物理机械建筑类第三节 机械波备课ppt课件

这是一份物理机械建筑类第三节 机械波备课ppt课件，共52页。PPT课件主要包含了主要内容一，机械振动，简谐振动，回复力，振幅周期频率，PART01，PART02，简谐运动，弹簧振子，PART03等内容，欢迎下载使用。

什么是振动？振动在生产生活中有哪些应用和危害呢？
前面主题，学习了在恒力作用下的匀变速直线运动和平抛运动，学习了在大小不变而方向改变的向心力作用下的匀速圆周运动。
本节学习在大小和方向都改变的力作用下的一种运动——机械振动
沿直线或弧线在某一中心位置附近所做的往复运动称为机械振动，简称振动。
小球和水平杆间的摩擦忽略不计，弹簧的质量比小球的质量小得多，也可忽略不计，这样的装置称为弹簧振子，其中小球称为振子。
点O是振子的平衡位置。
弹簧振子是一种理想化的实体模型
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，即它的振动图象(x－t图象)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，是一种周期性的 往复 运动。
3．性质：简谐运动是一种周期性的变加速运动。4．能量：总的机械能保持守恒。
能使振子回到平衡位置的力称为回复力
物体在运动过程中受到与位移的大小成正比、方向与位移相反的回复力作用下的运动，称为简谐运动
k为弹簧的劲度系数；x是振子相对平衡位置的位移
用数字实验系统研究弹簧振子的位移与时间图像
弹簧振子的位移与时间图像
大量实验发现，弹簧振子的位移与时间关系遵循正弦函数规律
1.表达式：以x代表质点对于平衡位置的位移，t代表时间，则：
2.相位：是表示物体振动步调的物理量，用相位来描述简谐运动在各个时刻所处的不同状态。
振动物体离开平衡位置的最大距离称为振动的振幅，用A表示
国际单位制单位为m（米）
振幅是表示振动强弱的物理量
如果振子从点P ′开始向右运动，经过点O后到达点P，然后向左运动回到点O，又继续运动到点P ′，这样一个完整的振动过程称为一次全振动。 做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间称为振动的周期，周期用 T 表示。
国际单位制单位为s（秒）
周期是表示振动快慢的物理量
单位时间内完成全振动的次数称为振动的频率，用 f 表示
国际单位制单位为Hz（赫）
频率也是表示振动快慢的物理量
周期 T 与频率 f 的关系为
若某手机的小马达产生的振幅是3 mm，那么完成一次全振动，小马达振动通过的路程是多少？如果振动频率是20 Hz，则周期是多大？小马达每秒通过的路程是多少？
将一小球用一根细线悬挂起来，如果细线不能伸缩且质量可以忽略不计，线长又比球的直径大得多，这样的装置就叫作单摆，摆线的长度叫作摆长。
单摆是一种理想化的实体模型
单摆是一个理想化模型。
①质量不计②长度远大于小球直径③不可伸缩
看做质点（体积小 质量大）
说明：实际应用中的单摆，小球的大小是不可忽略，摆长 L＝摆线长度＋小球半径
用控制变量法探究单摆的振动周期
荷兰物理学家惠更斯（1629—1695）研究了单摆的振动，发现单摆做简谐运动的周期T跟摆长l的平方根成正比，跟重力加速度g的平方根成反比，跟振幅、摆球的质量无关。
利用单摆可以测定各地的重力加速度
单摆的周期跟单摆的振幅没有关系，这种性质叫作单摆的等时性
周期为2 s的单摆叫做秒摆，求秒摆的摆长是多少？（g取10 m/s2）
理想的简谐振动系统的机械能守恒，振子会永不停止地振动下去，且振幅不变，这种振动称为等幅振动，其振动频率称为固有频率，周期称为固有周期。
实际的振动系统中系统的机械能随着时间的增加逐渐减少，振动的振幅也逐渐减小。这种振幅逐渐减小的振动，叫作阻尼振动。
用周期性的外力作用于振动系统，使外力对系统做功，补偿系统的能量损耗，使系统持续地振动下去。这种周期性的外力叫驱动力，物体在驱动力作用下的振动叫作受迫振动。
1.驱动力：周期性作用于振动系统的外力叫做驱动力。
2.受迫振动：系统在驱动力作用下的振动，叫做受迫振动。
3.受迫振动的特点：受迫振动的频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。
将共振演示仪水平放置在桌面上，使5个摆球处于静止状态，然后改变策动摆的摆长使其长度与其中一个摆长相同，使策动摆与横杆做周期性摆动。观察五个摆球的摆动情况。调整策动摆的摆长做同样步骤的实验。
摆长与策动摆的摆长相同的摆球，振幅最 （填“大”或“小”），与策动摆的摆长不等的摆球，振幅 （填“大”或“小”）
受迫振动的振幅A与驱动力的频率f的关系
受迫振动的物体，在驱动力的频率等于其固有频率时，振幅出现最大的现象叫作共振。
“鼓宫宫动,鼓角角动，音律同矣。”
共振现象在自然界中十分普遍。在声学中，共振被称为"共鸣"，在电磁学中，共振被称为“谐振”
为了提高汽车在行驶过程中的舒适性，汽车一般装有减震器。设汽车减震器的固有周期是1.6 s，汽车在一条起伏不平的道路上行驶，道路上各凸起处大约都相隔8 m，那么，汽车以多大速度行驶时，车身上下颠簸得最剧烈?
前面学习了直线运动、曲线运动和机械振动，我们在研究这些运动时，研究的对象都是一个质点的运动，那么，有没有许多质点同时做运动的情况呢？
下面学习一种最简单、最基本的波动——机械波
要产生机械波，必须有一个振动的质点，我们把它叫作波源。
长绸、水、空气、地壳等传播波的物质，叫作介质
机械振动在介质中的传播，就叫作机械波
形成机械波需要有两个条件：产生振动的波源和传播振动的介质。
1.质点的振动方向与波的传播方向的关系不同：横波中，质点的振动方向与波的传播方向垂直；纵波中，质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上.2.传播介质不同：横波只能在固体介质中传播；纵波在固体、液体和气体中均能传播.3.特征不同：横波中交替、间隔出现波峰和波谷；纵波中交替、间隔出现密部和疏部.
绳上的绳波，质点做上下振动，而波是向右传播的，质点的振动方向与波的传播方向垂直，这种波叫作横波。在横波中，凸起的部分叫作波峰，凹下的部分叫作波谷。
在弹簧上的疏密波中，质点左右振动，而波向是向右传播的，质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，这种波叫作纵波。在纵波中，质点分布较密的部分叫作密部；质点分布较疏的部分叫作疏部。
描述了某一时刻介质中各个质点偏离平衡位置的位移情况的图像，称为波的图像，波的图像描述的是多个质点在某一时刻的运动。
波是能量传递的一种方式
四、周期 波长 波速
波向前传播一个完整的波形所用的时间叫作周期，用 T 表示。波的周期正好等于波源完成一次全振动所用的时间。因为周期的倒数就是波的频率，用 f 表示。 波的周期和频率与波源的周期和频率相同。
人耳能听到的声音频率一般在20～20 000 Hz之间。
在横波中，两个相邻的波峰（或波谷）之间的距离，都等于波长在纵波中，两个相邻的密部（或疏部）之间的距离，也等于波长。
在波的传播方向上，波在一个周期内传播的距离叫作波长。波长通常以 λ 表示。
国际单位制中单位 m（米）。
振动在介质中传播的速度叫作波速，用 v 表示。
波速是描述波传播快慢的物理量。
波长、周期、波速的关系为根据周期 T 和频率 f 的关系，上式又可写成
波速由介质决定，与波的频率、质点的振幅无关
波的频率只取决于波源，与波速、波长无关。波在传播过 程中、从一种介质进入另一种介质时频率不变。
波长则决定于v和T。波从一种介质进入另一种介质波速发生变化，周期不变，波长发生变化；波在同一介质中传播，当周期发生变化，波长也发生变化。
如果一列波在空气中的波长是3.4 m，速度是340 m/s，它的频率是多少？当它进入另一介质时，测得波长为0.85 m，则它在这种介质中的传播速度是多少？