－5 cm小于1 cm。

(×)(4)简谐运动的轨迹是一条正弦(或余弦)曲线。

(×)(5)简谐运动是一种匀变速直线运动。

高二物理第九章机械振动第一、二、三节人教版【本讲教育信息】一. 教学内容：第九章 机械振动第一节 简谐振动 第二节振幅、周期和频率 第三节 简谐运动的图象二. 知识要点： 〔一〕简谐振动1. 机械振动的定义：物体在某一中心位置两侧所做的往复运动。

2. 回复力的概念：使物体回到平衡位置的力。

注意：回复力是根据力的效果来命名的，可以是各种性质的力，也可以是几个力的合力或某个力的分力。

3. 简谐运动概念：物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的力作用下的振动。

特征是：kx F -=；m kx a /-=。

〔特例：弹簧振子〕4. 简谐运动中位移、回复力、速度、加速度的变化规律。

〔参看课本〕〔1〕振动中的位移x 都是以平衡位置为起点的，方向从平衡位置指向末位置、大小为这两位置间的直线距离，在两个“端点〞最大，在平衡位置为零。

〔2〕加速度a 的变化与回F 的变化是一致的，在两个“端点〞最大，在平衡位置为零，方向总是指向平衡位置。

〔3〕速度大小v 与加速度a 的变化恰好相反，在两个“端点〞为零，在平衡位置最大。

除两个“端点〞外任一个位置的速度方向都有两种可能。

〔二〕振幅、周期、频率1. 振幅A 的概念：振动物体离开平衡位置的最大距离称为振幅。

它是描述振动强弱的物理量。

2. 周期和频率的概念：振动的物体完成一次全振动所需的时间称为振动周期，单位是秒；单位时间内完成的全振动的次数称为振动频率，单位是赫兹。

周期和频率都是描述振动快慢的物理量。

注意：全振动是指物体先后两次运动状态．．．．．．．．〔位移和速度〕完全一样．．．．所经历的过程。

振动物体在一个全振动过程通过的路程等于4个振幅。

3. 周期和频率的关系：fT 1=4. 固有频率和固有周期：物体的振动频率，是由振动物体本身的性质决定的，与振幅的大小无关，所以叫固有频率。

振动周期也叫固有周期。

〔三〕简谐运动的图象 1. 简谐运动的图象：〔1〕作法：以横轴表示时间，纵轴表示位移，根据实际数据取单位，定标度，描点。

机械振动课程总结一、课程总结经过32个学时系统的学习，对机械振动这门课程有了一定的掌握和理解。

老师先从机械振动的基本概念入手，逐步深化，带我们领略了机械振动的内涵。

F面按照所学知识结构对该门课程进行总结和回顾。

机械振动这门课程先讲述了机械振动的简单概念，然后按照自由度的概念分别讲述了一自由度系统振动，即振系在受到初始激扰后的振动，包括自由振动、强迫振动以及瞬态振动，然后是二自由度和多自由度系统的振动，以及这些振动的分析方法。

还分析了弹性体振动的准确解以及近似解法，这也属于多自由度系统的振动。

在这个过程中，还简要介绍了拉格朗日方程以及非线性振动和随机振动。

整门课程内容饱满充实，结构紧凑，从一自由度到多自由度，从离散系统到连续系统，衔接紧密。

所谓机械振动，就是物体在平衡位置附近来回往复的运动。

任何物体都有质量和弹性，因此都有可能发生振动，它们都是振动系统。

振动系统有离散系统和连续系统之分。

描述振动系统的参数有自由度，也就是确定一个振动系统空间位置所需要的独立坐标的个数。

振动系统在外界振动激扰（激励）作用下，会呈现一定的振动响应仮应）。

激扰就是系统的输入，响应是输出。

按照激扰的方式可以讲振动分为自由振动、强迫振动、自激振动和参激振动。

然后具体讲述了自由振动和强迫振动。

它们和瞬态振动一样，同属于一自由度系统的振动。

一般来说，自由振动是弹性系统偏离于平衡状态以后，不再受外界激扰的情形下所发生的振动。

简谐振动是自由振动的一种形式，它是无阻尼振系的自由振动，其位移可表示为时间的正弦函数。

对理想的无阻尼的自由振动的分析可以采用能量法。

其遵循的原理是，在阻尼略去不计的条件下，振系在自由振动时的动能与势能之和（即机械能）保持常值。

令T与U分别代表振系动能与势能，有T+U= 常数。

这就是应用于振系的能量守恒原理。

实际系统都是有阻尼的，如衰减振动, 它们的分析可以应用牛顿运动定律，列出确定这种振动规律的微分方程，求解得出位移与速度的表达式以及频率与周期的公式。

机械振动和机械波§1 机械振动一、简谐运动的基本概念1．定义物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动，叫简谐运动。

表达式为：F= -kx（1）简谐运动的位移必须是指偏离平衡位置的位移。

也就是说，在研究简谐运动时所说的位移的起点都必须在平衡位置处。

（2）回复力是一种效果力。

是振动物体在沿振动方向上所受的合力。

（3）“平衡位置”不等于“平衡状态”。

平衡位置是指回复力为零的位置，物体在该位置所受的合外力不一定为零。

（如单摆摆到最低点时，沿振动方向的合力为零，但在指向悬点方向上的合力却不等于零，所以并不处于平衡状态）（4）F= -kx是判断一个振动是不是简谐运动的充分必要条件。

凡是简谐运动沿振动方向的合力必须满足该条件；反之，只要沿振动方向的合力满足该条件，那么该振动一定是简谐运动。

2．几个重要的物理量间的关系要熟练掌握做简谐运动的物体在某一时刻（或某一位置）的位移x、回复力F、加速度a、速度v这四个矢量的相互关系。

（1）由定义知：F∝x，方向相反。

（2）由牛顿第二定律知：F∝a，方向相同。

（3）由以上两条可知：a∝x，方向相反。

（4）v和x、F、a之间的关系最复杂：当v、a同向（即v、F同向，也就是v、x反向）时v一定增大；当v、a反向（即v、F反向，也就是v、x同向）时，v一定减小。

3．从总体上描述简谐运动的物理量振动的最大特点是往复性或者说是周期性。

因此振动物体在空间的运动有一定的范围，用振幅A来描述；在时间上则用周期T来描述完成一次全振动所须的时间。

（1）振幅A是描述振动强弱的物理量。

（一定要将振幅跟位移相区别，在简谐运动的振动过程中，振幅是不变的而位移是时刻在改变的）（2）周期T是描述振动快慢的物理量。

（频率f=1/T也是描述振动快慢的物理量）周期由振动系统本身的因素决定，叫固有周期。

任何简谐运动都有共同的周期公式：kmTπ2=（其中m 是振动物体的质量，k是回复力系数，即简谐运动的判定式F=-kx中的比例系数，对于弹簧振子k 就是弹簧的劲度，对其它简谐运动它就不再是弹簧的劲度了）。

高二物理机械振动 1—3节人教实验版【本讲教育信息】一. 教学内容：机械振动 1—3节知识要点：1、知道什么是简谐运动和简谐运动的图像2、掌握简谐运动的周期、振幅和频率与简谐运动的表达式3、理解简谐运动的回复力特点与一个全振动中位移、回复力、加速度、速度的变化情况。

重点、难点解析：一、简谐运动1、振动与弹簧振子〔1〕振动：①平衡位置：做往复运动的物体能够静止的位置，叫做平衡位置。

②振动：物体〔或物体的一局部〕在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动。

注意：振动物体可能做直线运动，也可能做曲线运动，所以其运动的轨迹可能是直线，也可能是曲线。

〔2〕弹簧振子：弹簧振子是指小球和弹簧所组成的系统，这是一种理想化模型。

如下列图装置，如果球与杆之间的摩擦可以忽略，且弹簧的质量与小球的质量相比也可以忽略，如此该装置为弹簧振子2、弹簧振子的位移——时间关系〔1〕弹簧振子的位移：①位移是从平衡位置指向振动质点某时刻所在位置的有向线段。

振动中的位移不是在直线运动中或曲线运动中所述的由初位置指向末位置的有向线段，振动中的位移不管振动质点的起始位置，一律从平衡位置开始指向振动质点所在位置。

②位移是矢量，规定小球在平衡位置的右边时，它对平衡位置的位移为正，在左边时为负。

〔2〕弹簧振子的x—t图象：①图象的建立：用横坐标表示振动物体运动的时间t，纵坐标表示振动物体运动过程中对于平衡位置的位移x，建立坐标系，如下列图。

②图象意义：反映了振动物体相对平衡位置的位移x随时间t变化的规律。

③振动位移：通常以平衡位置为位移起点。

所以振动位移的方向总是背离平衡位置的。

如下列图，在x—t图象中，某时刻质点位置在t轴上方，表示位移为正〔如图中t1、t2时刻〕，某时刻质点位置在t轴下方，表示位移为负〔如图t3、t4时刻〕。

3. 简谐运动如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象〔x—t图象〕是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。