第十二章机械振动和机械波知识网络：第1单元机械振动一、基本概念1、机械振动——物体（或物体一部分）在某一中心位置附近所做的往复运动2．回复力：振动物体所受的总是指向平衡位置的合外力，使物体返回平衡位置的力注意：①恢复力不一定是物体所受的合力，例单摆③回复力的意义是指向平衡位置方向上的合力④恢复力是根据效果命名的3．平衡位置：恢复力为零的位置，并非合外力为零的位置。例如单摆。4．位移：是离开平衡位置的位移5．简谐运动——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=-kxF=-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。6．振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量，表示振动的强弱，无正负之分。7．周期和频率：表示振动快慢的物理量。完成一次全振动所用的时间叫周期，单位时间内完成全振动次数叫频率，大小由系统本身的性质决定，所以叫固有周期和频率。任何简谐运动都有共同的周期公式：（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）。二、典型的简谐运动1．弹簧振子（1）说明回复力、加速度、速度、动能和势能的变化规律（周期性和对称性）①回复力指向平衡位置。②位移从平衡位置开始。周期：机械振动简谐运动物理量：振幅、周期、频率运动规律简谐运动图象阻尼振动无阻尼振动受力特点回复力：F=-kx弹簧振子：F=-kx单摆：受迫振动共振在介质中的传播机械波形成和传播特点类型横波纵波描述方法波的图象波的公式：x=vt特性声波，超声波及其应用波的叠加干涉衍射多普勒效应实例（2）周期，与振幅无关，只由振子质量和弹簧的劲度决定。（3）可以证明，竖直放置的弹簧振子的振动也是简谐运动，周期公式也是。这个结论可以直接使用。（4）在水平方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧的弹力；在竖直方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力。证明：如图所示，设振子的平衡位置为O，向下方向为正方向，此时弹簧的形变为，根据胡克定律及平衡条件有①当振子向下偏离平衡位置为时，回复力（即合外力）为②将①代人②得：，可见，重物振动时受力符合简谐运动的条件．【例1】如图所示，质量为m的小球放在劲度为k的轻弹簧上，使小球上下振动而又始终未脱离弹簧。（1）最大振幅A是多大？（2）在这个振幅下弹簧对小球的最大弹力Fm是多大？解析：该振动的回复力是弹簧弹力和重力的合力。在平衡位置弹力和重力等大反向，合力为零；在平衡位置以下，弹力大于重力，F-mg=ma，越往下弹力越大；在平衡位置以上，弹力小于重力，mg-F=ma，越往上弹力越小。平衡位置和振动的振幅大小无关。因此振幅越大，在最高点处小球所受的弹力越小。极端情况是在最高点处小球刚好未离开弹簧，弹力为零，合力就是重力。这时弹簧恰好为原长。（1）最大振幅应满足kA=mg，A=（2）小球在最高点和最低点所受回复力大小相同，所以有：Fm-mg=mg，Fm=2mg【例2】弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点之间做简谐运动．B、C相距20cm．某时刻振子处于B点．经过0.5s，振子首次到达C点．求：（1）振动的周期和频率；（f＝1Hz）（2）振子在5s内通过的路程及位移大小；（10cm．）（3）振子在B点的加速度大小跟它距O点4cm处P点的加速度大小的比值（5：2）【例3】一弹簧振子做简谐运动．周期为T（D）A．若t时刻和（t+△t）时刻振子运动速度的大小相等、方向相反，则Δt一定等于T/2的整数倍D．若t时刻和（t+△t）时刻振子运动位移的大小相等、方向相同，则△t一定等于T的整数倍C．若△t＝T／2，则在t时刻和（t－△t）时刻弹簧的长度一定相等D．若△t＝T，则在t时刻和（t－△t）时刻振子运动的加速度一定相同2．单摆。在一不可伸长、忽略质量的细线下端拴一质点，上端固定，构成的装置叫单摆。⑴单摆的特点：单摆是实际摆的理想化，是一个理想模型;单摆振动可看作简谐运动的条件：α＜10℃。单摆的等...
