機械振動(dòng)的(有關(guān)高中物理機械振動(dòng)的所有知識點(diǎn))

1.有關(guān)高中物理 機械振動(dòng)的所有知識點(diǎn)

（一）機械振動(dòng) 物體（質(zhì)點(diǎn)）在某一中心位置兩側所做的往復運動(dòng)就叫做機械振動(dòng)，物體能夠圍繞著(zhù)平衡位置做往復運動(dòng)，必然受到使它能夠回到平衡位置的力即回復力。

回復力是以效果命名的力，它可以是一個(gè)力或一個(gè)力的分力，也可以是幾個(gè)力的合力。 產(chǎn)生振動(dòng)的必要條件是：a、物體離開(kāi)平衡位置后要受到回復力作用。

b、阻力足夠小。 （二）簡(jiǎn)諧振動(dòng) 1. 定義：物體在跟位移成正比，并且總是指向平衡位置的回復力作用下的振動(dòng)叫簡(jiǎn)諧振動(dòng)。

簡(jiǎn)諧振動(dòng)是最簡(jiǎn)單，最基本的振動(dòng)。研究簡(jiǎn)諧振動(dòng)物體的位置，常常建立以中心位置（平衡位置）為原點(diǎn)的坐標系，把物體的位移定義為物體偏離開(kāi)坐標原點(diǎn)的位移。

因此簡(jiǎn)諧振動(dòng)也可說(shuō)是物體在跟位移大小成正比，方向跟位移相反的回復力作用下的振動(dòng)，即F=-kx，其中“-”號表示力方向跟位移方向相反。 2. 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的條件：物體必須受到大小跟離開(kāi)平衡位置的位移成正比，方向跟位移方向相反的回復力作用。

3. 簡(jiǎn)諧振動(dòng)是一種機械運動(dòng)，有關(guān)機械運動(dòng)的概念和規律都適用，簡(jiǎn)諧振動(dòng)的特點(diǎn)在于它是一種周期性運動(dòng)，它的位移、回復力、速度、加速度以及動(dòng)能和勢能（重力勢能和彈性勢能）都隨時(shí)間做周期性變化。 （三）描述振動(dòng)的物理量，簡(jiǎn)諧振動(dòng)是一種周期性運動(dòng)，描述系統的整體的振動(dòng)情況常引入下面幾個(gè)物理量。

1. 振幅：振幅是振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置的最大距離，常用字母“A”表示，它是標量，為正值，振幅是表示振動(dòng)強弱的物理量，振幅的大小表示了振動(dòng)系統總機械能的大小，簡(jiǎn)諧振動(dòng)在振動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)能和勢能相互轉化而總機械能守恒。 2. 周期和頻率，周期是振子完成一次全振動(dòng)的時(shí)間，頻率是一秒鐘內振子完成全振動(dòng)的次數。

振動(dòng)的周期T跟頻率f之間是倒數關(guān)系，即T=1/f。振動(dòng)的周期和頻率都是描述振動(dòng)快慢的物理量，簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期和頻率是由振動(dòng)物體本身性質(zhì)決定的，與振幅無(wú)關(guān)，所以又叫固有周期和固有頻率。

（四）單擺：擺角小于5°的單擺是典型的簡(jiǎn)諧振動(dòng)。 細線(xiàn)的一端固定在懸點(diǎn)，另一端拴一個(gè)小球，忽略線(xiàn)的伸縮和質(zhì)量，球的直徑遠小于懸線(xiàn)長(cháng)度的裝置叫單擺。

單擺做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的條件是：最大擺角小于5°，單擺的回復力F是重力在圓弧切線(xiàn)方向的分力。單擺的周期公式是T=。

由公 式可知單擺做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的固有周期與振幅，擺球質(zhì)量無(wú)關(guān)，只與L和g有關(guān)，其中L是擺長(cháng)，是懸點(diǎn)到擺球球心的距離。g是 單擺所在處的重力加速度，在有加速度的系統中（如懸掛在升降機中的單擺）其g應為等效加速度。

（五）振動(dòng)圖象。 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的圖象是振子振動(dòng)的位移隨時(shí)間變化的函數圖象。

所建坐標系中橫軸表示時(shí)間，縱軸表示位移。圖象是正弦或余弦函數圖象，它直觀(guān)地反映出簡(jiǎn)諧振動(dòng)的位移隨時(shí)間作周期性變化的規律。

要把質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)過(guò)程和振動(dòng)圖象聯(lián)系起來(lái)，從圖象可以得到振子在不同時(shí)刻或不同位置時(shí)位移、速度、加速度，回復力等的變化情況。 （六）阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)、共振。

簡(jiǎn)諧振動(dòng)是一種理想化的振動(dòng)，當外界給系統一定能量以后，如將振子拉離開(kāi)平衡位置，放開(kāi)后，振子將一直振動(dòng)下去，振子在做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的圖象中，振幅是恒定的，表明系統機械能不變，實(shí)際的振動(dòng)總是存在著(zhù)阻力，振動(dòng)能量總要有所耗散，因此振動(dòng)系統的機械能總要減小，其振幅也要逐漸減小，直到停下來(lái)。振幅逐漸減小的振動(dòng)叫阻尼振動(dòng)，阻尼振動(dòng)雖然振幅越來(lái)越小，但振動(dòng)周期不變，振幅保持不變的振動(dòng)叫無(wú)阻尼振動(dòng)。

振動(dòng)物體如果在周期性外力──策動(dòng)力作用下振動(dòng)，那么它做受迫振動(dòng)，受迫振動(dòng)達到穩定時(shí)其振動(dòng)周期和頻率等于策動(dòng)力的周期和頻率，而與振動(dòng)物體的固有周期或頻率無(wú)關(guān)。 物體做受迫振動(dòng)的振幅與策動(dòng)力的周期（頻率）和物體的固有周期（頻率）有關(guān)，二者相差越小，物體受迫振動(dòng)的振幅越大，當策動(dòng)力的周期或頻率等于物體固有周期或頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大，叫共振。

【典型例題】 [例1] 一彈簧振子在一條直線(xiàn)上做簡(jiǎn)諧運動(dòng)，第一次先后經(jīng)過(guò)M、N兩點(diǎn)時(shí)速度v(v≠0)相同，那么，下列說(shuō)法正確的是（ ） A. 振子在M、N兩點(diǎn)受回復力相同 B. 振子在M、N兩點(diǎn)對平衡位置的位移相同 C. 振子在M、N兩點(diǎn)加速度大小相等 D. 從M點(diǎn)到N點(diǎn)，振子先做勻加速運動(dòng)，后做勻減速運動(dòng) 解析：建立彈簧振子模型如圖所示，由題意知，振子第一次先后經(jīng)過(guò)M、N兩點(diǎn)時(shí)速度v相同，那么，可以在振子運動(dòng)路徑上確定M、N兩點(diǎn)，M、N兩點(diǎn)應關(guān)于平衡位置O對稱(chēng)，且由M運動(dòng)到N，振子是從左側釋放開(kāi)始運動(dòng)的（若M點(diǎn)定在O點(diǎn)右側，則振子是從右側釋放的）。建立起這樣的物理模型，這時(shí)問(wèn)題就明朗化了。

高中各年級課件教案習題匯總 語(yǔ)文 數學(xué) 英語(yǔ) 物理 化學(xué) 因位移、速度、加速度和回復力都是矢量，它們要相同必須大小相等、方向相同。M、N兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對稱(chēng)，振子回復力應大小相等、方向相反，振子位移也是大小相等，方向相反。

由此可知，A、B選項錯誤。振子在M、N兩點(diǎn)的加速度雖然方向相反，但大小相等，故C選項正確。

振子由M→O速度越來(lái)越大，但加速度越來(lái)越小，振子做加速運動(dòng)，但不是勻加速運動(dòng)。振子由O→N速度越來(lái)越小，但加速度越來(lái)越大，振子做減速運動(dòng)，但不。

2.物理機械振動(dòng)的知識點(diǎn),,簡(jiǎn)諧運動(dòng),單擺,共振,受迫振動(dòng)等的常見(jiàn)

第六章 機械運動(dòng)、機械波 一、主要內容 本章內容包括機械振動(dòng)、回復力、振幅、周期、頻率、簡(jiǎn)諧振動(dòng)、受迫振動(dòng)、共振、機械波、波長(cháng)、波速、橫波、縱波、波的干涉和衍射等基本概念，以及單擺振動(dòng)的周期規律、簡(jiǎn)諧運動(dòng)的圖像、簡(jiǎn)諧運動(dòng)中的能量轉化規律、波的圖像、波長(cháng)和頻率與波速之間的關(guān)系等規律。

二、基本方法 本章中所涉及到的基本方法有：由于振動(dòng)和波動(dòng)的運動(dòng)規律較為復雜，且限于中學(xué)數學(xué)知識的水平，因此對于這部分內容不可能像研究直線(xiàn)運動(dòng)、平拋、圓周運動(dòng)那樣從運動(dòng)方向出發(fā)描述和研究物體的運動(dòng)，而是利用圖象法對物體做簡(jiǎn)諧運動(dòng)的運動(dòng)規律及振動(dòng)在介媒中的傳播過(guò)程進(jìn)行描述與研究。圖像法具有形象、直觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)，其中包含有豐富的物理信息，在學(xué)習時(shí)同學(xué)們要注意加以體會(huì )；另外，在研究單擺振動(dòng)的過(guò)程中，對于單擺所受的回復力特點(diǎn)的分析，采取了小擺角的近似的處理，這是一種理想化物理過(guò)程的方法。

三、錯解分析 在本章知識應用的過(guò)程中，初學(xué)者常犯的錯誤主要表現在：對于諸如機械振動(dòng)、簡(jiǎn)諧運動(dòng)、受迫振動(dòng)、共振、阻尼振動(dòng)、等幅振動(dòng)等眾多的有關(guān)振動(dòng)的概念不能深刻的理解，從而造成混淆；不能從本質(zhì)上把握振動(dòng)圖象和波的圖象的區別和聯(lián)系，這主要是由于振動(dòng)的圖象與波的圖象形式上非常相似，一些學(xué)生只注意圖象的形狀，而忽略了圖象中坐標軸所表示的物理意義，因此造成了將兩個(gè)圖象相混淆。另外，由于一些學(xué)生對波的形成過(guò)程理解不夠深刻，導致對于波在傳播過(guò)程中時(shí)間和空間的周期性不能真正的理解和把握；由于干涉和衍射的發(fā)生條件、產(chǎn)生的現象較為抽象，所以一些學(xué)生不能準確地把握相關(guān)的知識內容，表現為抓不住現象的主要特征、產(chǎn)生的條件混淆不清。

例1 一個(gè)彈簧振子，第一次被壓縮x后釋放做自由振動(dòng)，周期為T(mén)1，第二次被壓縮2x后釋放做自由振動(dòng)，周期為T(mén)2，則兩次振動(dòng)周期之比T1∶T2為 [ ] A.1∶1 B.1∶2 C.2∶1 D.1∶4 【錯解】 壓縮x時(shí)，振幅為x，完成一次全振動(dòng)的路程為4x。壓縮2x時(shí)，振幅即為2x，完成一次全振動(dòng)的路程為8x。

由于兩種情況下全振動(dòng)的路程的差異，第二次是第一次的2倍。所以，第二次振動(dòng)的周期一定也是第一次的2倍，所以選B。

【錯解原因】 上述解法之所以錯誤是因為把振子的運動(dòng)看成是勻速運動(dòng)或加速度恒定的勻加速直線(xiàn)運動(dòng)了。用了勻速或勻加速運動(dòng)的規律。

說(shuō)明這些同學(xué)還是沒(méi)有掌握振動(dòng)的特殊規律。 【分析解答】 事實(shí)上，只要是自由振動(dòng)，其振動(dòng)的周期只由自身因素決定，對于彈簧振子而言，就是只由彈簧振子的質(zhì)量m和彈簧的勁度系數k決定的，而與形變大小、也就是振幅無(wú)關(guān)。

所以只要彈簧振子這個(gè)系統不變（m,k不變），周期就不會(huì )改變，所以正確答案為A。 【評析】 本題給出的錯解是初學(xué)者中最常見(jiàn)的錯誤。

產(chǎn)生這一錯誤的原因是習慣于用舊的思維模式分析新問(wèn)題，而不善于抓住新問(wèn)題的具體特點(diǎn)，這反映了學(xué)習的一種思維定勢。只有善于接受新知識、新方法，并將其運用到實(shí)際問(wèn)題中去，才能開(kāi)闊我們分析、解決問(wèn)題的思路，防止思維定勢。

例2 一個(gè)單擺，如果擺球的質(zhì)量增加為原來(lái)的4倍，擺球經(jīng)過(guò)平 A.頻率不變，振幅不變 B.頻率不變，振幅改變 C.頻率改變，振幅不變 D.頻率改變，振幅改變 【錯解】 錯解一：因為單擺的周期（頻率）是由擺長(cháng)l和當地重。

3.機械振動(dòng)的三個(gè)基本要素是什

機械振動(dòng)有同分類(lèi)方法按產(chǎn)生振動(dòng)原因分自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)；按振動(dòng)規律分簡(jiǎn)諧振動(dòng)、非諧周期振動(dòng)和隨機振動(dòng)；按振動(dòng)系統結構參數特性分線(xiàn)性振動(dòng)和非線(xiàn)性振動(dòng)；按振動(dòng)位移特征分扭轉振動(dòng)和直線(xiàn)振動(dòng)自由振動(dòng)：去掉激勵或約束之機械系統所出現振動(dòng)振動(dòng)只靠其彈性恢復力來(lái)維持當有阻尼時(shí)振動(dòng)便逐漸衰減自由振動(dòng)頻率只決定于系統本身物理性質(zhì)稱(chēng)系統固有頻率受迫振動(dòng) 機械系統受外界持續激勵所產(chǎn)生振動(dòng)簡(jiǎn)諧激勵簡(jiǎn)單持續激勵受迫振動(dòng)包含瞬態(tài)振動(dòng)和穩態(tài)振動(dòng)振動(dòng)開(kāi)始段時(shí)間內所出現隨時(shí)間變化振動(dòng)稱(chēng)瞬態(tài)振動(dòng)經(jīng)過(guò)短暫時(shí)間瞬態(tài)振動(dòng)即消失系統從外界斷地獲得能量來(lái)補償阻尼所耗散能量因而能夠作持續等幅振動(dòng)種振動(dòng)頻率與激勵頻率相同稱(chēng)穩態(tài)振動(dòng)例兩端固定橫梁部裝激振器激振器開(kāi)動(dòng)短暫時(shí)間橫梁所作持續等幅振動(dòng)穩態(tài)振動(dòng)振動(dòng)頻率與激振器頻率相同系統受外力或其輸入作用時(shí)其相應輸出量稱(chēng)響應當外部激勵頻率接近系統固有頻率時(shí)系統振幅急劇增加激勵頻率等于系統共振頻率時(shí)則產(chǎn)生共振設計和使用機械時(shí)必須防止共振例了確保旋轉機械安全運轉軸工作轉速應處于其各階臨界轉速定范圍之外自激振動(dòng) 非線(xiàn)性振動(dòng)系統只受其本身產(chǎn)生激勵所維持振動(dòng)自激振動(dòng)系統本身除具有振動(dòng)元件外，還具有非振蕩性能源、調節環(huán)節和反饋環(huán)節因此存外界激勵時(shí)也能產(chǎn)生種穩定周期振動(dòng)維持自激振動(dòng)交變力由運動(dòng)本身產(chǎn)生且由反饋和調節環(huán)節所控制振動(dòng)停止，此交變力也隨之消失自激振動(dòng)與初始條件無(wú)關(guān)其頻率等于或接近于系統固有頻率飛機飛行過(guò)程機翼顫振、機床工作臺滑動(dòng)導軌上低速移動(dòng)時(shí)爬行、鐘表擺擺動(dòng)和琴弦振動(dòng)都屬于自激振動(dòng)。