第二章 机械振动 知识点清单-2023-2024学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

新教材 鲁科版2019版 物理选择性必修第一册 第2章知识点清单 目录 第2章　机械振动 第1节 简谐运动 第2节 振动的描述 第3节 单摆 第4节 科学测量：用单摆测量重力加速度 第5节 生活中的振动 2 / 2 第2章　机械振动 第1节 简谐运动 一、机械振动 1. 定义：物理学中，将物体(或物体的某一部分)在某一位置附近的往复运动称为机械振动，简称振动。 2. 平衡位置：振动物体在某一位置附近做往复运动，这个位置称为平衡位置，也是物体所受回复力为零的位置。 3. 回复力 (1)方向：总是指向平衡位置。 (2)作用效果：使物体总是在平衡位置附近振动。 (3)来源：回复力可由某一个力来提供，也可由振动物体受到的几个力的合力来提供。 二、简谐运动及其特征 1. 弹簧振子 (1)弹簧振子是一种理想模型。 (2)弹簧振子的组成：如图所示，弹簧一端固定，另一端连接一个可视为质点的物体，不计弹簧质量，物体置于光滑水平面上。 (3)弹簧振子的回复力：回复力由物体所受弹簧弹力提供，为F=-kx。其中k等于弹簧劲度系数，x是物体相对平衡位置的位移，负号表示力与位移的方向相反。 2. 简谐运动 (1)定义：物体所受回复力的大小与位移大小成正比，方向总是与位移方向相反的运动称为简谐运动。 (2)简谐运动的运动学特征：a=-x。 (3)弹簧振子能量特征：只有弹簧弹力做功，系统的动能和弹性势能相互转换，机械能守恒。 3. 易错警示     (1)物体在平衡位置所受合力不一定为零，而是沿简谐运动方向的合力为零，且物体在平衡位置时速度最大。 (2)简谐运动的位移和一般运动的位移有很大区别，一般运动的位移都是由初位置指向末位置，而简谐运动的位移都是由平衡位置指向振动质点所在位置。 三、对简谐运动的位移、速度、回复力和加速度的理解 1. 简谐运动三个物理量的特点 (1)位移：以平衡位置为坐标原点，以振动所在的直线为坐标轴，规定正方向，则某一时刻物体的位移用该时刻物体所在位置的坐标来表示。 (2)速度：速度是描述物体在平衡位置附近运动快慢的物理量。在所建立的坐标轴(也称为“一维坐标系”)上，速度的正负表示物体运动方向与坐标轴的正方向相同或相反。平衡位置是振动过程中速度最大的位置。 (3)加速度：做简谐运动的物体的加速度a=，由于物体相对平衡位置的位移x不断变化，所以简谐运动是变加速运动。物体在通过平衡位置处时，加速度的大小为零，方向改变。 2. 简谐运动的回复力的表达式F=-kx (1)k是比例系数，但不一定是弹簧的劲度系数(水平弹簧振子中的k为弹簧的劲度系数)，其值由振动系统决定，与振幅无关。 (2)“-”表示回复力的方向与振动物体偏离平衡位置的位移方向相反。 (3)x是指振动物体偏离平衡位置的位移，其大小不一定等于弹簧的伸长量或压缩量。 (4)表达式反映出了回复力F与位移x之间的关系：位移越大，回复力越大，位移增大为原来的几倍，回复力也增大为原来的几倍。 四、简谐运动中各量的变化情况分析 1. 简谐运动中各量变化规律总结 当物体做简谐运动时，它偏离平衡位置的位移x、回复力F、回复力产生的加速度a、速度v、动能Ek、系统的势能Ep及振动总能量E遵循一定的变化规律，如表： x F a v Ek Ep E 远离平衡位置运动 增大 增大 增大 减小 减小 增大 不变 在最大位移处 最大 最大 最大 零 零 最大 不变 靠近平衡位置运动 减小 减小 减小 增大 增大 减小 不变 在平衡位置 零 零 零 最大 最大 最小 不变 由上表可知： (1)简谐运动的回复力与位移、加速度三者的大小变化同步，与速度的大小变化相反。回复力增大时，位移和加速度都增大，速度减小。靠近平衡位置的过程中振动物体的速度变大，回复力、位移、加速度三者减小；远离平衡位置的过程中振动物体的速度变小，回复力、位移、加速度三者变大。 (2)平衡位置是回复力、位移、加速度三者方向变化的转折点；最大位移处是速度方向变化的转折点。 说明    简谐运动过程中系统的动能和势能相互转化，总的能量守恒。 2. 理解简谐运动的对称性 举例 如图所示，质点在A与B之间运动，O点为平衡位置，C和D两点关于O点对称   时间的对称性 tOB=tBO=tOA=tAO，tOD=tDO=tOC=tCO，tDB=tBD=tAC=tCA 速度的对称性 (1)质点经过同一点(如D点)时，速度大小相等，方向可能相同，也可能相反； (2)质点经过关于O点对称的两点(如C点与D点)时，速度大小相等，方向可能相同，也可能相反 位移和加速度的对称性 (1)质点经过同一点(如C点)时，位移和加速度均相同； (2)质点经过关于O点对