第二章機(jī)械振動(dòng)（單元知識(shí)清單）高二物理（人教版2019選擇性）

第二章機(jī)械振動(dòng)知識(shí)梳理簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)一彈簧振子1．機(jī)械振動(dòng)：物體或物體的一部分在一個(gè)位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱為機(jī)械振動(dòng)，簡(jiǎn)稱振動(dòng)。2．平衡位置：振動(dòng)物體所受合力為0的位置。3．彈簧振子：如圖所示，帶有小孔的小球連接在彈簧的一端，彈簧的另一端固定，小球套在光滑的桿上能夠自由滑動(dòng)，這樣的小球和彈簧組成的系統(tǒng)稱為彈簧振子，簡(jiǎn)稱為振子。二簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及其圖像1．彈簧振子的位移—時(shí)間圖像(1)建立坐標(biāo)系：水平的彈簧振子，以小球的平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿著它的振動(dòng)方向建立坐標(biāo)軸。小球在平衡位置右邊時(shí)它對(duì)平衡位置的位移為正，在左邊時(shí)為負(fù)。(2)繪制圖像：用橫軸表示振子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t，縱軸表示振子在振動(dòng)過(guò)程中離開(kāi)平衡位置的位移x，振子振動(dòng)的x-t圖像如圖所示，是一條正弦(或余弦)曲線。2．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(1)定義：如果物體的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖像(x-t圖像)是一條正弦曲線，這樣的振動(dòng)是一種簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。(2)特點(diǎn)：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的振動(dòng)，彈簧振子的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。3．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖像(x-t圖像)如圖所示：(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖像描述振動(dòng)物體的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律。(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖像是正弦(或余弦)曲線，從圖像上可直接看出不同時(shí)刻振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移大小和方向、速度大小和方向的變化趨勢(shì)。第2節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述一、描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量1．振幅(1)定義：振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置的__最大距離__，用A表示，國(guó)際單位：m。(2)振動(dòng)范圍：振動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)范圍為_(kāi)_振幅__的兩倍。2．全振動(dòng)：類似于O→B→O→C→O的一個(gè)__完整__的振動(dòng)過(guò)程。3．周期和頻率(1)周期：做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體完成一次全振動(dòng)所需要的__時(shí)間__，用T表示，國(guó)際單位：s。(2)頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成全振動(dòng)的__次數(shù)__，用f表示，單位：Hz。(3)周期T與頻率f的關(guān)系：T＝__eq\f(1,f)__。(4)物理意義：周期和頻率都是表示物體__振動(dòng)快慢__的物理量，周期越小，頻率__越大__，表示物體振動(dòng)越快。4．相位用來(lái)描述周期性運(yùn)動(dòng)在各個(gè)時(shí)刻所處的__不同狀態(tài)__。二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的函數(shù)表達(dá)式為x＝__Asin(ωt＋φ)__。1．A：表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的__振幅__。2．ω：是一個(gè)與頻率成正比的量，叫作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的“圓頻率”，表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的快慢，ω＝__eq\f(2π,T)__＝__2πf__。3．ωt＋φ：代表簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的__相位__。4．φ：表示t＝0時(shí)的相位，叫作__初相__。第3節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力和能量一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力1．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)定義如果物體在運(yùn)動(dòng)方向上所受的力與它偏離平衡位置的位移大小成__正比__，并且總是指向__平衡位置__，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。2．回復(fù)力項(xiàng)目?jī)?nèi)容定義振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)受到的總能使其回到__平衡位置__的力方向總是指向__平衡位置__表達(dá)式F＝__－kx__效果總是要把物體拉回到__平衡位置__二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量1．振動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)與能量的關(guān)系(1)振子的速度與動(dòng)能：速度不斷__變化__，動(dòng)能也在不斷__變化__。(2)彈簧形變量與勢(shì)能：彈簧形變量在不斷__變化__，因而勢(shì)能也在不斷__變化__。2．簡(jiǎn)諧振動(dòng)的能量振動(dòng)系統(tǒng)的能量一般指振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能。振動(dòng)的過(guò)程就是動(dòng)能和勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化的過(guò)程。(1)在最大位移處，__勢(shì)能__最大，__動(dòng)能__為零；(2)在平衡位置處，__動(dòng)能__最大，__勢(shì)能__最??；(3)在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能__守恒__(選填“守恒”或“減小”)，而在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中都有一定的能量損耗，因此簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的模型。3．決定能量大小的因素振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能跟__振幅__有關(guān)，__振幅__越大，機(jī)械能就越大，振動(dòng)越強(qiáng)。單擺一、單擺1．單擺模型(1)由細(xì)線和__小球__組成。(2)細(xì)線的質(zhì)量和小球相比__可以忽略__。(3)小球的直徑與線的長(zhǎng)度相比__可以忽略__。2．?dāng)[動(dòng)特點(diǎn)：在擺角很小時(shí)，位移—時(shí)間圖線是一條正弦曲線，說(shuō)明單擺的運(yùn)動(dòng)是__簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)__。二、單擺的回復(fù)力1．回復(fù)力的來(lái)源擺球的重力沿__圓弧切線__方向的分力。2．回復(fù)力的特點(diǎn)在偏角很小時(shí)，擺球所受的回復(fù)力與它偏離平衡位置的位移成__正比__，方向總指向__平衡位置__，即F＝__－eq\f(mg,l)x__。三、單擺的周期1．探究單擺的振幅、質(zhì)量、擺長(zhǎng)對(duì)周期的影響(1)探究方法：__控制變量__法。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：①單擺振動(dòng)的周期與擺球質(zhì)量__無(wú)關(guān)__。②振幅較小時(shí)周期與振幅__無(wú)關(guān)__。③擺長(zhǎng)越長(zhǎng)，周期__越大__；擺長(zhǎng)越短，周期__越小__。2．定量探究單擺的周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系(1)周期的測(cè)量：用停表測(cè)出單擺N(30～50)次全振動(dòng)的時(shí)間t，利用T＝__eq\f(t,N)__計(jì)算它的周期。(2)擺長(zhǎng)的測(cè)量：用__刻度尺_(dá)_測(cè)出細(xì)線長(zhǎng)度l0，用__游標(biāo)卡尺_(dá)_測(cè)出小球直徑D，利用l＝__l0＋eq\f(D,2)__求出擺長(zhǎng)。(3)數(shù)據(jù)處理：改變__擺長(zhǎng)__，測(cè)量不同__擺長(zhǎng)__及對(duì)應(yīng)周期，作出T－l，T－l2或T－eq\r(l)圖像，得出結(jié)論。3．周期公式(1)公式的提出：周期公式是荷蘭物理學(xué)家__惠更斯__首先提出的。(2)公式：T＝__2πeq\r(\f(l,g))__，即T與擺長(zhǎng)l的二次方根成__正比__，與重力加速度g的二次方根成__反比__。第5節(jié)用單擺測(cè)重力加速度一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)測(cè)量擺長(zhǎng)、周期，利用公式g＝__eq\f(4π2l,T2)__求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。二、?shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)及鐵夾、金屬小球(上面有一個(gè)通過(guò)球心的小孔)、__秒表__、細(xì)線(長(zhǎng)1m左右)、刻度尺(最小刻度為1mm)、__游標(biāo)卡尺_(dá)_。三、實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)1．實(shí)驗(yàn)的基本思想——理想化模型：?jiǎn)螖[在偏角很小(不大于5°)時(shí)的運(yùn)動(dòng)，可以看成__簡(jiǎn)諧__運(yùn)動(dòng)。2．實(shí)驗(yàn)原理：由單擺的周期公式T＝2πeq\r(\f(l,g))，可得g＝__eq\f(4π2l,T2)__，據(jù)此通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出擺長(zhǎng)l和周期T，即可計(jì)算得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)——兩個(gè)物理量的測(cè)量方法。(1)單擺長(zhǎng)度的測(cè)量。用__刻度尺_(dá)_測(cè)量單擺的線長(zhǎng)，用__游標(biāo)卡尺_(dá)_測(cè)量擺球的直徑。擺長(zhǎng)即擺線靜止時(shí)從懸點(diǎn)到球心間的距離。(2)單擺周期的測(cè)量。測(cè)出單擺n次全振動(dòng)的總時(shí)間t，單擺周期為T＝__eq\f(t,n)__。受迫振動(dòng)共振一、固有振動(dòng)、阻尼振動(dòng)1．固有振動(dòng)振動(dòng)系統(tǒng)__在不受外力作用下__的振動(dòng)。2．固有頻率__固有__振動(dòng)的頻率。3．阻尼振動(dòng)振幅隨時(shí)間__逐漸減小__的振動(dòng)。二、受迫振動(dòng)1．驅(qū)動(dòng)力作用于振動(dòng)系統(tǒng)的__周期性__外力。2．受迫振動(dòng)系統(tǒng)在__驅(qū)動(dòng)力__作用下的振動(dòng)叫受迫振動(dòng)。3．受迫振動(dòng)的頻率做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)振動(dòng)穩(wěn)定后，其振動(dòng)頻率等于__驅(qū)動(dòng)力__的頻率，與系統(tǒng)的__固有頻率__無(wú)關(guān)