第9章 机械振动
大学物理-机械振动
机械振动也会影响交通工具的舒适 度，如火车、汽车等在行驶过程中 产生的振动，会让乘客感到不适。
机械振动在工程中的应用
振动输送
利用振动原理实现物料的输送，如振动筛、振动输送机等。
振动破碎
利用振动产生的冲击力破碎硬物，如破碎机、振动磨等。
振动减震
在建筑、桥梁等工程中，采用减震措施来减小机械振动对结构的影 响，提高结构的稳定性和安全性。
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THANKS
机械振动理论的发展可以追溯到 古代，如中国的编钟和古代乐器 的制作。
近代发展
随着物理学和工程学的发展，人 们对机械振动的认识不断深入， 应用范围也不断扩大。
未来展望
随着科技的不断进步，机械振动 在新能源、新材料、航空航天等 领域的应用前景将更加广阔。
02
机械振动的类型与模型
简谐振动
总结词
简谐振动是最基本的振动类型，其运动规律可以用正弦函数或余弦函数描述。
机械振动在科研中的应用
振动谱分析
01
通过对物质在不同频率下的振动响应进行分析，可以研究物质
的分子结构和性质。
振动控制
02
通过控制机械振动的参数，实现对机械系统性能的优化和控制，
如振动减震、振动隔离等。
振动实验
03
利用振动实验来研究机械系统的动态特性和响应，如振动台实
验、共振实验等。
05
机械振动的实验与测量
根据实验需求设定振动频率、幅度和波形等 参数。
启动实验
启动振动台和数据采集器，开始记录数据。
数据处理
将采集到的数据导入计算机，进行滤波、去 噪和整理，以便后续分析。
绘制图表
将处理后的数据绘制成图表，如时域波形图、 频谱图等，以便观察和分析。
机械的润滑、密封与环保
§9－2 机械密封常识
3．机械密封 如图9－5所示。橡胶密封圈的动环和静环 之间用弹簧支撑，使摩擦面保持一定的压力，防止润滑 剂外泄。能承受的压力比唇形密封圈密封还要大一些。 二、非接触式密封 轴与静止的机座之间不直接接 触，存在一定的间隙。 1.缝隙沟槽密封 在轴承座内孔挖几个圆弧槽， 形成油封。如图9－6所示。或选用 端面曲路密封的方法。 2.曲路密封 如图9－7、8所示。以圆弧槽密 封为常用。能承受的压力很小。
§9－3 机械环保与安全防护常识
（3）消除噪声根源 远离噪声源，如把空压机搬到较远 的地方。 （4）降低噪声 常用消声器，如汽车的消声装置，采 用隔音板阻挡噪声的传递。
3.机械三废 三废指废气、废水、废物。三废应当回收，并综合利 用，加以处理。
§9－3 机械环保与安全防护常识
二、机械安全防护常识操作
五、脂润的管理
1.制定管理制度 2.执行管理措施——五定:定点、定质、定量、定 期、定人。
§9－2 机械密封常识
机械密封的目的是阻止润滑剂和工作介质泄漏， 以及灰尘和水分侵入机器。
一、接触式密封
1．毡圈密封 如图9－3所示。将毛毡制成密封条挤入 轴承盖的密封凹槽圈内，与轴之间达到阻止润滑剂泄漏 的作用。应用在压力较小、线速度小于10m/s的场合。 如减速器的密封。特点是结构简单，成本低。
第九章 机械的节能环保与安全防护
机械零件的摩擦磨损，产生噪音、振动，造 成零件的失效，带来了巨大的经济损失和浪费。 特别是三废的外泄，严重地污染环境，给人类的 生存造成极大的影响。 保护环境和生存的空间，是每一个公民的责 任和义务。 在学习和工作中，懂得机械的节能环保与安 全防护的常识，爱护环境，做好自我防护，是一 件具有重要意义的大事。
第9章 机械振动
A. 在正最大位移处
00:3 0
B. 在负最大位移处
C. 在平衡位置且向正方向运动
D. 在平衡位置且向负方向运动
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3几3种. 说关法于振动相位t
(1)表征了振子的振动状态；
(2)表征了振动的周期性；
(3)给出加速度的方向；
(4)给出回复力的方向。
00:3 0
B. x0.5cosπt(π)
2
C. x1.0coπst)(
D. x0.5 2coπst(π)
4
图9-6
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5.把三个完全相同的弹簧、相同的物体分别组成如图9-
7a，b，c 所示的振子，不计摩擦阻力，这三个振子振
动周期的关系为（ ）。
00:30
A. T1 T2 T3
B. T1T2, T2T3 C. T1T2, T2T3
（cm）
2
x10cosπt(π)
C.
2
图9-17
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20.某质点作简谐振动，其振动曲线如图9-18所示。 该质点的振动方程为（ ）。
A. xAcosπ(tπ)
63
（xcmA）cos7π( tπ)
63
B. xAcos5π(tπ) （cm） 6 3
xAcos1(1πtπ)
C.
k
B. m2g2 2k ；3mg2 /2k
C.
m m 图9-14
；
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14.一质点作简谐振动，其运动方程
cm。设某时刻它在
x 6 co 1s π 0 t (0 0 .7 π )
高二物理第九章机械振动第一、二、三节人教版知识精讲
高二物理第九章机械振动第一、二、三节人教版【本讲教育信息】一. 教学内容：第九章 机械振动第一节 简谐振动 第二节振幅、周期和频率 第三节 简谐运动的图象二. 知识要点： 〔一〕简谐振动1. 机械振动的定义：物体在某一中心位置两侧所做的往复运动。
2. 回复力的概念：使物体回到平衡位置的力。
注意：回复力是根据力的效果来命名的，可以是各种性质的力，也可以是几个力的合力或某个力的分力。
3. 简谐运动概念：物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的力作用下的振动。
特征是：kx F -=；m kx a /-=。
〔特例：弹簧振子〕4. 简谐运动中位移、回复力、速度、加速度的变化规律。
〔参看课本〕〔1〕振动中的位移x 都是以平衡位置为起点的，方向从平衡位置指向末位置、大小为这两位置间的直线距离，在两个“端点〞最大，在平衡位置为零。
〔2〕加速度a 的变化与回F 的变化是一致的，在两个“端点〞最大，在平衡位置为零，方向总是指向平衡位置。
〔3〕速度大小v 与加速度a 的变化恰好相反，在两个“端点〞为零，在平衡位置最大。
除两个“端点〞外任一个位置的速度方向都有两种可能。
〔二〕振幅、周期、频率1. 振幅A 的概念：振动物体离开平衡位置的最大距离称为振幅。
它是描述振动强弱的物理量。
2. 周期和频率的概念：振动的物体完成一次全振动所需的时间称为振动周期，单位是秒；单位时间内完成的全振动的次数称为振动频率，单位是赫兹。
周期和频率都是描述振动快慢的物理量。
注意：全振动是指物体先后两次运动状态．．．．．．．．〔位移和速度〕完全一样．．．．所经历的过程。
振动物体在一个全振动过程通过的路程等于4个振幅。
3. 周期和频率的关系：fT 1=4. 固有频率和固有周期：物体的振动频率，是由振动物体本身的性质决定的，与振幅的大小无关，所以叫固有频率。
振动周期也叫固有周期。
〔三〕简谐运动的图象 1. 简谐运动的图象：〔1〕作法：以横轴表示时间，纵轴表示位移，根据实际数据取单位，定标度，描点。
波动学基础
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9. 1机械波的产生和传播
波动的传播既然与介质的弹性有密切的关系，因而波速必然与介 质的弹性模量有关。另外，波速也应该与介质的密度有关，因为密度 是描述介质惯性的物理量，它反映介质中任一部分在力的作用下，运 动改变的难易程度。理论证明横波和纵波在固态介质中的波速u可分 别用下列两式计算
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9. 1机械波的产生和传播
9.1.2横波与纵波
波在传播时，质元的振动方向和波的传播方向不一定相同。如 果质元的振动方向和波的传播方向相互垂直，这种波称为横波，如绳 中传播的波。其外形特征是具有凸起的波峰和凹下的波谷。如果质元 的振动方向和波的传播方向一致，这种波称为纵波，如空气中传播的 声波。纵波的外形特征是具有“稀疏”和“稠密”的区域。横波和纵 波是自然界中存在着的两种最简单的波，其他如水面波、地震波等， 情况就比较复杂。 如图9一1所示，绳的一端固定，另一端握在手中并不停地上下 抖动，使手拉的一端作垂直于绳索的振动，我们可以看到一个接一个 的波形沿着绳索向固定端传播形成绳索上的横波。
第9章波动学基础
9. 1机械波的产生和传播 9. 2平面简谐波 9. 3波的能量 9. 4波的干涉
9. 1机械波的产生和传播
9.1.1机械波的形成
机械振动系统(如音叉)在介质中振动时可以影响周围的介质，使 它们也陆续地发生振动。这就是说，机械振动系统能够把振动向周围 介质传播出去，形成机械波。 机械波的产生，首先，要有作机械振动的物体，它称为机械波 的波源;其次，要有能够传播这种机械振动的介质。例如，音叉在振 动时，音叉就是波源，而空气就是传播声波的介质。 应当注意，波所传播的只是振动状态，而介质中的各质元仅在 它们各自的平衡位置附近振动，并没有随波前进。例如，在漂浮着树 叶的静水里，当投入石子而引起水波时，树叶只在原位置附近上下振 动，并不移动到别处去。振动状态的传播速度称为波速。它与质元的 振动速度是不同的，不要把两者混淆起来。
第9章机械振动习题详解
第9章 机械振动习题详解9-1下列说法正确的是： （ A ）A ）谐振动的运动周期与初始条件无关B ）一个质点在返回平衡位置的力作用下，一定做谐振动。
C ）已知一个谐振子在t =0时刻处在平衡位置，则其振动周期为π/2。
D ）因为谐振动机械能守恒，所以机械能守恒的运动一定是谐振动。
9-2一质点做谐振动。
振动方程为x=A cos （φω+t ），当时间t=21T （T 为周期）时，质点的速度为 （ B ）A ）-A ωsin φ;B ）A ωsin φ;C ）-A ωcos φ;D ）A ωcos φ; 9-3一谐振子作振幅为A 的谐振动，当它的动能与势能相等时，它的相位和坐标分别为 （ C ） A ）3π±和32π±，;21A ± B ）6π±和65π±，;23A ±C ）4π±和43π±，A 22±； D ）3π±和32π±，;23A ± 9-4已知一简谐振动⎪⎭⎫ ⎝⎛+=531041πt x cos ，另有一同方向的简谐振动()φ+=t x 1062cos ，则φ为何值时，合振幅最小。
（ D ）A ）π/3；B ）7π/5；C ）π；D ）8π/59-5有两个谐振动，x 1t A x ,t A ωωsin cos 221==，A 1＞A 2，则其合振动振幅为( A )A ）21A A A +=；B ）21A A A -=；C ）A=2221A A +；D ）A=2221A A -9-6一质点作简谐振动，其运动速度与时间的曲线如图所示，若质点的振动规律用余弦函数作描述，则其初相位应为 （ C ）A ）π/6；B ）5π/6；C ）-5π/6；D ）-π/69-7质量为 m =1.27×10-3kg 的水平弹簧振子，运动方程为x =0.2cos （2πt +4π）m ，则t =0.25s 时的位移为m 102-，速度为s m /52π-，加速度为2/522s m π，恢复力为N 31008.7-⨯，振动动能为J 4105-⨯，振动势能为J 4105-⨯。
机械振动与故障诊断基本知识
旋转机械状态监测与故障诊断讲义陈国远深圳市创为实技术发展有限公司2005年8月目录第一章状态监测的基本知识 (4)一、有关的名词和术语 (4)1. 振动的基本参量：幅值、周期（频率）和相位 (4)2. 通频振动、选频振动、工频振动 (6)3. 径向振动、水平振动、垂直振动、轴向振动 (6)4. 同步振动、异步振动 (7)5. 谐波、次谐波、亚异步、超异步 (7)6. 相对轴振动、绝对轴振动、轴承座振动 (7)7. 自由振动、受迫振动、自激振动、随机振动 (7)8. 高点和重点 (8)9. 刚度、阻尼和临界阻尼 (8)10. 共振、临界转速、固有频率 (9)11. 分数谐波共振、高次谐波共振和参数激振 (9)12. 涡动、正进动和反进动 (9)13. 同相振动和反相振动 (10)14. 轴振型和节点 (10)15. 转子挠曲 (11)16. 电气偏差、机械偏差、晃度 (11)17. 偏心和轴心位置 (11)18. 间隙电压、油膜压力 (11)二、传感器的基本知识 (12)1. 振动传感器 (12)2. 电涡流振动位移传感器的工作原理 (13)3. 电动力式振动速度传感器的工作原理 (13)⒋压电式加速度传感器的工作原理 (14)第二章状态监测常用图谱 (15)1．波德图 (15)2．极坐标图 (16)3．频谱瀑布图 (16)4．极联图 (17)5．轴心位置图 (18)6．轴心轨迹图 (18)7．振动趋势图 (19)8．波形频谱图 (20)第三章旋转机械的故障诊断 (22)1. 不平衡 (22)2. 不对中 (23)3. 轴弯曲和热弯曲 (26)4. 油膜涡动和油膜振荡 (28)5. 蒸汽激振 (30)6. 机械松动 (33)7. 转子断叶片与脱落 (33)8. 摩擦 (38)9. 轴裂纹 (40)10. 旋转失速与喘振 (40)11. 机械偏差和电气偏差 (43)第一章状态监测的基本知识一、有关的名词和术语机械振动是指物体围绕其平衡位置附近来回摆动并随时间变化的一种运动。
机械振动理论及工程应用
机械振动学学习报告摘要：简述了机械振动学的发展历程，振动利用中的若干新工艺理论与技术，振动机械及其相关技术的应用与发展，介绍了振动在人类生活工作中起到了非常重要的作用。
通过对具体实例——单电机振动给料机的计算分析，得出机械振动对机器工作性能的影响。
并介绍了单自由度、多自由度的线性振动系统振动的基本理论和隔振的基本原理。
关键词：机械振动；振动给料机；线性振动系统Abstract：This paper describes the development course of study of mechanical vibration and the utilization of some new technology theory and technology. The vibration has played a very important role in human life and work. By analyzing the practical example-single motor , vibrating feeder calculation and analysis of mechanical vibration machine has influence on the performance. And introduced the single-degree-of-freedom, multi-freedom system vibration of the linear vibration of the basic theory and the basic principle of vibration isolation.Keywords：Mechanical vibration; Vibrates the feeding machine; Linear vibration system第一章绪论1.1振动振动学的发展振动振动学科是20世纪后半期逐渐形成和发展起来的一门新学科。
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00:30
C. D.
mk1 g k2 (k1 k2 ) mk2 g k1 (k1 k 2 )
图9-16
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18.一质点在水平x轴上作简谐振动，振幅A=4cm，周 期T=2s，取其平衡位置为坐标原点。若t=0时质点第 一次通过x=-2cm处，且向x轴负方向运动，则质点第 二次通过x=-2cm处的时刻为（ ）。 A. B. C. 1s 2 s 3
图9-7
00:30
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6.一质量为 m、半径为R的均匀圆环被挂在光滑的钉 子O上，如图9-8所示。使圆环在自身所在的竖直平
面内作微小摆动，其频率为（ ）。
A.
1 g 2π R
o
00:30
1 R B. 2π 4 g
1 C. 2π 1 D. 2π g 2R g 4R
图9-8
投票人数:0
7. 如图9-9所示，一小物块置于固定在轻弹簧上的平板 上，并随之在竖直方向作简谐振动，设平板、物块质 量分别为m，m，弹簧的劲度系数为k，则恰能使物块 脱离平板的临界振幅为（ ）。 00:30
期为T1 ，不忽略弹簧的质量时，周期为T2 。那么，
T1与T2 T2
00:30
T1 T2
T1 T2
D. 无法确定
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28.如图9-19所示，轻弹簧一端固定，另一端系着质量 为m的小车，小车在光滑的水平面上作简谐振动。当 小车每经过平衡位置一次，就有质量为m的砂粒从车的 上方自由落入车中。如果m /m为整数，那么当小车振 动的振幅减为原来的一半时，小车经过平衡位置的次 数为（ ）。 00:30 A. m/m B. 2m/m C. 3m/m D. 4m/m
2 2
； ； ； 。 k
00:30
C. m g 2k
2 2
D. 3mg / 2k
2
m m
图9-14
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14.一质点作简谐振动，其运动方程 x 6 cos(100πt 0.7π)
cm。设某时刻它在 x 3 2 cm处，且向x轴负向运动，
则它重新回到该位置至少需要经历的时间为（ ）。 00:30 1 A. s 100
9-5中的（ ）。 A. ； B. ；
00:30
A. C. ；
D. 。 C.
B.
图9-5
D.
投票人数:0
3. 弹簧振子在光滑水平面上作简谐振动时，弹性力在
半个周期内所做的功为（ ）。
A.
B.
kA 2
kA 2 kA2 4
2
00:30
C.
D.
0
投票人数:0
4. 已知两个同方向、同频率的简谐振动曲线如图9-6所
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23. 拍现象是由两个简谐振动合成的，它们是 （ ）。
A. 同方向、同频率的两个简谐振动合成 B. 同方向、频率很大但频率差甚小的两个 简谐振动合成 C. 振动方向互相垂直、同频率的两个简谐 振动合成 D. 振动方向互相垂直、频率成整数倍的两 个简谐振动合成 00:30
投票人数:0
24. 已知某音叉与频率为511Hz的音叉产生的拍频为
图9-19
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29. 弹簧振子做简谐振动时，如果它的振幅增为原来
的两倍，而频率减为原来的一半，那么，振子的总机
械能如何变化 （ ）。
A. 不变 B. 减为原来的一半 C. 增为原来的两倍 00:30
D. 增为原来的四倍
投票人数:0
30.某质点按余弦函数规律作简谐振动，它的初相位 π 0 ，那么该质点振动的初始状态为（ ）。 2 A. x0 0, v0 0 B. x0 0, v0 0 C. x0 A, v0 0 00:30
B.
3 s 200
C.
D.
1 s 50 3 s 50
投票人数:0
15.一劲度系数为 k的轻弹簧，两端分别系有质量为m 和 2m的小球，如图9-15所示。系统置于光滑水平面上，不 计空气阻力。今将两球沿弹簧长度方向压缩一段距离， 然后由静止释放，则系统的振动周期为（ ）。
m A. 2π k 2m B. 2π 3k
A. B. C.
m g/ k 处 (m'm) g / k 处
m' g / k 处
D. 条件不足，无法确定
图9-9
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8.如图9-10所示，在一摆长为 l 的单摆的悬点正下方 l / 2
处有一钉子Ａ，当摆动幅度很小时，此摆的周期为
（ ）。
l A. 2π g l l ) B. π( g 2g
00:30
C. 2π 3m
图9-15
k m 3m D. 2π( ) k k
投票人数:0
16.一质量为100g的柱状容器直地浮于水中，容器的横截 面是长为2cm、宽为0. 8cm的矩形。把容器稍微压低， 然后由静止释放，不计水和空气的阻力，并取重力加速 度大小g=10m/s2。则容器上下振动的周期为（ ）。 A. 4 s B. 0.5 s
π （cm）和 x 2 cos( 3t ) （cm），它们的合振动 4 的振动方程为（ ）。 3π 00:30 x 0 . 73 cos( 3 t ) A. （cm） 4 π B. x 0.73 cos( 3t )（cm） 4 7π C. x 2 cos( 3t ) （cm） 12 5π D. x 2 cos( 3t )（cm） 12
00:30
C. π 2l
g
图9-10
D. 须视摆球质量决定
投票人数:0
9.一长为 l﹑质量为 m 的均匀细棒悬于通过其一端的 光滑水平轴 O 上，如图9-11示，细棒对 O 轴的转动
2 惯量为 ml / 3 ，则此棒作微小摆动的周期为（ ）。
A.
B.
C. D.
l 2π g l 2π 2g
2l 2π 3g
00:30
l π 3g
图9-11
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10. 劲度系数为k的轻弹簧，系一质量为m的物体，物体
作简谐振动。如果t=0时，物体的速度达到最大值 vmax，
且向x轴负方向运动，则物体的振动方程为（ ）。 00:30 k m π vmax cos( t ) A. x
m k 2 k m π vmax cos( t ) B. x m k 2 m k π vmax cos( t ) C. x k m 2 m k π vmax cos( t ) D. x k m 2
D. x0 A, v0 0
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31.某物体振动的x-t曲线如图9-20所示，那么该物体振
B. 取决于振动的振幅和弹簧的劲度系数
C. 取决于振子的质量
D. 取决于振动的频率
投票人数:0
3. 如图9-3所示的弹簧振子，当振动到最大位移处时， 恰有一质量为 m0 的泥块从正上方落到质量为 m 的物 体上，并与物体粘在一起运动，则下述结论正确的是 （ ）。 00:30 A. 振幅变小，周期变小
00:30
C. π / 2 s
D. 4 / π s
投票人数:0
17. 如图9-16所示为一弹簧振动系统。当质量为m的物 体自然静止时，上面的弹簧恰为原长。今使物体上升至 下面的弹簧恰为原长，然后由静止释放任其振动。不计 一切摩擦和弹簧质量，物体的最大速度值为（ ）。
g m (k1 k 2 ) A. k2 g m (k1 k 2 ) B. k1
示，则其合振动的表达式为（ ）。 00:30
A. x 0.5 2 cos(πt π)
π B. x 0.5 cos( πt ) 2
C. x 1.0 cos(πt )
π D. x 0.5 2 cos( πt 4 )
图9-6
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5.把三个完全相同的弹簧、相同的物体分别组成如图97a，b，c 所示的振子，不计摩擦阻力，这三个振子振 动周期的关系为（ ）。 A. T1 T2 T3 B. T1 T2 , T2 T3 C. T1 T2 , T2 T3 D. T1 T2 T3
图9-13
投票人数:0
00:30
13.两个质量均为m的物块粘在一起，挂在劲度系数为 k的弹簧下端，如图9-14所示。忽略一切摩擦和弹簧的 质量。现将两物块上托使弹簧自由伸长，然后将物体 由静止释放。如果当两物块下降至最低点时，下面的 物块自行脱落，则余下系统的振动能量为（ ）。 A. 2m2 g 2 / k B. 9m g / 2k
图9-18
00:30
投票人数:0
21.当弹簧振子作简谐振动的振幅增大为原来的2倍时，
以下物理量增大为原来的2倍的是 （ ）。
(1) 周期；
(2) 最大速度；
00:30
(3) 最大加速度； (4) 总的机械能。 A. (1)(2)
B. (2)(3)
C. (3)(4) D. (1)(3)
投票人数:0
3π 22.两个简谐振动的振动方程分别为 x1 3 cos( 3t ) 4
B. 振幅变小，周期不变 C. 振幅不变，周期变大 D. 振幅不变，周期变小
k
m0
m
图9-3
投票人数:0
课后检测题
1.如图9-4所示，质量为m的物体由劲度系数分别为 k1 和 k2 的两个轻弹簧连接，在光滑水平导轨上作微小振动，则 系统的振动频率为（ ）。
00:30
A. 2π
k1 k2 m
4 s 3
00:30
D.
2s
投票人数:0
19.图9-17为某质点作简谐振动的x-t曲线，由此知该 质点的振动方程为（ ）。
x / cm
O
-10
1
2
t /s
00:30