普通物理学

第十章机械振动和电磁振荡

物体在一定位置附近所作的来回往复的运动称为机械振动。这种振动现象在自然界是广泛存在的.例如，摆的运动、一切发声体的运动、机器启动时各部分的微小颤动等都是机械振动在电路中，电流、电压、电荷量、电场强度或磁感应强度在某个定值附近随时间作周期性变化，也称为振动，即电磁振荡，电磁振荡与机械振动有相似的规律，广义地说，任何一个物理量在某个定值附近作周期性变化都可称为振动.

按振动系统的受力或能量转化情况考虑，振动可分为自由振动和受迫振动。自由振动又可分为无阻尼自由振动和阻尼振动.振动也可分为线性振动和非线性振动.在不同的振动现象中，最简单、最基本的振动是简谐振动，它是某些实际振动的近似，也是一种理想化的模型.任何复杂的振动都可看作若干个简谐振动的叠加.

本章主要讨论简谐振动的特征、描述和规律，进而讨论简谐振动的合成和分解，并用力电类比的方法讨论了电磁振荡，突出了振动的共性.最后简单地介绍阻尼振动、受迫振动以及非线性振动.

10-1简谐振动

物体运动时，如果离开平衡位置的位移（或角位移）按余弦（或正弦）函数关系随时间变化，这种运动称为简谐振动.在忽略阻力的情况下，弹簧振子的小幅度振动以及单摆的小角度振动都是简谐振动.下面以弹簧振子为例讨论简谐振动的特征及其运动规律.

一、简谐振动的特征及其表达式

质量为m的物体系于一端固定的轻弹簧(弹簧的质量相对于物体质量可以忽略不计）的自由端，弹簧和物体构成的系统就称为弹簧振子.如将弹簧振子放在光滑水平桌面上，当弹簧为原长时，物体所受的合力为零，处于平衡状态，此时物体所在的位置就是平衡位置，如果把物体稍加移动后释放，这时由于弹簧被拉长或被压缩，便有指向平衡位置的弹性力作用在物体上，迫使物体返回平衡位置.这样，在弹性力的作用下，物体就在其平衡位置附近作往复运动（图10-1）.

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本书是在程守洙、江之永主编的《普通物理学》(第七版)基础上，参照教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会编制的《理工科类大学物理课程教学基本要求》(2010年版)修订而成的。书中内容涵盖了基本要求中所有的核心内容，并精选了相当数量的拓展内容，供不同专业选用。本书第八版保持了原书特色，体系未有大的变化，尽量做到选材精当，论述严谨，行文简明；对经典物理内容进行了精简和深化，对近代物理内容进行了精选和通俗化，以加强学习新知识的基础，并适当介绍了现代工程技术的新发展和新动态。本书分为上、下两册，上册包括力学、热学、电磁学，下册包括振动、波动、光学和量子物理。