大物知识点复习框架——振动

简谐振动方程与特征量

  1. 振动方程: x = A c o s ( w t + ϕ 0 ) x=Acos(wt+\phi_0) x=Acos(wt+ϕ0)

  2. 特征量:
    (1) A A A:最大振幅
    (2) w w w:圆频率、角频率, 2 π 2\pi 2π秒内所作的完全振动次数 (单位rad/s)
    (3) T T T:周期,经过一次完整振动所花的时间 (单位s)
    (4) f f f:频率,单位时间内物体所作的完整振动次数 (单位Hz)
    (5) ϕ 0 \phi_0 ϕ0:初相位
    (6) w t + ϕ 0 wt+\phi_0 wt+ϕ0:相位,用来确定物体任意时刻的运动状态 (范围0~ 2 π 2\pi 2π)

  3. 相关公式:
    (1) 简谐运动受力情况: F = − k x = − w 2 m x F=-kx=-w^2mx F=kx=w2mx
    (2) k = w 2 m k=w^2m k=w2m
    (3) w = 2 π T = 2 π f = k m = Δ ϕ Δ t w=\frac{2\pi}{T}=2\pi f=\sqrt{\frac{k}{m}}=\frac{\Delta \phi}{\Delta t} w=T2π=2πf=mk =ΔtΔϕ

  4. 简谐运动位移、速度和加速度之间的关系
    (1) x = A c o s ( w t + ϕ 0 ) x=Acos(wt+\phi_0) x=Acos(wt+ϕ0)
    (2) v = w A c o s ( w t + ϕ 0 + π 2 ) v=wAcos(wt+\phi_0+\frac{\pi}{2}) v=wAcos(wt+ϕ0+2π)
    (3) a = w 2 A c o s ( w t + ϕ 0 + π ) = − w 2 x a=w^2Acos(wt+\phi_0+\pi)=-w^2x a=w2Acos(wt+ϕ0+π)=w2x
    注:简谐运动的位移与加速度的图形凹凸性相反

  5. 旋转矢量法口诀:一个中心两个基本点,找位移作垂线,根据方向舍一个

  6. 简谐运动方程 x = A c o s ( w t + ϕ 0 ) x=Acos(wt+\phi_0) x=Acos(wt+ϕ0) 中一共5个变量,知道其中任意4个可以求第5个

  7. 有关简谐运动 x − t x-t xt图像的题,可以通过 w = Δ ϕ Δ t w=\frac{\Delta \phi}{\Delta t} w=ΔtΔϕ 来求角频率

简谐振动的能量

  1. 简谐振动的动能: E k = 1 2 k A 2 s i n 2 ( w t + ϕ ) E_k=\frac{1}{2}kA^2sin^2(wt+\phi) Ek=21kA2sin2(wt+ϕ)
  2. 简谐振动的势能: E p = 1 2 k A 2 c o s 2 ( w t + ϕ ) E_p=\frac{1}{2}kA^2cos^2(wt+\phi) Ep=21kA2cos2(wt+ϕ)
  3. 动能和势能的周期减半、角频率翻倍
  4. E 总 = E k + E p = 1 2 k A 2 E_总=E_k+E_p=\frac{1}{2}kA^2 E=Ek+Ep=21kA2
  5. 平均动能和平均势能: E ‾ = 1 4 k A 2 \overline{E}=\frac{1}{4}kA^2 E=41kA2

简谐振动的合成

  1. 只考查同频率、同一直线上的谐运动合成
  2. 求合振动时先画出振动的旋转矢量图
  3. x 合 = x 1 + x 2 = A 合 c o s ( w t + ϕ 合 ) x_合=x_1+x_2=A_合cos(wt+\phi_合) x=x1+x2=Acos(wt+ϕ)
  4. A 合 = A 1 A_合=A_1 A=A1 A 2 A_2 A2的矢量和 = A 1 2 + A 2 2 + 2 A 1 A 2 c o s Δ ϕ =\sqrt{A_1^2+A_2^2+2A_1A_2cos\Delta \phi} =A12+A22+2A1A2cosΔϕ
  5. ϕ 合 = \phi_合= ϕ=矢量 A 合 A_合 A x x x轴的夹角: t a n ϕ 合 = A 1 s i n ϕ 1 + A 2 s i n ϕ 2 A 1 c o s ϕ 1 + A 2 c o s ϕ 2 tan\phi_合=\frac{A_1sin \phi_1+ A_2sin \phi_2}{A_1cos \phi_1+A_2cos\phi_2} tanϕ=A1cosϕ1+A2cosϕ2A1sinϕ1+A2sinϕ2

补充

  1. 弹簧的串并联会改变弹簧整体的k
  2. k 并 = k 1 + k 2 + k 3 . . . k_并=k_1+k_2+k_3... k=k1+k2+k3...
  3. 1 k 串 = 1 k 1 + 1 k 2 + 1 k 3 . . . \frac{1}{k_串}=\frac{1}{k_1}+\frac{1}{k_2}+\frac{1}{k_3}... k1=k11+k21+k31...
  4. 将受力与周期联系起来的公式: w = k m w=\sqrt \frac{k}{m} w=mk

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