正文 第十三章 機械振動(3 / 3)

根據某些專業需要,還可選講阻尼振動、受迫振動和共振等內容。

二、教法建議

從振動與波動的關係來說,振動是基礎,但波動的研究和應用範圍更廣闊,因此振動是為波動服務的。

關於振動的內容,在中學物理中有過較詳細的探討,比如振動的特征量、振動方程、振動合成等。況且這一章對數學工具要求不高。因此對學生來說,新知識量顯得較少,不易引發學習興趣,教師在教學中應注意這一情況。在餅授時要避免重複,對已熟知的內容隻作複習性概述,提出教學要求即可。教師可把主要精力放在新內容和加深的知識上,比如旋轉矢量法、振動速度及.加速度、諧振動能量的深入討論等。

學生中常見問題有:判斷一個係統是否作簡諧振動時,不能正確分析受力而得出錯誤結論或不知從何入手作出判斷;對相位概念的理解不夠深刻;把旋轉矢量法的幾何量與諧振動的物理量.的性質相混淆甚至等同。

判斷係統是否作諧振動,是本章教學重點,在闡明判斷依據後,應舉例作詳細的受力分析,使學生熟悉基本過程及常用方法。

關於相位的概念,建議從兩方麵加以剖析:一、振動的狀態含靜態(位置)和動態(速度)兩方麵,振動係統確定後,則影響和的因素就隻有這一項,考察某給定時刻係統的振動狀態,又隻取決於初相。所以說相位是描述振動係統運動狀態的物理量。二、諧振動的周期性描述,從一個周,期內振動狀態的變化,就能說明全部振動過程,對這個振動過程的描述,若用相位描述隻是作參量代換:一個周期對應的相位變化,從用時間表示周期到用弧度表示相位。因此,用相位表示振動狀態也體現了振動的周期性特點。

對於旋轉矢量法,教師應強調旋轉矢量與諧振動隻是形式上的等效而本質上不同。在由初始條件確定振動初相位時,結合旋轉矢量法,可以更直觀、迅速地確定初相位的值。這是因為在初始時刻質點的振動狀態,從旋轉矢量圖上一目了然:質點在什麼位置、下一瞬時是沿軸正向運動還是沿軸負向運動,也即振動速度為正還是為負,當然,任意時刻質點的相位也可以借助於旋轉矢量圖來確定。

13.5參閱內容

粒子音響淺淡

人們對宏觀物體在相互撞擊時會發出響聲這種現象非常熟悉,從隕星墜地、火山爆發到雨點灑落、石子擊水,都會發出各,種響聲。但是,微觀粒子在撞擊固休、液體和氣體時也能發出響聲卻鮮為人知。

粒子撞擊物體的響聲是指音響效應而言,也即具有動能的粒:子與物質發生相互作用而產生音響。粒子包括光子、電子、質子、離子、分子及粒子團等。音響包括正常人耳能夠聽到的聲音和不能聽到的超聲與次聲。具有動能的微觀粒子進入物質後,與物質發生相互作用,把自己的能量交給物質,可能引起物質局部;發熱,也可能引起固體物質局部的液化、汽化或液體物質局部的汽化,還可能有其它變化。這些變化都可能使物體發生震動而產生音響效應。

粒子音響的產生方式之一,是把粒子束調製成音頻脈衝後作用於物質。因為電子束的聚焦、偏轉和調製早已成為輕而易舉的事,故可以將電子束聚焦並以一定的頻率加以調製,讓它作用於物質,再與適當的傳感器相配合,便可製成電子音響顯微鏡。這種具有很高的空間分辨率的電子音響儀器可用來探測材料表麵下的缺陷和測定材料的疊層結構。

利用粒子音響效應,還可以製成高能粒子探測器,用來探測高能質子和高能中子等。這種探測器與其它探測器相比,其優越性是顯著的。首先,一種探測器可以用來探測多種類別和多種能量的粒子;其二,因為聲波可以直接傳播很遠的距離,故可以進行遠距離探測;第三,這種音響探測器比較廉價。

人們預計在不久的將來,利用粒子音響效應研製成功的高能:粒子探測器,會幫助人們聽到高能粒子到來的腳步聲和宇宙射線湊出的優美樂章。從粒子音響效應的研究也可以提示人們不光是振動和聲學領域,任何古老學科隻有與現代技術相結合才能綻出老樹新花。