高中物理简谐运动知识点复习时注意事项

复习高中物理和声运动知识点时应注意的问题,安萨里高中物理[化]对物理模型、物理概念和物理规律的理解是非常重要的。在审查这一内容时,应特别注意以下几点。高中物理指导班教学有五个基本问题很容易模糊。

 

 

首先,找出两个模型-弹簧振荡器和单摆。

 

1.弹簧振子是一个理想化的模型,由于它是理想化的,它必须受到一定的理想化条件的限制,必须提醒学生注意它。总结如下四点:(1)球与弹簧相连并穿在杆上;(2)球在杆上的滑动摩擦力可以忽略,即将杆视为光滑杆;(3)弹簧的质量远小于小球的质量,可忽略;(4)弹簧的质量可视为质点。为了满足上述条件,我们可以称之为弹簧振荡器。根据杆位,将弹簧振子的运动分为水平方向的谐波运动和垂直方向的谐波运动。在许多实际问题中没有光滑杆,但弹簧振子模型也可以抽象出来。

 

2.单摆:将一个小球系在细绳的一端,并将另一端固定在悬挂点上。这条线的膨胀和质量是可以忽略的。这条线比球的直径长。这种装置叫做单摆。单摆是实际摆的理想模型。在理解这一概念时,我们可以把握以下几点:(1)球的密度大,体积小。(2)细线柔软,不拉长,直线长时间大于球的直径,线重可以忽略,只有当摆角小于5°时,才能进行简谐运动。

 

第二,明确了物体简谐运动的定义。

 

1.在位移作用下,物体在偏离平衡位置并始终指向平衡位置的恢复力作用下的振动称为调和运动。

 

2.公式:恢复力F≤kx。在公式中,“-”符号表示恢复力和位移总是相反的。

 

注:对于一般的谐波运动,k不能理解为刚度系数,而只能视为比例常数。不同的谐波运动,k值是不同的,k是由振动系统本身的结构决定的。

 

3.物体在受恢复力作用后的往复运动不一定是谐波运动。

 

如图1所示,质量为m的小球在光滑的折叠表面AOB上来回移动(O点处的球不合格)。试着判断球的运动是否是一个简单的调和运动。

 

重力斜平面上的分量力总是使球回到平衡位置,帮助它的是球来回移动的回复力,同样大小的球在OB斜面上的大小也是恢复力的大小。因为倾斜面的倾角是恒定的。因此,球上的恢复力总是与位移方向相反。然而,恢复力的大小与位移不成比例。根据物体的振动与位移成正比,总是指向平衡位置时,物体的振动是简谐运动的规律,可以判断物体的运动只是一般的振动,而不是简单的谐波运动。通过分析,学生可以进一步了解谐波运动的条件,很明显,物体在恢复力作用下的往复运动不一定是谐波运动。

 

第三,阐明平衡位置与平衡状态概念的区别。

 

所谓平衡状态,是指物体不受力或合力为零,处于静止或匀速直线运动状态.. 对于一个简单的谐波物体,平衡位置的确切含义应该是物体受到零回力的位置: 如果水平弹簧振荡器处于弹簧不可见变化的位置,则单摆球(摆角小于 5°) 处于最低点。

 

当单摆在最低点时,在绳张力和重力作用下,这两种力的联合力提供了圆周运动的同心力,指向圆周的中心,而不是指向半径的中心。球不是处于平衡状态,但为球的调和运动提供恢复力的是在切向方向的部分重力。当这个位置的恢复力为零时,我们称这个位置为平衡位置。

 

因此,使简谐运动的对象并不总是处于平衡位置的平衡状态。

 

第四,简单的谐波运动满足机械能守恒定律。

 

虽然弹簧振子和单摆的位移、速度、加速度和恢复力在谐波运动中都发生了变化,但机械能总量保持不变。其原因是振子水平振动时仅靠弹性力作功,在摆动过程中仅靠重力作功,因此都满足机械能守恒的条件。

 

第五,阐明了谐波运动中位移的概念。

 

为了方便地研究问题,在描述谐波运动物体的位移时,以物体的平衡位置作为位移参考点,即平衡位置的位移为零,这与一般运动中作为参考点的初始位置不同。 应特别注意这一点。