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大学物理简明教程 第8章 机械振动
两个弹簧振子的周期都是0.4 s, 设开始时第一个振子从平衡位置向负方向运动,经过0.5 s 后,第二个振子才从正方向的端点开始运动,则这两振动的相位差为____________. 作业: 课后习题 8-1、8-2、8-3 、8-5 、8-6 一、动能 二、势能 三、机械能 设某一时刻 x(t)=Acos(ωt+?0 ) v(t)=-Aωsin(ωt+ ?0) 以弹簧振子为例: §8.3 简谐振动的能量 x 0 t x=Acos(ωt+π) E t 平均动能 平均势能 ●振幅A : 决定于系统的初始能量 由起始能量求振幅 ●线性回复力是保守力,作简谐运动的系统机械能守恒. §8.4 简谐振动的合成 一、同方向、同频率谐振动的合成 x1 = A1cos (? t+ ?10) x2 = A2 cos (? t+?20) 求: x= x1 +x2 x ?10 A A1 A2 0 x1 x2 ? ? ?0 ?20 ? x 合振幅 初位相 *计算法 合振幅 初位相 位相差对合振幅的影响 (1) (2) 0 Amax=A1+A2 , 相互加强 0 Amin= |A2 ? A1| , 相互减弱 (3) 一般情形 Amin<A < Amax 练习:一质点同时参与两个在同一直线上的简谐振动。求合振动的振幅和初相,并写出谐振动方程. * * 首 页 上 页 下 页 退 出 * 第8章 机械振动 ?§8.1 简谐振动的动力学特征 ?§8.2 简谐振动的运动学 ?§8.3 简谐振动的能量 ?§8.4 简谐振动的合成 t x 振动:任一物理量(如电流、电压等)在某一 数值附近随时间作周期性变化。 机械振动:物体在一定位置附近作来回的往复运动。 最简单最基本的振动——简谐振动 简谐振动:一个作往复运动的物体,如果其偏离平衡位置的位移x(或角位移?)随时间t按余弦(或正弦)规律变化。 振动曲线 §8.1 简谐振动的动力学特征 一、弹簧振子模型 弹簧振子:弹簧—刚体(质点)系统 平衡位置:弹簧处于自然伸长的位置 轻弹簧—质量忽略不计,形变满足胡克定律 设弹簧原长为坐标原点 令 加速度 特征1:物体所受回复力与位移成正比且反向 特征2:物理量对时间的二阶导数与本身成正比且反向 特征3:物理量是时间的余弦(正弦)函数 动力学方程 运动学方程 简谐振动的特征 铅直位置为角平衡位置,o为角坐标原点。 受力分析: 结论:单摆的小角度摆动振动是简谐振动。 二、微振动的简谐近似 例: 一质量为m的物体悬挂于轻弹簧下端,不计空气阻力,试证其在平衡位置附近的振动是简谐振动. 证 以平衡位置A为原点,向下为x轴正向 式中 . 2 2 2 0 dx x dt w += 为 即 §8.2 简谐振动的运动学 一、简谐振动的运动学方程 微分方程 运动学方程 A、?0 由初始条件所决定 1.速度 2.加速度 二. 描述谐振动的三个特征量 1.振幅A 由初始条件决定 t=0 2. 周期T 完成一次完全振动所需的时间 周期T: 频率?: 圆频率: 固有圆频率:仅由振动系统的力学性质所决定频率 弹簧振子 固有圆频率 固有振动周期 单摆 3. 位相和初位相 (1) 能唯一确定系统运动状态,而又能反映其周期性特征的的物理量 ? =?t+ ?0 叫做位相, 是描述系统的机械运动状态的物理量 (2)初位相: t=0时的位相?0 (3)位相差 两振动位相之差 当??=?(2k+1)? , k=0,±1,±2... 两振动步调相反,称反相 ?2 超前于?1 或 ?1滞后于 ?2 谐振动的位移、速度、加速度之间的位相关系 当??=2k? ,k=0,±1,±2…,两振动步调相同,称同相 例、一质点沿x轴作简谐振动,其角频率w = 10 rad/s. 其初始位移x0 = 7.5 cm,初始速度v0 = 75.0 cm/s;试写出振动方程: 例:已知如图示的谐振动曲线,试写出振动方程. t(s) x(cm) p 4 2 0 -4 -2 1 解: 设谐振动方程为 从图中得:A=4 cm t=0时,x0=-2 cm,且?0<0,得 得 得 即 ?=? 所以振动方程为 再分析,t=1 s时,x=2 cm, ?0, 简谐振动: W ----角频率:由振动系统决定,且 ; ?0 —初位相:由初始条件确定; —位相,决定简谐振动物体的振动状态 A
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