简谐运动的描述
简谐运动的描述

面上做简谐运动,振动过程中A、B之间无相对运动,A的下表面与B的上
表面间的动摩擦因数为μ,弹簧的劲度系数为k。若滑动摩擦力等于最
大静摩擦力,重力加速度大小为g,则该简谐运动的最大位移为(
A.
mg
k
M m g
C.
k
B.
小球,小球静止。现将小球向下拉动距离A后由静止释放,并开始计时,
小球在竖直方向做简谐运动,周期为T。经 T 时间,小球从最低点向上
8
运动的距离_____
A (选填“大于”、“小于”或“等于”);在 T 时
2
4
刻,小球的动能______(选填“最大”或“最小”)。
【答案】小于
最大
典例分析
【典例3】(2022·河北·临城中学高二开学考试)如图所示,质量为m
问题1:O—D—B—D—O是一个周期吗?
问题2:若从振子经过C向右起,经过
怎样的运动才叫完成一次全振动?
问题3:如何测弹簧振子的周期? 简谐运动的周期与振幅有关吗?
二、周期和频率
做一做
测量小球振动的周期
如图,弹簧上端固定,下端悬挂钢球。把钢球从平衡位置
向下拉一段距离 A,放手让其运动,A 就是振动的振幅。
2.振动周期与弹簧的劲度系数有
关,劲度系数较大时,周期较小。
3.振动周期与振子的质量有关,质量较小时,周期较小。 T 2 m
k
结论: 弹簧振子的周期由振动系统本身的质量和劲度系数决定,而与
振幅无关,所以常把周期和频率叫做固有周期和固有频率。
二、周期和频率
根据正弦函数规律,(ωt+)在每增加2π的过程中,函数值循
简谐运动的描述(高中物理教学课件)完整版

四.简谐运动的表达式
简谐运动的表达式:x=Asin(ωt+φ)
位移 振幅
时刻 初相位
圆频率 ω=2π/T=2πf
也可以写成:x Asin(2 t )
T
相位
根据一个简谐运动的振幅、周期、初相位,可以知道做 简谐运动的物体在任意时刻的位移,故振幅、周期、初 相位是描述简谐运动特征的物理量。
三角变换
因为 2 , T 2 2 m
T
k
振动系统本身性质决 定的。
同时放开的两个小球振动步调总是 一致,我们说它们的相位是相同的;
而对于不同时放开的两个小球,我 们说第二个小球的相位落后于第一个 小球的相位。
如何定量的表示相位呢?
三.相位
1.相位:物理学中把(ωt+φ)叫作相位,其中φ 叫初相位,也叫初相。 由简谐运动的表达式x=Asin(ωt+φ)可以知道, 一旦相位确定,简谐运动的状态也就确定了。 2.相位差:两个具有相同频率的简谐运动的相位 的差值。 如果两个简谐运动的频率相同,其初相分别是φ1 和φ2,当φ1>φ2时,它们的相位差是Δφ=(ωt+φ1) -(ωt+φ2)=φ1-φ2此时我们常说1的相位比2超前 Δφ,或者说2的相位比1落后Δφ。
x甲 0.5sin(5t )cm 或者x甲 0.5sin 5tcm
x乙
0.2 sin(2.5t
2
)cm
或者x乙 0.2 cos 2.5tcm
注意: 振动物体运动的范围是振幅的两倍。
二.周期和频率
做简谐振动的振子,如果从A点开始运动,经过O点运动到Aˊ点再 经过O点回到A点,这样的过程物体的振动就完成了一次全振动。 如果从B点向左运动算起,经过O点运动到Aˊ点,再经过O点回到 B点,再经A点返回到B点时,这样的过程也是一种全振动。
课件2:2.2 简谐运动的描述

只是改变翅膀振动幅度即“振幅”的大小和翅膀的倾斜 度;只在受到天冷的影响的时候才增加每秒钟振动翅膀 的次数.正是因为这个缘故,昆虫在飞行的时候发出的音 调总是不变的.
知识梳理
1.描述简谐运动的物理量 (1)振幅: ①定义:振动物体离开平衡位置的 最大距离 ,叫做 振幅.用A表示,单位为米(m). ②物理含义:振幅是描述振动 强弱 的物理量;振幅 的大小反映了振动系统 能量 的大小. (2)全振动:振动物体以相同的 速度 相继通过同一 位置所经历的过程.
7π
在t=0.1 s时的相位是____1_0___;在1 s的时间内振子通
过的路程是___2_0____ cm. 解可析知:,f=由1振H动z,t方=程0.1可s知时,,A,=相5位cm为,ω2π=×20π.,1由+ωπ2==2Tππ,=1 s2的πf 时间内振子通过的路程为4 A=20 cm.
知识要点1 简述简谐运动的物理量及其之间的关系
2.简谐运动的表达式 简谐运动的一般表达式为:x=Asin(ωt+φ). (1)A表示简谐运动的__振__幅____.
(2)ω是一个与频率成正比的量,称做简谐运动的圆频
2π
率,表示简谐运动的快慢,ω=___T__=__2_π_f_. (3)ωt+φ代表简谐运动的相位,φ表示t=0时的相位, 叫做初相. 注意 对于简谐运动,质点振动的位移是随时间变化的, 但振幅不变,振幅等于质点振动时最大位移的大小.
一物体简谐运动图象如图所示,由x-t图象可知振 幅A=5 cm,周期T=4 s,2.5 s末位移为负,加速度 为正,速度为负.
名师指点 (1)简谐运动的振幅大,其振动位移不一定大,但其 最大位移一定大. (2)四分之一个周期内的路程可以等于一个振幅,可 以大于一个振幅,也可以小于一个振幅.
2.2 简谐运动的描述

(2)
2
=2πf 是解题时常涉及到的表达式。
T
像,会使解答过程简捷、明了。
(3)解题时画出其振动图
课堂评价
1.如图所示为A、B 两个简谐运动的位移—时间图像。试根据图像写出:
⑴A 的振幅、周期;B 的振幅、周期。
⑵试写出这两个简谐运动的位移随时间变化的衡位置为点O,在B、C之间做简谐运动。B、C相
距20cm。小球经过B点开始计时,经过0.5s首次到达C点。
⑴画出小球在第一个周期内的x-t图像。
⑵求5s内小球通过的路程及5s末小球的位移。
C
考虑:①对称性
②周期性
O
B
x
总结:用简谐运动位移表达式解答振动问题的方法
⑶在时间t =0.05s时两质点的位移分别是多少?
参考答案
(1)由题图知:A 的振幅是0.5 cm,周期是0.4 s;
B 的振幅是0.2 cm,周期是0.8 s。
(2) xA=0.5sin(5πt+π)cm
xB=0.2 sin(2.5πt+ ) cm
(3) xA=-
2
4
2
cm xB =
5
0.2sin π
1
T
f
2
2f
T
3.周期与振幅关系
探究:如图是竖直悬挂的弹簧振子,向下拉开一段距离A使其做简谐运动。
⑴是否振幅A越大,运动的周期T也越大?
⑵给你一个秒表,应该如何测量周期T?请验证你的猜想。
演示:测量小球振动的周期
结论:在简谐运动中,一个确定的振动系统的周期由振动系统本身的因素决定,
与振幅无关。
人教版选修3-4 第11章 第2节 简谐运动的描述

一、描述简谐运动的物理量┄┄┄┄┄┄┄┄① 1.振幅(1)定义:振动物体离开平衡位置的最大距离,叫做振动的振幅。
用A 表示,单位为米(m)。
(2)物理意义:振幅是描述振动强弱的物理量;振幅的大小反映了振动系统能量的大小。
2.全振动:振动物体以相同的速度相继通过同一位置所经历的过程。
3.周期(T)和频率(f)内容 周期频率定义 做简谐运动的物体完成一次全振动需要的时间 单位时间内完成全振动的次数单位 秒(s)赫兹(Hz)物理含义 表示振动快慢的物理量关系式T =1f相位:表示振动物体不同状态的物理量,用来描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态。
[说明]1.振幅是振子离开平衡位置的最大距离,数值上等于最大位移的绝对值。
2.正确理解全振动,应注意把握全振动的五个特征 (1)振动特征:一个完整的振动过程。
(2)物理量特征:位移(x)、加速度(a)、速度(v)三者第一次同时与初始状态相同。
(3)时间特征:历时一个周期。
(4)路程特征:振幅的4倍。
(5)相位特征:增加2π。
①[判一判]1.振幅就是指振子的位移(×)2.振子从离开某位置到重新回到该位置的过程为一次全振动过程(×) 3.振子完成一次全振动的路程等于振幅的4倍(√) 二、简谐运动的表达式┄┄┄┄┄┄┄┄②简谐运动的一般表达式为:x =Asin(ωt+φ)。
1.x 表示振动物体相对于平衡位置的位移。
2.A 表示简谐运动的振幅。
3.ω是一个与频率成正比的量,称做简谐运动的圆频率,表示简谐运动振动的快慢,ω=2πT =2πf。
4.(ωt+φ)代表简谐运动的相位,φ表示t =0时的相位,叫做初相。
[说明]1.相位差是指两个相位之差,在实际应用中经常用到的是两个具有相同频率的简谐运动的相位差,设其初相位分别为φ1和φ2,其相位差Δφ=(ωt+φ2)-(ωt+φ1)=φ2-φ1,它反映出两个简谐运动的步调差异。
(1)同相:表明两个振动物体步调相同,相差位Δφ=0。
简谐运动的描述

简谐运动的描述引言简谐运动是物理学中一种重要的运动形式,它在自然界和工程领域中都有广泛的应用。
本文将对简谐运动进行详细描述,并深入探讨其特征、数学表达以及应用。
定义简谐运动是一种周期性运动,其特点是运动体沿着某个轴线上往复振动,并且振动的加速度与位移成正比,且恒定。
在简谐运动中,运动体会围绕平衡位置作周期性的振动,如弹簧振子、摆锤等。
特征简谐运动有以下几个主要特征:1.振幅(Amplitude):振幅是指运动体离开平衡位置的最大位移。
它决定了简谐运动的最大振幅。
2.周期(Period):周期是指运动体完成一次完整振动所需的时间。
它与频率的倒数成正比,可以用公式T = 1/f来表示,其中T代表周期,f代表频率。
3.频率(Frequency):频率是指运动体单位时间内振动的次数。
它与周期的倒数成正比,可以用公式f = 1/T来表示,其中f代表频率,T代表周期。
4.相位(Phase):相位是指简谐运动的偏移值,用角度来度量。
在简谐运动中,相位角随时间而变化,可以用公式θ = ωt来表示,其中θ代表相位角,ω代表角频率,t代表时间。
5.动能和势能:在简谐运动中,运动体会交替转化为动能和势能。
当运动体离开平衡位置时,具有最大位移和最大动能;当运动体接近平衡位置时,具有最小位移和最小动能,但具有最大势能。
数学表达简谐运动的数学表达可以通过以下公式得到:1.位移(Displacement):\[x(t) = A \cos(\omega t + \phi)\] 其中,x代表位移,A代表振幅,ω代表角频率(ω = 2πf),t代表时间,φ代表相位角。
2.速度(Velocity):\[v(t) = -A \omega \sin(\omega t + \phi)\] 其中,v代表速度,A代表振幅,ω代表角频率(ω = 2πf),t代表时间,φ代表相位角。
3.加速度(Acceleration):\[a(t) = -A \omega^2 \cos(\omega t + \phi)\] 其中,a代表加速度,A代表振幅,ω代表角频率(ω = 2πf),t代表时间,φ代表相位角。
简谐运动的描述ppt课件

简谐运动的描述
目录
CONTENTS
1
简谐运动的表达式
2
描述简谐运动的物理量
3
简谐运动的周期性和对称性
4
简谐运动振幅与路程的关系
有些物体的振动可以近似为简谐运
动,做简谐运动的物体在一个位置附近
不断地重复同样的运动。如何描述简谐
运动的这种独特性呢?
知识回顾:
简谐运动的位移图像是一条正弦曲线。
全振动的特点:①位移和速度都会到初状态 ②路程等于4A
②周期:做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间,用T表示,
单位:s.
③ 频率:单位时间内完成全振动的次数,用f表示,单位:Hz.
周期T与频率f的关系是T=
知道即可:弹簧振子的周期由哪些因素决定?
周期公式: T 2
m
k
弹簧振子周期(固有周期)和频率由振动系统本身的因素决定(振子的质量m和弹
②若△ = 2 − 1<0,振动2的相位比1落后△ 。
4.同相与反相:
(1)同相:相位差为零
△ = 2( = 0,1,2, … )
(2)反相:相位差为
△ = (2 + 1)( = 0,1,2, … )
A与B同相
A与C反相
A与D异相
相位差90°
=( + )
一、简谐运动的表达式
相位
x A sin(t )
振幅
圆频率
初相位
二、描述简谐运动的物理量
=( + )
1.振幅:(1)定义:振动物体离开平衡位置的最大距离。
振幅
O
振幅
(2)物理意义:振幅是描述振动强弱的物理量。
第3节-简谐运动的描述

7,简谐振动运动过程分析:
变x化 F回 随 角 复振 时 度 k子 间 x把 F在 中 不 回握 复 振 各 断 a振 , , mF动 物 发 从 动 x,F回 过 理 生 mk运 过 ,复 a x,程 av量 变 、 ,动 程 E动 K 节 aa中 ,与 与 的 化 E 学 vvP力 都 反 同 的 变 的 向 向学 , 是 重 时 时化 ::也 减 加和 点 速 速是 是 运 运能 动 动 。 本 难 量
B
O
C
x最大 F最大 a最大
v=0 EK=0 EP最大
x=0 F=0 a=0 v最大 EK最大 EP=0
x最大 F最大 a最大
v=0 EK=0 EP最大
总机械能=任意位置动能+势能=振幅位置的势能
8,简谐运动的特点 :
(1)回复力与位移成正比而方向相反,总是指向平衡位置.
(2)简谐运动是一种理想化的运动,振动过程中无阻力,所 以振动系统机械能守恒.
此时回复力为零,该位置为平衡位置记为O。
若拉长x,则弹力为F∕=k(x0+x)
此时回复力F=F∕-mgsinθ=kx,而F方向与x方向相反。
故 F= - kx成立
该振动为简谐运动
二、简谐运动的能量
简谐运动中动能和势能在发生相互转 化,但机械能的总量保持不变,即机械能守 恒。
简谐运动的能量与振幅有关,振幅越大, 振动的能量越大。一个确定简谐运动是等幅振 动
第三节 简谐运动的回复力和能量
一、简谐运动的回复力
F
x
F
x
C
O
B
1,位移x:由平衡位置O指向物体所在位置的有向线段。
2,回复力F: 物体做机械振动时,一定受到总指向平衡位
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振幅、 1、描述简谐运动的物理量——振幅、 描述简谐运动的物理量 振幅 周期、频率和相位。 周期、频率和相位。 振幅是描述振动强弱的物理量 是描述振动强弱的物理量; 振幅是描述振动强弱的物理量; 周期和频率都是用来表示振动快慢的 周期和频率都是用来表示振动快慢的 物理量。 物理量。 相位是表示振动步调的物理量 相位是表示振动步调的物理量 简谐运动的表达式为: 2、简谐运动的表达式为: x=Asin(ωt+φ ) (
四、简谐运动的表达式
简谐运动的位移和时间的关系可以 用图象来表示为正弦或余弦曲线, 用图象来表示为正弦或余弦曲线,如将 这一关系表示为数学函数关系式应为: 这一关系表示为数学函数关系式应为:
x = A sin(ωt + ϕ )
简谐运动的表达式 x = A sin(ωt + ϕ )
振动方程中各变量的含义: 振动方程中各变水平面内的弹簧振子,第一 有一个在光滑水平面内的弹簧振子, 次用力把弹簧压缩x后释放, 次用力把弹簧压缩x后释放,第二次把弹簧压 缩2x后释放,则先后两次振动的周期和振幅之 2x后释放, 后释放 比分别为多少? 比分别为多少?
T1:T2=1:1 =1: A1:A2=1:2
π
2
课 堂 练 习 4. 某 简 谐 运 动 的 位 移 与 时 间 关 系 为 :
x=0.1sin ( 100πt + π ) cm, 由此可知该振动 sin(
50 Hz,零时 刻 振 动 物 体 的 速 度 与 规 定 正 方相反 ( 填 向 _____
的振幅是______cm, 的振幅是______cm,频率是 ______cm 0.1 “相同”或“相反”). 相同” 相反”
2 简谐运动的描述
一、振幅: 振幅: 1、定义:振动物体离开平衡位置的最 、定义: 大距离,叫做振动的振幅。 大距离,叫做振动的振幅。 2、物理意义: 2、物理意义:振幅是描述振动强弱的 物理量。 物理量。 3、单位:在国际单位制中,振幅的 单位:在国际单位制中, 单位是米( ) 单位是米(m)
实际上经常用到的是两个相同频率的简 谐运动的相位差,简称相差 谐运动的相位差,
(ωt + ϕ1 ) − (ωt + ϕ 2 ) = ϕ1 − ϕ 2
同相:频率相同、初相相同(即相差为0 同相:频率相同、初相相同(即相差为0) 的两个振子振动步调完全相同 反相:频率相同、相差为π 反相:频率相同、相差为π的两个振子 振动步调完全相反
振幅和位移的区别? 振幅和位移的区别?
(1)振幅等于最大位移的数值。 振幅等于最大位移的数值。 对于一个给定的振动, (2)对于一个给定的振动,振子 的位移是时刻变化的, 的位移是时刻变化的,但振幅是不 变的。 变的。 位移是矢量,振幅是标量。 (3)位移是矢量,振幅是标量。
全振动:一个完整的振动过程称为 全振动 一个完整的振动过程称为 一次全振动 一次全振动是简谐运动的最小单元, 一次全振动是简谐运动的最小单元, 最小单元 振子的运动过程就是这一单元运动 的不断重复。 的不断重复。
一定 注意: 内通过的路程一定是 注意: T内通过的路程一定是4A 内通过的路程一定 1/2T内通过的路程一定是 1/2T内通过的路程一定是2A 1/4T内通过的路程不一定是 1/4T内通过的路程不一定是A 内通过的路程不一定
1、阅读:科学漫步“月相” 阅读:科学漫步“月相” 2、课后习题1,3,4题 课后习题 题
练习1 练习1: 一个质点作简谐运动的振动图像如图5-15 一个质点作简谐运动的振动图像如图 所示.从图中可以看出,该质点的振幅A= 所示.从图中可以看出,该质点的振幅 0.1 ,周期T 0.4 ,频率f=__Hz, __m,周期T=__ s,频率 2.5 ,从 t=0开始在△t=0.5s内质点的位移 __, 开始在△ 0 开始在 内质点的位移 0.1m , 路程=___. 路程 0.5m.
思考与讨论 1、一个物体运动时其相位变化多少就意味着完成 了一次全振动? 了一次全振动? 相位每增加2 相位每增加2π就意味着发生了一次全振动 2、甲和乙两个简谐运动的相差为 ,意味着什么? 意味着什么?
π
2
意味着乙总是比甲滞后1/4个周期或1/4次全振动 意味着乙总是比甲滞后1/4个周期或1/4次全振动 1/4个周期或1/4
若从振子经过C向右起 向右起, 1、若从振子经过 向右起,经过 2、弹簧振子完成一次全振动的路 程与振幅之间存在怎样的关系? 怎样的运动才叫完成一次全振动? 程与振幅之间存在怎样的关系? 怎样的运动才叫完成一次全振动?
二、周期和频率 ①周期:做简谐运动的物体完成一次 周期: 全振动所需要的时间, 全振动所需要的时间,叫做振动的 周期,单位: 周期,单位:s。 频率: ②频率:单位时间内完成的全振动的 次数,叫频率。单位:Hz, 次数,叫频率。单位:Hz,1Hz=1s-1。 1/f。 周期和频率之间的关系:T=1/f ③周期和频率之间的关系:T=1/f。
练习2 练习2:
写出振动方程
X=10sin(2π t)cm .
3.右图中是甲乙两弹簧振子的振动图象, 3.右图中是甲乙两弹簧振子的振动图象,两振 右图中是甲乙两弹簧振子的振动图象 动振幅之比为_______,频率之比为_______, 动振幅之比为_______,频率之比为_______, _______ _______ 2∶1 1∶1 甲和乙的相差为_____ 甲和乙的相差为_____
6、弹簧振子以O点为平衡位置,在B、C两点之 弹簧振子以O点为平衡位置, 间做简谐振动, 相距20cm 20cm, 间做简谐振动,B、C相距20cm,某时刻振子处 经过0.5s 振子首次到达C 0.5s, 于B点,经过0.5s,振子首次到达C点,求: (1)振子的周期和频率
T=1.0s f=1 Hz 振子在5s 5s末的位移的大小 (2)振子在5s末的位移的大小 10cm 振子5s 5s内通过的路程 (3)振子5s内通过的路程 200cm
1、 A 代表物体振动的振幅. 、 代表物体振动的振幅 物体振动的振幅. 叫做圆频率,表示简谐运动的快 2、 ω 叫做圆频率,表示简谐运动的快 它与频率之间的关系为: =2π 慢。它与频率之间的关系为:ω =2πf t+ϕ 这个量就是简谐运动的相 3、“ ωt+ϕ” 这个量就是简谐运动的相 它是随时间t不断变化的物理量, 位,它是随时间t不断变化的物理量, 表示振动所处的状态. 初相位, 表示振动所处的状态. ϕ 叫初相位,简 称初相, 时的相位。 称初相,即t=0时的相位。 时的相位
简谐运动的周期公式
m T = 2π k
简谐运动的周期和频率由振动系统本 简谐运动的周期和频率由振动系统本 周期和频率 身的因素决定, 身的因素决定,与振幅无关
三、相位
相位是表示物体振动步调的物理 相位是表示物体振动步调的物理 量,用相位来描述简谐运动在一个 全振动中所处的阶段。 全振动中所处的阶段。