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机械振动
本章知识点:简谐振动的特征及其运动方程,简谐振动的旋转矢量
表
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示法,振动的能量,简谐运动的合成,阻尼振动,受迫振动,共振
本章重点:简谐振动的特征及其运动方程,简谐振动的旋转矢量表示法,振动的能量,同方向同频率简谐运动的合成
一、填空
题
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1.一个给定系统做简谐振动时,其振幅和初相位决定于 、 和 ;弹簧振子做简谐振动时,其频率决定于 和 .
2.一弹簧振子,弹簧的劲度系数为0.32 N/m,重物的质量为0.02 kg,则这个系统的固有角频率为 rad/s,相应的振动周期为 s.
3.在两个相同的弹簧下各悬挂一物体,两物体的质量比为4:1,则两者做简谐运动的周期之比为 .
4.质点做简谐运动的位移和时间关系如图1所示,则其运动方程为 .
5.两个同频率的简谐运动曲线如图2所示,则
的相位比
的相位落后 .
6.两个简谐振动曲线如图3所示,两个简谐振动的频率之比
,加速度最大值之比a1m:a2m= ,初始速率之比
.
7.简谐振动的方程为
,势能最大时位移x= ,此时动能Ek= .
8.已知一质点做简谐运动曲线如图4所示,由图可确定振子在t= s时速度为零;在t= s时弹性势能最小;在(__________)s时加速度取正的最大值.
9.两个同方向同频率的简谐振动,其合振动的振幅为0.20m,合振动与第一分振动的相位差为60度,已知第一分振动的振幅为0.10m,则第二分振动的振幅为 m,第二分振动与第一分振动的相位差为 .
10.某谐振子同时参与两个同方向的简谐运动,其运动方程分别为
;
当
= 时合振动的振幅最大,其值
= ;当
= 时合振动的振幅最小,其值
= .
11.图5中所示为两个简谐振动的振动曲线,若以余弦函数表示这两个振动的合成结果,则合振动的方程为
(____________________)。
二、选择题
1.一物体做简谐运动,运动方程为
,在
时刻(T为周期),物体的速度和加速度为 ( )
(A)
,
(B)
,
(C)
,
(D)
,
2.一简谐振动方程为:
,则振动的最大加速度的大小为( )
(A)
(B)
(C)
(D)
3.一弹簧谐振子在振幅增大两倍时,其频率和最大速度的变化为( )
(A)频率和最大速度都增加 (B)频率增加,最大速度不变
(C)频率不变,最大速度增加 (D)频率和最大速度都不变
4.把单摆小球从平衡位置向位移正方向拉开,使摆线与竖直方向成一微小角度θ,然后由静止释放,使其摆动.从放手时开始计时,若用余弦函数表示运动方程,则该单摆振动的初相为( )
(A)π (B)0 (C)π/2 (D)θ
5.质点做简谐运动,其位移与时间的曲线如图6所示.则该质点做简谐运动的初相位为( )
(A)
(B)
(C)
(D)
6.当
时,一简谐弹簧振子正经过其平衡位置向X轴正向运动,此时弹簧振子的运动方程可表示为( )
(A)
(B)
(C)
(D)
7.一弹簧振子做简谐振动,当位移为振幅的一半时,其动能为总能量的( )
(A)
(B)
(C)
(D)
8.一质点作周期为T的简谐运动,质点由平衡位置运动到最大位移一半处所需的最短时间为( )
(A)T/2 (B)T/4 (C)T/8 (D)T/12
9.两个振动方向、振幅、频率均相同的简谐运动相遇叠加,测得某一时刻两个振动的位移都等于零,而运动方向相反.则表明两个振动的( )
(A)相位差
,合振幅
(B)相位差
,合振幅
(C)相位差
,合振幅
(D)相位差
,合振幅
10.两个质点作同频率、同振幅的简谐振动,它们在振幅一半的地方相遇,但运动方向相反,则两者的相位差为( )
(A)
(B)
(C)
(D)
11.一个质点作简谐运动,振幅为A,在起始时刻质点的位移为
,且向x 轴正方向运动,代表此简谐运动的旋转矢量为图7中( )
图7
12.将频率为
的
标准
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音叉和一待测频率的音叉同时振动,测得拍频为2.0
,而将频率为
的标准音叉与待测音叉同时振动时,测得拍频为3.0
,则待测音叉的频率为( )
(A)400
(B)398
(C)402
(D)408
三、计算题
1.若简谐振动方程为
,求:
(1)振幅、频率、角频率、周期和初相; (2)t=2s时的位移、速度和加速度.
2.某振动质点的x-t 曲线如图8所示,试求:(1)运动方程;(2)点P 对应的相位;(3)到达点P 相应位置所需的时间.
图8
3.一物体沿x轴作简谐振动,振幅为0.06m,周期为2.0s,当t=0时位移为
,且向轴正方向运动,求:(1)t=0.5s时,物体的位移、速度和加速度;(2)物体从
处向x轴负方向运动开始,到达平衡位置,至少需要多少时间?
4.一物体质量为0.25Kg,在弹性力作用下作简谐振动,弹簧的劲度系数k=25N/m,如果起始振动时具有势能0.06J和动能0.02J,求:(1)振幅; (2)动能恰等于势能时的位移; (3)经过平衡位置时物体的速度.
5.两个同方向的简谐振动的振动方程分别为:
求:(1)合振动的振幅和初相;(2)若另有一同方向同频率的简谐振动
,则
为多少时,
的振幅最大?
又为多少时,
的振幅最小?
6.一质点同时参与两个同方向的简谐振动,其振动方程分别为
,
画出两振动的旋转矢量图,并求合振动的振动方程.