高三物理《機械振動機械波》教學案例

目的要求：理解簡諧振動和波的傳播過程中各量變化的規律特點，掌握單擺模型的有關計算橫波的傳播規律和利用波的圖象進行綜合分析

知識簡析

一、機械振動

1、機械振動：物體（或物體的一部分）在某一中心位置兩側做的往復運動。

振動的特點：①存在某一中心位置；②往復運動，這是判斷物體運動是否是機械振動的條件。

產生振動的`條件：①振動物體受到回覆力作用；②阻尼足夠小；

2、回覆力：振動物體所受到的總是指向平衡位置的合外力。

①回覆力時刻指向平衡位置；②回覆力是按效果命名的， 可由任意性質的力提供。可以是幾個力的合力也可以是一個力的分力； ③合外力：指振動方向上的合外力，而不一定是物體受到的合外力。④在平衡位置處：回覆力爲零，而物體所受合外力不一定爲零。如單擺運動，當小球在最低點處，回覆力爲零，而物體所受的合外力不爲零。

3、平衡位置：是振動物體受回覆力等於零的位置；也是振動停止後，振動物體所在位置；平衡位置通常在振動軌跡的中點。平衡位置不等於平衡狀態。平衡位置是指回復力爲零的位置，物體在該位置所受的合外力不一定爲零。（如單擺擺到最低點時，沿振動方向的合力爲零，但在指向懸點方向上的合力卻不等於零，所以並不處於平衡狀態）

二、簡諧振動及其描述物理量

1、振動描述的物理量

（1）位移：由平衡位置指向振動質點所在位置的有向線段。

①是矢量，其最大值等於振幅；②始點是平衡位置，所以跟回覆力方向永遠相反；③位移隨時間的變化圖線就是振動圖象。

（2）振幅：離開平衡位置的最大距離。

①是標量； ②表示振動的強弱；

（3）週期和頻率：完成一次全變化所用的時間爲週期T，每秒鐘完成全變化的次數爲頻率f。

①二者都表示振動的快慢；②二者互爲倒數；T=1/f；③當T和f由振動系統本身的性質決定時（非受迫振動），則叫固有頻率與固有周期是定值，固有周期和固有頻率與物體所處的狀態無關。

2、簡諧振動：物體所受的回覆力跟位移大小成正比時，物體的振動是簡偕振動。

①受力特徵：回覆力F=—KX。

②運動特徵：加速度a=一kx/m，方向與位移方向相反，總指向平衡位置。簡諧運動是一種變加速運動，在平衡位置時，速度最大，加速度爲零；在最大位移處，速度爲零，加速度最大。

說明：①判斷一個振動是否爲簡諧運動的依據是看該振動中是否滿足上述受力特徵或運動特徵。

②簡諧運動中涉及的位移、速率、加速度的參考點，都是平衡位置。