高中物理選擇性必修件第章機(jī)械振動(dòng)本章整合匯報(bào)人：XX20XX-01-19CONTENTS機(jī)械振動(dòng)基本概念與分類(lèi)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律與特性阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振現(xiàn)象分析波的形成與傳播特性探討疊加原理在波動(dòng)現(xiàn)象中應(yīng)用舉例多普勒效應(yīng)及其在生活科技中應(yīng)用機(jī)械振動(dòng)基本概念與分類(lèi)01物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為振動(dòng)。振動(dòng)定義振動(dòng)的物體具有周期性、重復(fù)性、穩(wěn)定性等特點(diǎn)。振動(dòng)特點(diǎn)振動(dòng)定義及特點(diǎn)不受外力作用，由系統(tǒng)內(nèi)部初始能量引起的振動(dòng)，如單擺的小角度擺動(dòng)。自由振動(dòng)在外界周期性驅(qū)動(dòng)力作用下產(chǎn)生的振動(dòng)，如共振現(xiàn)象中的音叉。受迫振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)分類(lèi)與實(shí)例物體在一條直線上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如彈簧振子的振動(dòng)。物體在平面內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如單擺的大角度擺動(dòng)。物體在空間內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)中的振動(dòng)。一維振動(dòng)二維振動(dòng)三維振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)分類(lèi)與實(shí)例物體在相等的時(shí)間間隔內(nèi)重復(fù)相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，具有確定的周期和頻率，如簡(jiǎn)諧振動(dòng)。物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不隨時(shí)間呈現(xiàn)明顯的周期性重復(fù)，沒(méi)有確定的周期和頻率，如阻尼振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)。周期性與非周期性振動(dòng)非周期性振動(dòng)周期性振動(dòng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律與特性02簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)定義物體在一條直線上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如果在其平衡位置附近，物體受到的回復(fù)力與其離開(kāi)平衡位置的位移成正比，且指向平衡位置，則稱(chēng)物體的運(yùn)動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)條件回復(fù)力與位移成正比，且方向始終指向平衡位置。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)定義及條件指向平衡位置的力，大小與位移成正比，方向始終指向平衡位置。回復(fù)力物體離開(kāi)平衡位置的直線距離，用x表示。位移物體運(yùn)動(dòng)的快慢，用v表示。在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，速度大小與位移大小有關(guān)，方向沿運(yùn)動(dòng)軌跡切線方向。速度物體速度變化快慢的物理量，用a表示。在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，加速度大小與位移大小成正比，方向指向平衡位置。加速度回復(fù)力、位移、速度、加速度關(guān)系能量轉(zhuǎn)化在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，動(dòng)能和勢(shì)能不斷相互轉(zhuǎn)化。當(dāng)物體向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；當(dāng)物體離開(kāi)平衡位置時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能。能量守恒簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)的總能量保持不變。即動(dòng)能和勢(shì)能之和為定值，這體現(xiàn)了能量守恒定律在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用。能量轉(zhuǎn)化與守恒在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中體現(xiàn)阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振現(xiàn)象分析03阻尼振動(dòng)中，由于阻力的存在，振動(dòng)的幅度會(huì)逐漸減小。阻尼振動(dòng)的周期與無(wú)阻尼時(shí)的周期相同，不會(huì)因阻力的存在而改變。在阻尼振動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)的機(jī)械能不斷轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量逐漸減少。振幅逐漸減小周期不變能量逐漸耗散阻尼振動(dòng)特點(diǎn)及能量變化過(guò)程受迫振動(dòng)是由周期性外力作用引起的，外力的頻率和振幅對(duì)受迫振動(dòng)的特性有重要影響。外力作用系統(tǒng)固有頻率阻尼大小當(dāng)外力的頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅會(huì)顯著增大，產(chǎn)生共振現(xiàn)象。阻尼的大小會(huì)影響受迫振動(dòng)的振幅和相位，阻尼越大，振幅越小，相位滯后越嚴(yán)重。030201受迫振動(dòng)產(chǎn)生條件及影響因素

共振現(xiàn)象及其危害和利用共振現(xiàn)象當(dāng)外力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅達(dá)到最大值，稱(chēng)為共振現(xiàn)象。危害共振現(xiàn)象可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞和設(shè)備的損壞，如橋梁的崩塌、機(jī)器的損壞等。利用共振現(xiàn)象也可以被利用，如音響設(shè)備中利用共振原理增強(qiáng)聲音效果，核磁共振成像技術(shù)利用原子核的共振現(xiàn)象進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷等。波的形成與傳播特性探討04機(jī)械波產(chǎn)生條件及分類(lèi)方法機(jī)械波產(chǎn)生條件機(jī)械波的產(chǎn)生需要振源和介質(zhì)兩個(gè)條件，振源提供振動(dòng)能量，介質(zhì)則將振動(dòng)能量傳遞出去形成波。機(jī)械波分類(lèi)方法根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向的關(guān)系，機(jī)械波可分為橫波和縱波兩類(lèi)。橫波中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向垂直，而縱波中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向平行。橫波傳播時(shí)，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而不隨波遷移。橫波在傳播過(guò)程中，介質(zhì)并不隨著波的傳播而運(yùn)動(dòng)，只是在垂直波傳播方向的平面上振動(dòng)。橫波傳播特性縱波傳播時(shí)，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)沿著波的傳播方向做遷移運(yùn)動(dòng)。縱波在傳播過(guò)程中，介質(zhì)會(huì)隨著波的傳播而運(yùn)動(dòng)?？v波傳播特性橫波和縱波傳播特性比較波長(zhǎng)、頻率、波速關(guān)系式對(duì)于機(jī)械波，波長(zhǎng)λ、頻率f和波速v之間存在關(guān)系v=λf。其中，波長(zhǎng)λ是相鄰兩個(gè)同相振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)間的距離，頻率f是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某點(diǎn)的完整波的數(shù)目，波速v是波在介質(zhì)中傳播的速度。關(guān)系式推導(dǎo)機(jī)械波的傳播速度與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，而與振源無(wú)關(guān)。因此，對(duì)于同一介質(zhì)中的機(jī)械波，其傳播速度v是恒定的。根據(jù)波長(zhǎng)λ和頻率f的定義，可以得出波長(zhǎng)、頻率、波速之間的關(guān)系式v=λf。波長(zhǎng)、頻率、波速關(guān)系式推導(dǎo)疊加原理在波動(dòng)現(xiàn)象中應(yīng)用舉例05VS當(dāng)幾列波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，它們能夠同時(shí)存在于同一空間，各自保持原有的振動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播，在相遇區(qū)域形成復(fù)雜的疊加現(xiàn)象。線性疊加若幾列波在相遇區(qū)域產(chǎn)生的振動(dòng)是各自振動(dòng)的線性疊加，即合振動(dòng)的位移等于各分振動(dòng)位移的矢量和，且合振動(dòng)的頻率等于各分振動(dòng)的頻率，這種疊加稱(chēng)為線性疊加。疊加原理波的疊加原理闡述干涉現(xiàn)象產(chǎn)生條件及觀察方法兩列波的頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位差恒定。產(chǎn)生條件通過(guò)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察，當(dāng)單色光通過(guò)雙縫后，在屏上形成明暗相間的干涉條紋。觀察方法波在傳播過(guò)程中遇到障礙物或孔、縫時(shí)，能夠繞過(guò)障礙物或穿過(guò)孔、縫繼續(xù)傳播的現(xiàn)象稱(chēng)為衍射。產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或孔、縫的尺寸與波長(zhǎng)相差不大或比波長(zhǎng)小。通過(guò)單縫衍射實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察，當(dāng)單色光通過(guò)單縫后，在屏上形成中央亮紋較寬、兩側(cè)亮紋較窄的衍射條紋。產(chǎn)生條件觀察方法衍射現(xiàn)象產(chǎn)生條件及觀察方法多普勒效應(yīng)及其在生活科技中應(yīng)用06定義多普勒效應(yīng)是指波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波的頻率會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因當(dāng)波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波的頻率會(huì)因?yàn)椴ㄔ春陀^察者之間的距離變化而發(fā)生變化。當(dāng)波源向觀察者靠近時(shí)，觀察者接收到的波的頻率會(huì)變高；當(dāng)波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，觀察者接收到的波的頻率會(huì)變低。多普勒效應(yīng)定義及產(chǎn)生原因醫(yī)學(xué)領(lǐng)域01在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，多普勒效應(yīng)被廣泛應(yīng)用于超聲診斷。醫(yī)生可以通過(guò)超聲波的多普勒效應(yīng)來(lái)檢測(cè)人體內(nèi)部器官的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如心臟跳動(dòng)、血流速度等。交通領(lǐng)域02在交通領(lǐng)域中，多普勒效應(yīng)被用于測(cè)速雷達(dá)。雷達(dá)發(fā)射出的電磁波遇到車(chē)輛后會(huì)反射回來(lái)，通過(guò)測(cè)量反射波的頻率變化，可以計(jì)算出車(chē)輛的速度。天文學(xué)領(lǐng)域03在天文學(xué)領(lǐng)域中，多普勒效應(yīng)被用于測(cè)量恒星和星系的速度。通過(guò)觀察恒星或星系發(fā)出的光譜線的多普勒效應(yīng)，可以推斷出它們相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度。多普勒效應(yīng)在生活科技中應(yīng)用舉例測(cè)量原理利用多普勒效應(yīng)測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)速度的原理是，當(dāng)波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波的頻率會(huì)發(fā)生變化。通