物理讲座-振动与波动-课件

物理讲座振动与波机械振动阻尼振动简谐运动受迫振动弹簧振子单摆特征周期性运动变加速运动机械能守恒表征振幅、周期、频率描述方法图象法周期公式（测g值）共振机械波形成与传播特点及类型描绘方法传播规律波的图象波的公式波的叠加、干涉、衍射多普勒效应振动在介质中传播知识结构2PPT课件机械振动：物体（或物体的某一部分）在某一中心位置（平衡位置）两侧所做的往复运动，叫做机械振动。机械振动有许多物体看起来是静止的，其实它处在动态平衡。常常束缚在平衡位置附近运动。如固体的分子等。而且波动是讨论的一个区域有代表性点的振动，所以研究振动有很重要的意义。振动最简单的理想模型，就是简谐振动模型。它可以用正弦或余弦函数表示，由于数学上的突破，各种做来回运动的函数都可以用正弦或余弦函数展开，于是简谐振动理论是整个振动理论和波动理论的基础理论。3PPT课件定义：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。动力学特征：F=－kx——回复力简谐运动方程：x＝Asin(ωt＋φ)①②③④⑤⑥简谐运动4PPT课件简谐运动实例5PPT课件周期（T）：完成一次全振动所经历的时间。频率（f）：一秒钟内完成全振动的次数。单位:赫兹(Hz)。振幅（A）：振动物体离开平衡位置的最大距离。位移（x）：由平衡位置指向质点所在位置的有向线段，矢量。表述机简谐振动的物理量圆频率（ω）与频率关系：ω=2πf周期频率和圆频率都是表征振动快慢的物理量。频率与周期关系：相位（ωt+φ）：描述物理振动的状态。6PPT课件简谐运动方程：x＝Asin(ωt＋φ)简谐运动方程圆频率振幅相位初相位位移运动的图象x＝Asinωtx＝Asin(ωt+90°）简谐运动合成举例7PPT课件弹簧振子模型OABCDOABCDOABCDOABCDOABCDOABCDOABCDOBCDAXXXXXXFFFFFFV=0V最大V=0V最大x＝Asinωt8PPT课件

简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒。tE0机械能简谐运动的能量由劲度系数和振幅决定.劲度系数越大,振动的能量越大；振幅越大，振动的能量越大.简谐运动的能量动能最大势能最大势能最大动能和势能也作周期变化，但比位移周期快一倍。位移动能势能9PPT课件单摆模型式中l为摆长g为当地重力加速度。与单摆小球质量无关。单摆的等时性：在小振幅摆动时，单摆的振动周期跟振幅和振子的质量都没关系.(1)单摆：一条不可伸长的、忽略质量的细线，一端固定，另一端拴一质点，这样构成的装置叫单摆.这是一种理想化的模型，实际悬线(杆)下接小球的装置都可作为单摆.(2)单摆振动可看作简谐运动的条件是最大偏角α＜10°.10PPT课件作简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，一定相同的物理量是（）

A：速度B：位移

C：回复力D：加速度BCD例√√√11PPT课件A．等于在平衡位置时振子的动能B．等于在最大位移时弹簧的弹性势能C．等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和D．位移越大振动能量也越大

ABC关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的有（）例√√√12PPT课件(1)单摆的振幅为________，频率为________，摆长为________，一周期内位移x(F回、a、Ep)最大的时刻为________

．(2)单摆摆球多次通过同一位置时，下列物理量变化的是________．A.位移B.速度C.加速度D.速率E.动能F.摆线张力如图所示为一单摆及其振动图象，由图回答：例3m0.5Hz1m0.5s或1.5sB13PPT课件

一个弹簧振子，第一次被压缩x后释放做自由振动，周期为T1，第二次被压缩2x后释放做自由振动，周期为T2，则两次振动周期之比T1∶T2为(

)A．1∶1

B．1∶2

C．2∶1

D．1∶4A例√14PPT课件阻尼振动：当系统受到阻力时的振动。过阻尼临界阻尼欠阻尼xt0阻尼振动阻尼振动要消耗机械能，因而振幅会减少，最后停下。15PPT课件共振当=0时，系统的振动速度和振幅都达到最大值。受迫振动：系统在周期性驱动力作用下的振动．物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率

，与物体的固有频率0无关．固有频率：不受外力作用时振动的频率。受迫振动和共振16PPT课件随后在大风中因产生共振而断塌我国四川綦江彩虹桥的断裂：武警跑步（引起共振）质量太差，1940年华盛顿的塔科曼大桥在大风中产生振动17PPT课件某振动系统的固有频率为f0，在周期性驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为f.若驱动力的振幅保持不变，下列说法正确的是

()A．当f＜f0时，该振动系统的振幅随f增大而减小B．当f

＞f0时，该振动系统的振幅随f减小而增大C．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0D．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f例BD√√18PPT课件波动是振动的传播过程。介质中的任一点在波源的影响下受迫振动。机械波：机械振动在介质中的传播过程。电磁波：变化的电场和变化的磁场在空间的传播过程。波带操：机械波在彩带上传播19PPT课件介质注：波动是波源的振动状态或振动能量在介质中的传播，质点并不随波前进。波源产生机械振动的振源。如：人的声带传播机械振动的介质。如空气，水。机械波产生的条件横波：上下振动（⊥V振动）纵波：前后振动（∥V振动）波速ｖ波的能量正比与波振幅的平方20PPT课件描述波的参量(1)波长λ:相位总是相等的两个相邻质点间的距离．(2)频率f：波的频率就是介质中各质点的振动频率。由波源决定。(3)波速v：机械振动在介质中的传播速度。由介质决定。(4)三者关系:xu波长是波的“空间周期”。21PPT课件波线（waveline）——波传播方向的射线波面（wavesurface）——振动相位相同的点组成的面又称波阵面波前（wavefront）——某时刻波到达的各点所构成的面球面波平面波波线波面注：波线和波阵面垂直。波前波的几何描述22PPT课件比较内容

振动图象波的图象图象意义一质点位移随时间变化的规律某时刻所有质点相对平衡位置的位移图象特点图象信息(1)振动周期、振幅(2)各时刻质点的位移、速度、加速度(包括大小、方向)(1)波长、振幅(2)任意一质点此刻的位移和加速度方向图象变化随时间推移图象延续，但原有形状不变随时间推移，图象沿传播方向平移一完整曲线对应横坐标一个周期一个波长振动与波的对比23PPT课件下列关于横波与纵波的说法正确的是（）A、声波是纵波，水波是横波；B、地震波包含纵波和横波，而且纵波传播的速度比横波的快；C、质点振动方向是水平方向，波也是沿着水平方向传播，这样的波属于纵波；D、横波中的质点不“随波逐流”，纵波中的质点会“随波逐流”。AB例√√24PPT课件

图是某时刻一列横波在空间传播的波形图线．已知波是沿x轴正方向传播，波速为4cm/s，试计算并画出经过此时之后1.25s的空间波形图．

Δx=4×1.25=5cm25PPT课件A.波长为B.波速为1m/sC.3s末A、B两质点的位移相同D.1s末A点的振动速度大于B点的振动速度一列波长大于1m的横波沿着x轴正方向传播.处在x1=1m和x2=2m的两质点A、B的振动图像如图所示.由此可知（）A提示xAB=(n+)λ(n=0、1、2……)例26PPT课件波的叠加原理:介质质点的位移等于几列波单独传播时引起的位移的矢量和波传播的独立性两不同形状的正脉冲大小形状一样的正负脉冲?波的叠加在传播过程中只是相遇处波形因叠加变化驻波现象27PPT课件惠更斯原理惠更斯原理：波在媒质中传播到的各点，都可看成新的子波源。在以后的任一时刻，这些子波的包络面就是该时刻的波前。

1696年提出惠更斯原理28PPT课件反射与折射波的反射定律（1）入射波的波线、反射波的波线和界面法线在同一平面内；（2）反射角等于入射角。波的折射定律（1）入射波的波线、折射波的波线和界面法线在同一平面内；

（2）入射角的正弦与折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的传播速率与在第二种介质中的传播速率之比，即：。（叫做介质2对介质1的折射率）29PPT课件

波叠加时在空间出现稳定的振动加强和减弱的分布叫波的干涉现象。——一种特殊的波的叠加相干条件：①频率相同；②振动方向相同；③有固定相位差。波的干涉水波盘中水波的干涉30PPT课件cS1S2abd如图所示，S1、S2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的有（）A.该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振动既不是最强也不是最弱B.该时刻a质点振动最弱，b、c、d质点振动都最强C.a质点的振动始终是最弱的，b、c、d质点的振动始终是最强的D.再过T/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱例A√31PPT课件波传播过程中，当遇到障碍物时，能绕过障碍物边缘而偏离直线传播的现象称波的衍射。·入射波衍射波障碍物···入射波衍射波障碍物a例如：相对于波长而言，障碍物的线度越大衍射现象越不明显，障碍物的线度越小衍射现象越明显。或说长波衍射显著。波的衍射32PPT课件广播和电视哪个更容易收到?更容易听到男的还是女的说话的声音？障碍物（声音强度相同的情况下）33PPT课件uS·vS=0·RvR·多普勒效应：由于波源和观察者的运动，而使观测的频率不同于波源频率的现象。多普勒效应vS

S···R测=

34PPT课件次声波（infrasonicwave）<20Hz。大象、鱼、老鼠等能听到次声。次声波因不易被水和空气吸收，因而常常不容易衰减。次声波的波长往往很长，因此能绕开某些大型障碍物发生衍射。某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率4Hz～8Hz相近，容易共振受损。超声波>20000Hz。狗能听到最高频率50000Hz的声音，蝙幅能发出且能听到的声音频率高达120000Hz，此外海豚等也能发出和感受到超声。超声波的应用:分两类，一类是两种其波长小来探测；二是利用它的能量。次声波和超声波35PPT课件1.物体做简谐运动的动力学特征:回复力及加速度表达式为:F=

,a=

,方向总是与位移的方向相反,始终指向

位置.2.物体做简谐运动的位移随时间变化的表达式为:x=

。3.简谐运动的能量特征是:振动的能量与

有关,随

的增大而增大.振动系统的动能和势能相互转化,总机械能守恒,能量的转化周期是位移周期的

.4.简谐运动的两种模型是

和单摆.当单摆摆动的角度α<10°时,可以看成简谐运动,其周期公式为T=2π

.练习136PPT课件返回目录一列简谐横波向右传播，波速为v0，沿波传播方向上有相距为L的P、Q两点，如图所示.某时刻P、Q两质点都处于平衡位置，且P、Q间仅有一个波峰.经过时间t，Q质点第一次运动到波谷，则t的可能值有（）A.1个B.2个C.3个D.4个练习237PPT课件由实验知道遥远的星系所生成的光谱都呈现“红移”，即光谱线都向红色部分移动了一段距离，由此现象可知（）A.宇宙在膨胀B.宇宙在收缩C.宇宙部分静止不动D.宇宙只发出红光光谱练习338PPT课件1.物体做简谐运动的动力学特征:回复力及加速度表达式为:F=

,a=