機械振動平臺圖像與波的圖象的區別
高中物理中的機械振動平臺、機械波是高考的重點、熱點。高考涉及的Ⅰ級要求知識有簡諧運動、單擺、周期公式、受迫振動和共振、機械波、橫波和縱波、波的干涉和衍射現象、多普勒效應;Ⅱ級要求知識有簡諧運動的公式和圖象、橫波的圖象、波速波長和頻率(周期)的關系。對學生的推理能力及想象能力的要求比較高。下面解讀學生學習本塊內容時需要弄清的知識要點,以供參考。一、弄清表征振動的物理量:振幅、周期和頻率的意義,明確簡諧運動的特征,掌握單擺振動的規律二、弄清阻尼振動、無阻尼振動、規定振動和共振的區別,在曲軸 A 上懸掛一個彈簧振子,轉動把手B,曲軸可以帶動彈簧振子上下振動。
用手拉下振子使振動平臺振子獲得了一定能量,放手后,振子做固有振動;因其所受回復力與位移成正比,方向與位移的方向相反,所以屬于簡諧運動。其周期和頻率是由其本身的結構性質決定的,故周期稱固有周期(T固),頻率稱固有頻率(f固)。由于摩擦和空氣阻力的存在,振子克服摩擦力和空氣阻力的存在,振子克服摩擦力和阻力做功消耗能量,使其振幅越來越小,故振動成為阻尼振動。由于把手轉動的轉速為 4r/s,它給彈簧振子的驅動力的頻率為 f固=4Hz,周期 T固=0.25 s。又因為振子做受迫振動得到驅動力對它做的功,補償了振子克服摩擦力和阻力做功所消耗的能量,所以振子的振動屬于無阻尼振動?梢姛o阻尼振動并不是不受阻力作用。
弄清橫波與縱波的區別,振動與波的區別和聯系,振動圖像與波的圖象的區別,明確波長、頻率和波速的關系。分析與解答:首先明確振動和波都是周期性的運動,從構成傳播波的彈性介質的每個質點來看,所呈現的現象是振動,而從介質的全體來看,所呈現的現象是波。振動平臺振動是波的成因,波是振動的傳播(傳播的只是運動的形式,介質本身并不遷移)和能量的傳遞。
開始時不轉動把手,而用手往下拉振子,然后放手讓振子上下振動,測得振子在 10 s 內完成 20 次全振動,振子做什么振動?其固有周期和固有頻率各是多少?若考慮摩擦和空氣阻力,振子做什么振動?在振子正常振動過程中,以轉速 4 r/s 勻速轉動把手,振子的振動穩定后,振子做什么運動?其周期是多少?若要振子振動的振幅大,把手的轉速應多大?為什么?分析與解答:首先明確機械振動的分類,按形成的原因分為固有振動(自由振動)和受迫振動及共振。按振幅的變化分為阻尼振動(減幅振動)和無阻尼振動(等幅振動)。