物理讲座8振动与波动市公开课一等奖省赛课获奖PPT课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,物理讲座,扬州职大电子工程系 贾湛,.8,振动与波,第1页,机械振动,阻尼振动,简谐运动,受迫振动,弹簧振子,单摆,特征,周期性运动,变加速运动,机械能守恒,表征,振幅、周期、频率,描述方法,图象法,周期公式（测g值）,共振,机械波,形成与传输特点及类型,描绘方法,传输规律,波图象,波公式,波叠加、干涉、衍射,多普勒效应,振动在介质中传播,知识结构,第2页,机械振动,：,物体（或物体某一部分）在某一中心位置（平衡位置）两侧所做往复运动，叫做机械振动,。,机械振动,有许多物体看起来是静止，其实它处于动态平衡。经常束缚在平衡位置附近运动。如固体分子等。而且波动是讨论一个区域有代表性点振动，所以研究振动有很主要意义。振动最简单理想模型，就是简谐振动模型。它能够用正弦或余弦函数表示，因为数学上突破，各种做往返运动函数都能够用正弦或余弦函数展开，于是简谐振动理论是整个振动理论和波动理论基础理论。,第3页,定义：物体在跟位移大小成正比，而且总是指向平衡位置回复力作用下振动。,动力学特征：F=kx,回复力,简谐运动方程：,x,A,sin(,t,),简谐运动,第4页,简谐运动实例,第5页,周期（T）：,完成一次全振动所经历时间。,频率（f）：,一秒钟内完成全振动次数。,单位:赫兹(Hz)。,振幅（A）：,振动物体离开平衡位置最大距离。,位移（x）：,由平衡位置指向质点所在位置有向线段，矢量。,表述机简谐振动物理量,圆频率（）与频率关系,：=2f,周期频率和圆频率都是表征振动快慢物理量。,频率与周期关系,：,相位（t+）：,描述物理振动状态。,第6页,简谐运动,方程：,x,A,sin(,t,),简谐运动方程,圆频率,振幅,相位,初相位,位移,运动图象,x,A,sin,t,x,A,sin(,t+90,）,简谐运动,合成举例,第7页,弹簧振子,模型,O,A,B,C,D,O,A,B,C,D,O,A,B,C,D,O,A,B,C,D,O,A,B,C,D,O,A,B,C,D,O,A,B,C,D,O,B,C,D,AX,X,X,X,X,X,F,F,F,F,F,F,V=0,V最大,V=0,V最大,x,A,sin,t,第8页,简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能总量保持不变，即机械能守恒。,t,E,0,机械能,简谐运动能量由劲度系数和振幅决定.劲度系数越大,振动能量越大；振幅越大，振动能量越大.,简谐运动能量,动能最大,势能最大,势能最大,动能和势能也作周期改变，但比位移周期快一倍。,位移,动能,势能,第9页,单摆模型,式中l为摆长g为当地重力加速度。与单摆小球质量无关。,单摆等时性,：在小振幅摆动时，单摆振动周期跟振幅和振子质量都没关系.,(1),单摆,：一条不可伸长、忽略质量细线，一端固定，另一端拴一质点，这么组成装置叫单摆.这是一个理想化模型，实际悬线(杆)下接小球装置都可作为单摆.,(2)单摆振动可看作简谐运动条件是最大偏角10.,第10页,作简谐运动物体，当它每次经过同一位置时，一定相同物理量是（）,A：速度 B：位移,C：回复力 D：加速度,BCD,例,第11页,A等于在平衡位置时振子动能,B等于在最大位移时弹簧弹性势能,C等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和,D位移越大振动能量也越大,ABC,关于弹簧振子做简谐运动时能量，以下说法正确有（）,例,第12页,(1)单摆振幅为_，频率为_，摆长为_，一周期内位移,x,(,F,回,、,a,、,E,p,)最大时刻为_,(2)单摆摆球屡次经过同一位置时，以下物理量改变是_,A.位移 B.速度 C.加速度,D.速率 E.动能 F.摆线张力,如图所表示为一单摆及其振动图象，由图回答：,例,3m,0.5Hz,1m,0.5s或1.5s,B,第13页,一个弹簧振子，第一次被压缩,x,后释放做自由振动，周期为,T,1,，第二次被压缩2,x,后释放做自由振动，周期为,T,2,，则两次振动周期之比,T,1,T,2,为(),A1,1B1,2,C2,1D1,4,A,例,第14页,阻尼振动,：当系统受到阻力时振动。,过阻尼,临界阻尼,欠阻尼,x,t,0,阻尼振动,阻尼振动要消耗机械能，因而振幅会降低，最终停下。,第15页,共振,当,=,0,时系统振动速度和振幅都到达最大值。,受迫振动：系统在周期性驱动力作用下振动,物体做受迫振动频率等于驱动力频率,，与物体固有频率,0,无关,固有频率：不受外力作用时振动频率。,受迫振动和共振,第16页,随即在大风中因产生共振而断塌,我国四川綦江彩虹桥断裂：,武警跑步（引发共振）,质量太差，,1940,年,华盛顿塔科曼,大桥,在大风中产生振动,第17页,某振动系统固有频率为,f,0,，在周期性驱动力作用下做受迫振动，驱动力频率为,f,.若驱动力振幅保持不变，以下说法正确是(),A当,f,f,0,时，该振动系统振幅随,f,增大而减小,B当,f,f,0,时，该振动系统振幅随,f,减小而增大,C该振动系统振动稳定后，振动频率等于,f,0,D该振动系统振动稳定后，振动频率等于,f,例,BD,第18页,波动,是振动传输过程。介质中任一点在波源影响下受迫振动。,机械波,：机械振动在介质中传输过程。,电磁波,：改变电场和改变磁场在空 间传输过程。,波,带操：机械波在彩带上传输,第19页,介质,注：波动是波源振动状态或振动能量在介质中传输，质点并不随波前进。,波源,产生机械振动振源。如：人,声带,传输机械振动介质。如空气，水。,机械波产生条件,横波,：上下振动,（V振动）,纵波：前后振动（V振动）,波速,波能量正比与波振幅平方,第20页,描述波参量,(1)波长:相位总是相等两个相邻质点间距离,(2)频率f：波频率就是介质中各质点振动频率。,由波源决定,。,(3)波速v：机械振动在介质中传输速度。,由介质决定,。,(4)三者关系:,x,u,波长是波,“空间周期”。,第21页,波线,（wave line）,波传输方向射线,波面,（wave surface）,振动相位相同点组成面又称,波阵面,波前,（wave front）,某时刻波抵达各点所组成面,球面波,平面波,波线,波面,注：,波线和波阵面垂直。,波前,波几何描述,第22页,比较内容,振动图象,波图象,图象意义,一质点位移随时间改变规律,某时刻全部质点相对平衡位置位移,图象特点,图象信息,(1)振动周期、振幅,(2)各时刻质点位移、速度、加速度(包含大小、方向),(1)波长、振幅,(2)任意一质点此刻位移和加速度方向,图象改变,随时间推移图象延续，但原有形状不变,随时间推移，图象沿传输方向平移,一完整曲线,对应横坐标,一个周期,一个波长,振动与波对比,第23页,以下关于横波与纵波说法正确是（）,A、声波是纵波，水波是横波；,B、地震波包含纵波和横波，而且纵波传输速度比横波快；,C、质点振动方向是水平方向，波也是沿着水平方向传输，这么波属于纵波；,D、横波中质点不“随波逐流”，纵波中质点会“随波逐流”。,AB,例,第24页,图是某时刻一列横波在空间传输波形图线已知波是沿,x,轴正方向传输，波速为4 cm/s，试计算并画出经过此时之后1.25 s空间波形图,x=41.25=5cm,第25页,A.波长为,B.波速为1 m/s,C.3 s末,A,、,B,两质点位移相同,D.1 s末,A,点振动速度大于,B,点振动速度,一列波长大于1 m横波沿着x轴正方向传输.处于x,1,=1 m和x,2,=2 m两质点A、B振动图像如图所表示.由此可知（）,A,提醒x,AB,=(n+)(n=0、1、2),例,第26页,波叠加原理,:,介质质点位移等于几列波单独传输时引发位移矢量和,波传输独立性,两不一样形状正脉冲,大小形状一样正负脉冲,?,波叠加,在传输过程中只是相遇处波形因叠加改变,驻波现象,第27页,惠更斯原理,惠更斯原理：,波在媒质中传输到各点，都可看成新子波源。在以后任一时刻，这些子波包络面就是该时刻波前。,1696年提出惠更斯原理,第28页,反射与折射,波反射定律,（1）入射波波线、反射波波线和界面法线在同一平面内；,（2）反射角等于入射角。,波折射定律,（1）入射波波线、折射波波线和界面法线在同一平面内；（2）入射角正弦与折射角正弦之比，等于波在第一个介质中传输速率与在第二种介质中传输速率之比，即：,。（,叫做介质2对介质1折射率）,第29页,波叠加时在空间出现稳定振动加强和减弱分布叫波干涉现象。,一个特殊波叠加,相干条件：,频率相同；,振动方向相同；,有固定相位差。,波干涉,水波盘中水波干涉,第30页,c,S,1S,2,a,b,d,如图所表示，S,1,、S,2,是两个相干波源，它们振动同时且振幅相同。关于图中所标a、b、c、d四点，以下说法中正确有,（）,A.该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振动既不是最强也不是最弱,B.该时刻a质点振动最弱，b、c、d质点振动都最强,C.a质点振动一直是最弱，b、c、d质点振动一直是最强,D.再过T/4后时刻a、b、c三个质点都将处于各自平衡位置，所以振动最弱,例,A,第31页,波传输过程中，当碰到障碍物时，能绕过障碍物边缘而偏离直线传输现象称波衍射。,入射波,衍射波,障碍物,入射波,衍射波,障碍物,a,比如：,相对于波长而言，,障碍物线度越大衍射现象越不显著，,障碍物线度越小衍射现象越显著,。或说长波衍射显著。,波衍射,第32页,广播和电视哪个更轻易收到?,更轻易听到男还是女说话声音？,障碍物,（声音强度相同情况下）,第33页,u,S,v,S,=0,R,v,R,多普勒效应,：,因为波源和观察者运动，而使观察频率不一样于波源频率现象。,多普勒效应,v,S,S,R,测,=,第34页,次声波,（infrasonic wave）0Hz。,狗能听到最高频率50000Hz声音，蝙幅能发出且能听到声音频率高达10Hz，另外海豚等也能发出和感受到超声。超声波应用:分两类，一类是两种其波长小来探测；,二是利用它能量。,次声波和超声波,第35页,1.物体做简谐运动动力学特征:回复力及加速度表示式为:,F,=,a,=,方向总是与位移方向相反,一直指向,位置.,2.物体做简谐运动位移随时间改变表示式为:x=,。,3.简谐运动能量特征是:振动能量与,相关,随,增大而增大.振动系统动能和势能相互转化,总机械能守恒,能量转化周期是位移周期,.,4.简谐运动两种模型是,和单摆.当单摆摆,动角度10时,能够看成简谐运动,其周期公,式为T=2,.,练习1,第36页,返回目录,一列简谐横波向右传输，波速为v,0,，沿波传输方向上有相距为LP、Q两点，如图所表示.某时刻P、Q两质点都处于平衡位置，且P、Q间仅有一个波峰.经过时间t，Q质点第一次运动到波谷，则t可能值有（）,A.1个 B.2个 C.3个 D.4个,练习2,第37页,由试验知道遥远星系所生成光谱都展现“红移”，即光谱线都向红色部分移动了一段距离，由此现象可知（）,A.宇宙在膨胀 B.宇宙在收缩,C.宇宙部分静止不动 D.宇宙只发出红光光谱,练习3,第38页,1.物体做简谐运动动力学特征:回复力及加速度表示式为:,F,=,a,=,方向总是与位移方向相反,一直指向,位置.,2.物体做简谐运动位移随时间改变表示式为:x=,。,3.简谐运动能量特征是:振动能量与,相关,随,增大而增大.振动系统动能和势能相互转化,总机械能守恒,能量转化周期是位移周期,.,4.简谐运动两种模型是,和单摆.当单摆摆,动角度10时,能够看成简谐运动,其周期公,式为T=2,.,平衡,-kx,A,sin,(,t+,),振幅,振幅,弹簧振子,1/2,练习1答案,第39页,返回目录,一列简谐横波向右传输，波速为v,0,，沿波传输方向上有相距为LP、Q两点，如图所表示.某时刻P、Q两质点都处于平衡位置，且P、Q间仅有一个波峰.经过时间t，Q质点第一次运动到波谷，则t可能值有（）,A.1个 B.2个 C.3个 D.4个,练习2答案,D,第40页,由试验知道遥远星系所生成光谱都展现“红移”，即光谱线都向红色部分移动了一段距离，由此现象可知（）,A.宇宙在膨胀 B.宇宙在收缩,C.宇宙部分静止不动 D.宇宙只发出红光光谱,A,练习3答案,第41页,