选择性必修第一册 第3讲 机械振动-【全频累积】2023高中物理知识点考点全频积累高一高二高三全适用

256 第十五章 机械振动 第3讲 机械振动 知识点1　简谐运动 一、 弹簧振子 1. 机械振动:物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动称为机械 振动,简称振动. 2. 平衡位置:物体在振动过程中沿振动方向的 合力为零的位置 􀪍􀪍􀪍􀪍 . 3. 弹簧振子:如图所示,带有小孔的小球连接在 弹簧的一端,弹簧的另一端固定,小球套在光滑的杆 上能够自由滑动,我们把小球和弹簧组成的系统称为 弹簧振子 􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍 . 二、 弹簧振子的位移—时间图像 1. 作图:以振子的平衡位置 􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍 为坐标原点,明确纵、横轴 意义.规定振子在平衡位置右边时,位移为正,在平衡位置 左边时,位移为负,如右图所示. 2. 物理意义:表示振动质点在不同时刻离开平衡位置 的位移,是位移随时间的变化规律. 3. 获取信息 (1) 任意时刻质点位移的大小和 方向.如图甲所示,质点在t1、t2 时刻的 位移分别为x1 和-x2. (2) 任意时刻质点的振动方向:看下一时刻质点的位置,如图乙中a 点,下 一时刻离平衡位置更远,故a 点此刻向上振动.图乙中b 点,下一时刻离平衡 位置更近,故b此刻向上振动. (3) 某段时间内位移、速度、加速度的变化情况判断:先判断质点在这段时 间内的振动方向,从而确定各物理量的变化. 三、 简谐运动 1. 定义:如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律,即它的振动 图像(x-t图像)是一条正弦曲线,这样的振动是一种简谐运动. 物体可以保持 静止的位置，即回 复力为0的位置 弹簧振子是一 种理想化模型，在 构造上表现为把一 根没有质量的弹簧 一端固定，另一端 连接一个质点，在 运动上表现为没有 任何摩擦和阻力 振子能保持静 止的位置（回复力 为0的位置），而 不是速度为零的位 置；振子振动过程 中速度最大的位置 如图甲所示， 质点在 t 1时刻到 t 0 时刻这段时间内， 质点的位移变小， 故质点正向平衡位 置运动，速度增 大，位移和加速度 都变小；t2时刻到 下一时刻，质点从 负位移处远离平衡 位置运动，则速度 为负值且减小，位 移、加速度增大 简谐运动的动力学特征： x1 ，F指回复力，“-”表示回复 力的方向与位移方向相反，k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数 {#{QQABAYCQggigAgAAAAhCQwkQCEKQkAAAAIoOBBAMMAIAgANABAA=}#} 257 2. 特点:简谐运动是最简单、最基本的振动,弹簧振子的运动就是简谐运动. 知识点2　简谐运动的描述 一、 描述简谐运动的物理量 1. 振幅 (1) 定义:振动物体离开平衡位置的最大距离. (2) 物理意义:表示物体振动幅度大小的物理量. (3) 符号和单位:符号为A,单位为米. 2. 周期和频率 (1) 全振动:振动物体完成一个完整的振动过程,称为一次全振动 􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍 . (2) 周期:做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间,用符号T 表 􀪍􀪍􀪍􀪍 示 􀪍􀪍 ,单位为秒. (3) 频率:物体完成全振动的次数与所用时间之比叫作振动频率,数值等 于单位时间内完成全振动的次数,用f 表示频率,单位是赫兹,符号是 Hz. (4) 周期和频率的关系:f= 1 T. (5) 周期和频率都是表示物体振动快慢的物理量,周期越小,频率越大,表 示振动越快. 二、 简谐运动的表达式:x=Asin (ωt+φ) 1. x 表示振动物体在t时刻离开平衡位置的位移. 2. A 表示物体做简谐运动的振幅. 3. 圆频率ω:表示简谐运动物体振动的快慢.ω= 2π T=2πf. 4. ωt+φ0 表示简谐运动的相位,φ0 是t=0时的相位,称为初相位,或初相. 知识点3　简谐运动的回复力和能量 一、 回复力 1. 定义:使振动物体回到平衡位置的力 􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍 . 2. 表达式:F=-kx,“-”号表示F 与x 反向. 3. 简谐运动的判定: (1) 动力学方法:如果物体在运动方向上所受的力与它离开平衡位置位移 的大小成正比,并且总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动 􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍 . (2) 运动学特征:如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律,即 它的振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线,质点的运动就是一种简谐运动. 二、 简谐运动的能量 1. 简谐运动的能量 做简谐运动的物体在振动中经过某一位置时所具有的势能和动能之和, 称