拍的頻率簡稱拍頻,它等於兩分振動頻之差,表現在旋轉矢量圖上,就是由構成的旋轉的平行四邊形每秒內出現同樣形狀的次數。
用兩個頻率相近的音頻信號發生器,通過一個喇叭發聲,我們聽到的聲音,其強弱具有周期性,這就是拍。但若兩分振動頻率相差根大,則拍頻很大,就聽不到拍了。
13.3習題指導
一、基本思路
對振動習題的解答,不僅要求對本章知識的牢固掌握,還要聯係前麵學過的力學知識,如選取坐標,分析受力及動能、勢能概念等。
本章習題大致有以下四類:
1.判斷一個物體是否作簡諧振動。
(1)用諧振動的動力學定義判斷:求出物體所受合力,看其是否滿足一定的條件,或物體的加速度是否與位移或正比而反向。
(2)看物體的運動能否寫成標準方程式
(3)從諧振動的運動學定義出發,看物體的位移是否滿足餘弦函數關係。
以上三種方法是等價的,物體的運動隻要滿足上述特征之一,就可斷定是簡諧振動。
2.由已知條件確定簡諧振動的方程
首先,要理解振動方程的物理意義,熟悉振動方程的標準形。根據振動係統的力學性質可確定振動角頻率,然後寫出振動方程。
3.由振動方程確定振動的各特征最以及振動速度和加速度
要明確振動方程中各特征量的物理意義,熟悉各量之間的關係。所給的方程化成標準形式,從中找出各相應的物理量。振動方程也即運動學方程,對其求一階導數,即得振動速度表達式,並可求出最大速度值;對其求二階導數,即得振動加速度表達式,並可求出最大加速度值。
4.諧振動的合成
重點掌握同方向同頻率的兩個諧振動的合成。關鍵是要熟悉合振動的振幅、初相的計算公式以及合振動加強、減弱的條件。
二、例題剖析
【例1】一立方體木塊浮於靜止水麵上,其浸在水中部分-的高度為幻現用手指將其稍稍壓下,使浸在水中部分的高度為b(b>h),放手後木塊將在水麵下作振動,試證明木塊的振動是諧振動,並求振動的周期和振幅。
【解】要證明這個木塊是否作諧振動,要看其振動是否具備簡諧振動的基本特征。此題中考察木塊受力比較方便,因此從分析維持木塊振動的力入手,看其是否具有線性恢複力的特點。
用手將木塊壓下,浸在水中部分的高度變為,這時木塊受到的浮力大於重力,兩者合力豎直向上,因此鬆手後木塊將向上作加速運動。當到達平衡位置時,雖然木塊所受合力為零,但由於慣性,木塊將繼續向上運動。隨著木塊上升,浸在水中部分減少,浮力也逐漸減小,當重力大於浮力時,兩者合力豎直向下了,木塊上升速度減小至零時,又開始向下運動。
設木塊邊長為且密度為水的密度為p2,木塊在平衡位置處瞬時靜止時。
設彈簧振子放到斜麵上後,彈簧縮短了h(與原自然長度相比),此時滑塊受到沿斜麵向上的彈性力和重力沿斜麵向下。
可見,滑塊的加速度與位移成正比且反向,滿足諧振動條件,所以彈簧振子放在光滑斜麵上時,其運動仍為諧振動。與平放時不同之處是平衡位置移動了。
請讀者自行分析:此時的振動勢能應如何求?與平放時振動勢能有何區別?
13.4教學建議
一、教材處理
1.本章地位
振動是自然界重要而普遍的運動形式之一,它是物理學的重_要組成部分,是波動的基礎。我們所討論的機械振動是最常見的:一種振動,它的基本概念和研究方法具有一定普遍性,可以應用.到其它領域裏的振動,如電磁振蕩等。因此學好這部分內容具有十分重要的意義。
2.講授線索
從簡諧振動的定義方法和描述簡諧振動的幾個特征物理量入手,討論振動這種運動形式的特點和規律;然後引出三種描述簡-諧振動的方法:解析法、圖線法和旋轉矢量法,在此基礎上講述簡諧振動的能量及其特點,簡諧振動的合成情況。