2017高三物理复习知识点:简谐运动
高中物理知识点分类归纳-机械振动和机械波
机械振动和机械波1.简谐运动(1)定义:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动,叫做简谐运动.(2)简谐运动的特征:回复力F=-kx,加速度a=-kx/m,方向与位移方向相反,总指向平衡位置.简谐运动是一种变加速运动,在平衡位置时,速度最大,加速度为零;在最大位移处,速度为零,加速度最大.(3)描述简谐运动的物理量①位移x:由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段,是矢量,其最大值等于振幅.②振幅A:振动物体离开平衡位置的最大距离,是标量,表示振动的强弱.③周期T和频率f:表示振动快慢的物理量,二者互为倒数关系,即T=1/f.(4)简谐运动的图像①意义:表示振动物体位移随时间变化的规律,注意振动图像不是质点的运动轨迹.②特点:简谐运动的图像是正弦(或余弦)曲线.③应用:可直观地读取振幅A、周期T以及各时刻的位移x,判定回复力、加速度方向,判定某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况.2.弹簧振子:周期和频率只取决于弹簧的劲度系数和振子的质量,与其放置的环境和放置的方式无任何关系.如某一弹簧振子做简谐运动时的周期为T,不管把它放在地球上、月球上还是卫星中;是水平放置、倾斜放置还是竖直放置;振幅是大还是小,它的周期就都是T.3.单摆:摆线的质量不计且不可伸长,摆球的直径比摆线的长度小得多,摆球可视为质点.单摆是一种理想化模型. (1)单摆的振动可看作简谐运动的条件是:最大摆角α<5°.(2)单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力.(3①在振幅很小的条件下,单摆的振动周期跟振幅无关.②单摆的振动周期跟摆球的质量无关,只与摆长L和当地的重力加速度g有关.③摆长L是指悬点到摆球重心间的距离,在某些变形单摆中,摆长L应理解为等效摆长,重力加速度应理解为等效重力加速度(一般情况下,等效重力加速度g'等于摆球静止在平衡位置时摆线的张力与摆球质量的比值).4.受迫振动(1)受迫振动:振动系统在周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动.(2)受迫振动的特点:受迫振动稳定时,系统振动的频率等于驱动力的频率,跟系统的固有频率无关.(3)共振:当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时,振动物体的振幅最大,这种现象叫做共振.共振的条件:驱动力的频率等于振动系统的固有频率..5.机械波:机械振动在介质中的传播形成机械波.(1)机械波产生的条件:①波源;②介质(2)机械波的分类①横波:质点振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波.横波有凸部(波峰)和凹部(波谷).②纵波:质点振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波.纵波有密部和疏部.[注意]气体、液体、固体都能传播纵波,但气体、液体不能传播横波.(3)机械波的特点①机械波传播的是振动形式和能量.质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波迁移.②介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同.③离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动.6.波长、波速和频率及其关系(1)波长:两个相邻的且在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长.振动在一个周期里在介质中传播的距离等于一个波长.(2)波速:波的传播速率.机械波的传播速率由介质决定,与波源无关.(3)频率:波的频率始终等于波源的振动频率,与介质无关.(4)三者关系:v=λf7.★波动图像:表示波的传播方向上,介质中的各个质点在同一时刻相对平衡位置的位移.当波源作简谐运动时,它在介质中形成简谐波,其波动图像为正弦或余弦曲线.(1)由波的图像可获取的信息①从图像可以直接读出振幅(注意单位).②从图像可以直接读出波长(注意单位).③可求任一点在该时刻相对平衡位置的位移(包括大小和方向)④在波速方向已知(或已知波源方位)时可确定各质点在该时刻的振动方向.⑤可以确定各质点振动的加速度方向(加速度总是指向平衡位置)(2)波动图像与振动图像的比较:振动图象波动图象研究对象一个振动质点沿波传播方向所有的质点研究内容一个质点的位移随时间变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象物理意义表示一质点在各时刻的位移 表示某时刻各质点的位移 图象变化 随时间推移图象延续,但已有形状不变 随时间推移,图象沿传播方向平移一个完整曲线占横坐标距离表示一个周期表示一个波长 8.波动问题多解性 波的传播过程中时间上的周期性、空间上的周期性以及传播方向上的双向性是导致“波动问题多解性”的主要原因.若题目假设一定的条件,可使无限系列解转化为有限或惟一解9.波的衍射波在传播过程中偏离直线传播,绕过障碍物的现象.衍射现象总是存在的,只有明显与不明显的差异.波发生明显衍射现象的条件是:障碍物(或小孔)的尺寸比波的波长小或能够与波长差不多.10.波的叠加几列波相遇时,每列波能够保持各自的状态继续传播而不互相干扰,只是在重叠的区域里,任一质点的总位移等于各列波分别引起的位移的矢量和.两列波相遇前、相遇过程中、相遇后,各自的运动状态不发生任何变化,这是波的独立性原理.11.波的干涉:频率相同的两列波叠加,某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔的现象,叫波的干涉.产生干涉现象的条件:两列波的频率相同,振动情况稳定.[注意]①干涉时,振动加强区域或振动减弱区域的空间位置是不变的,加强区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之和,减弱区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之差.②两列波在空间相遇发生干涉,两列波的波峰相遇点为加强点,波峰和波谷的相遇点是减弱的点,加强的点只是振幅大了,并非任一时刻的位移都大;减弱的点只是振幅小了,也并非任一时刻的位移都最小. 如图若S1、S2为振动方向同步的相干波源,当PS 1-PS 2=n λ时,振动加强;当PS 1-PS 2=(2n+1)λ/2时,振动减弱。
高中物理-选修3-4-简谐运动
驱动力
无
相等
20
①共振曲线:如图所示,横坐标为驱动力频率f,纵坐标为振幅A. 直观地反映了驱动力频率对某振动系统受迫振动振幅 的影响,由图可知,f 与f0 越接近,振幅A ; 当f=f0时,振幅A .②受迫振动中系统能量的转化:受迫振动系统机械能不守恒,系统 与外界时刻进行能量交换.
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分析简谐运动各物理量变化的方法 求解简谐运动问题的有效方法就是紧紧抓住一个模型——水平方向振动的弹簧振子,熟练掌握振子的振动过程以及振子振动过程中各物理量的变化规律,遇到简谐运动问题,头脑中立即呈现出一幅弹簧振子振动的图景,再把问题一一对应、分析求解.
【方法技巧】
【简谐运动的规律和图像】
[题组突破训练]
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3.[简谐运动的能量问题] 如图,一轻弹簧一端固定,另一端连接一物块构成弹簧振子,该物块是由a、b两个小物块粘在一起组成的.物块在光滑水平面上左右振动,振幅为A0,周期为T0.当物块向右通过平衡位置时,a、b之间的粘胶脱开;以后小物块a振动的振幅和周期分别为A和T,则A________A0,T________T0.(均选填“>”“<”或“=”)
CDE
课后作业
校本教材课后习题学案整理预习下一节课内容
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(2)共振的理解
受迫振动和共振
越大
最大
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自由振动
受迫振动
共振
受力情况
仅受回复力
受驱动力作用
受驱动力作用
振动周期或频率
由 性质决定, 即固有周期 T0或固有 频率f0
由 的周期或频率决定,即T =T驱或f =f驱
T驱=T0或f驱=f0
系统本身
高考物理简谐波知识点
高考物理简谐波知识点简谐波是指周期性运动中的一种特殊情况,其运动方向与力的方向相同或者相反,并且其运动规律符合正弦或余弦函数。
在高考物理考试中,简谐波是一个重要的知识点。
本文将从简谐振动的定义、特点以及相关公式等方面进行论述,帮助考生更好地理解和掌握这一知识点。
一、简谐振动的定义简谐振动是指系统在受到一个恒定作用力的情况下,从平衡位置出发,沿着一条直线或者围绕某个固定轴进行的来回运动。
简谐振动具有以下几个特点:1. 运动方向与作用力方向相同或相反;2. 运动规律符合正弦或余弦函数;3. 振动频率不变,振动周期相等。
二、简谐振动的重要性简谐振动不仅是物理学中的重要概念,而且在我们的日常生活和许多科学研究领域都有着广泛的应用。
例如,天体物理学中的行星公转、地球的自转等都可以看作是简谐振动。
此外,简谐振动的理论还可以应用于弹簧振子、钟摆、电路中的交流电等问题的分析与研究。
三、简谐振动的基本公式1. 位移公式:x = A * sin(ωt + φ)其中,x表示质点的位移,A表示振幅,ω表示角频率,t表示时间,φ表示初相位。
初相位决定了振动起点在平衡位置的相对位置。
2. 速度公式:v = ωA * cos(ωt + φ)v表示质点的速度,在位移公式的基础上对时间求一阶导数。
3. 加速度公式:a = -ω^2 * A * sin(ωt + φ)a表示质点的加速度,在位移公式的基础上对时间求两阶导数。
四、简谐振动的主要特点1. 振幅:振幅是指简谐振动中质点离开平衡位置的最大位移。
振幅越大,位移变化的幅度越大。
2. 角频率和周期:角频率ω和周期T是简谐振动的两个重要参数。
角频率等于2π除以周期。
周期是指简谐振动完成一个完整往复运动所需要的时间。
3. 频率和周期的关系:频率f是指单位时间内完成的振动次数,与周期的倒数相等,即f=1/T。
4. 动能和势能的转化:简谐振动过程中,质点的动能和势能不断地相互转化。
当质点位移最大时,动能最小,势能最大;当质点经过平衡位置时,动能最大,势能最小。
物理一轮复习 专题16.1 简谐运动精讲深剖 选修3-4
专题16。
1 简谐运动1.(2017北京,15)某弹簧振子沿x轴的简谐振动图像如图所示,下列描述正确的是A.t=1s时,振子的速度为零,加速度为负的最大值B.t=2s时,振子的速度为负,加速度为正的最大值C.t=3s时,振子的速度为负的最大值,加速度为零D.t=4s时,振子的速度为正,加速度为负的最大值【答案】A【名师点睛】根据振动图象判断质点振动方向的方法:沿着时间轴看去,“上坡”段质点向上振动,“下坡”段质点向下振动.(二)考纲解读主题内容要求说明机械振动简谐运动Ⅰ1。
简谐振动只限于单摆和弹簧振子.2.简谐振动公式只限于回复力公式;图像只限于位移—时间图像。
简谐运动的公式和图像Ⅱ单摆、周期公式Ⅰ受迫振动和共振Ⅰ本讲共3个一级考点,一个二级考点,高考中以选择题或者计算形式出现,难度一般不大,格外要重视。
(三)考点精讲考向一简谐运动的规律简谐运动的五大特征受力特征回复力F=-kx,F(或a)的大小与x的大小成正比,方向相反运动特征靠近平衡位置时,a、F、x都减小,v增大;远离平衡位置时,a、F、x都增大,v减小能量特征振幅越大,能量越大.在运动过程中,系统的动能和势能相互转化,机械能守恒周期性特征质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化,变化周期就是简谐运动的周期T;动能和势能也随时间做周期性变化,其变化周期为错误!对称性特征关于平衡位置O对称的两点,速度的大小、动能、势能相等,相对平衡位置的位移大小相等;由对称点到平衡位置O用时相等【例1】(多选)如图6所示,轻弹簧上端固定,下端连接一小物块,物块沿竖直方向做简谐运动.以竖直向上为正方向,物块简谐运动的表达式为y=0。
1sin (2。
5πt) m.t=0时刻,一小球从距物块h高处自由落下;t=0。
6 s 时,小球恰好与物块处于同一高度.取重力加速度的大小g=10 m/s2。
以下判断正确的是()图6A.h=1。
7 mB.简谐运动的周期是0。
简谐运动知识点总结笔记
简谐运动知识点总结笔记一、简谐运动的基本概念1. 简谐运动的定义简谐运动是指物体沿着直线或者绕着某个固定轴线作往复振动的运动。
简谐运动有其特定的数学描述和物理规律,可以用简单的正弦或余弦函数来描述物体的运动规律。
2. 简谐运动的特点简谐运动具有周期性、相位一致、振幅恒定、运动轨迹为直线或圆周等特点。
对于弹簧振子、单摆等物体的振动运动都可以看作是简谐运动。
3. 简谐运动的数学描述简谐运动可以用如下的数学公式来描述:\[x(t) = A \cdot sin(\omega t + \phi)\]其中,\(x(t)\)表示物体在t时刻的位置,A表示振幅,\(\omega\)表示角频率,\(\phi\)表示初相位。
通过这个公式可以很清晰地描述出物体的振动规律。
二、简谐运动的基本物理规律1. 简谐运动的力学规律根据牛顿第二定律,对于简谐运动的物体,其受力与位移成正比。
设物体的位移函数为x(t),则其受力与位移的关系可以表示为\[F = -kx(t)\]其中,k为弹簧或摆的劲度系数,代表着弹簧或摆的刚度。
这个公式也被称为胡克定律,描述了弹簧振子的特点。
2. 简谐运动的能量规律对于简谐运动物体,其动能和势能之和保持不变。
设物体的位移函数为x(t),则其动能和势能可以表示为\[E = \frac{1}{2}m\omega^2A^2\]其中,m为物体的质量,\(\omega\)为角频率,A为振幅。
这个公式说明了简谐运动物体能量的守恒规律。
三、简谐运动的应用弹簧振子是最常见的简谐运动的例子,它的振动规律可以很好地用简谐运动的公式来描述。
由于弹簧振子的周期性和稳定性,因此在各个领域都有广泛的应用,比如钟表的摆动、汽车的避震器等。
2. 单摆单摆也是一个常见的简谐运动的例子,它的振动规律同样可以用简谐运动的公式来描述。
由于单摆的周期与摆长和重力加速度有关,因此可以通过单摆来测量重力加速度等物理量。
单摆也常用作物理实验中的展示装置。
高中物理复习:简谐运动规律
做机械振动的物体的偏离平衡位置的位移x 随时间t 做正弦规律变化时,物体的运动就被称之为简谐运动,其基本规律是sin()x A t ωϕ=+,其中ω为简谐运动的圆频率,由振动系统本身决定,A 为振幅,φ为初相位,这两者由振动系统的初始状态决定。
一、求导角度理解已知位移随时间的变化规律,即可根据x v t ∆=∆和v a t∆=∆得出振动物体的速度、加速度随时间的变化规律,这需要用到求导的知识。
1、简谐运动的速度规律:由x v t∆=∆得m cos()cos()v x A t v t ωωϕωϕ'==+=+,其中m v A ω=。
2、简谐运动的加速度规律:由v a t ∆=∆得2m sin()sin()a v A t a t ωωϕωϕ'==-+=-+,其中2m a A ω=。
由上述分析可知,振动物体的位移x 和速度v 这两个物理量中,一个振动量按正弦规律变化,另一个振动量就按余弦规律变化,而且有2a x ω=-,即振动物体的加速度a 大小正比于物体偏离平衡位置的位移x ,方向与位移x 的方向相反。
二、从运动方程角度理解将2a x ω=-写成微分方程,即222d d x x t ω=-,由数学知识可知,这个方程的解为sin()x A t ωϕ=+,其中A 为振幅,φ为初相位,这两者由振动系统的初始状态决定。
三、从动力学角度理解由牛顿第二定律,有2F ma m x ω==-,令2k m ω=,可得F kx =-,即做简谐运动的物体的回复力F 大小正比于物体偏离平衡位置的位移x ,方向与位移x 的方向相反。
将2k m ω=变形,可得ω=,则振动系统的周期为2πT ω==,此即为做简谐运动的物体的周期公式,由这个公式可以看出,简谐运动的周期仅仅由振动系统本身决定——振动物体的质量m 和比例系数k 。
对于弹簧振子模型,可以这样理解T =相同的回复力引起的加速度越小,振子回到平衡位置的时间就会越长;从最大位移处回到平衡位置过程中,弹簧的劲度系数越小,则相同位移处的回复力越小,振子的加速度越小,振子回到平衡位置的时间就会越长。
高中物理选修3-4-简谐运动的描述
简谐运动的描述知识集结知识元简谐运动的振幅、周期和频率知识讲解2.相关物理量:①振幅A:振动物体离开平衡位置的最大距离。
②周期T:做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间。
③频率f:单位时间内完成全振动的次数。
④相位:描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态。
3.受力特征:①做简谐运动的质点受到的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比,并且总是指向平衡位置,通常将这种力称为回复力。
②回复力:F=-kx③若质点受到的回复力为F=-kx,则质点的运动为简谐运动。
4.运动特征位移x:方向始终背离平衡位置,每经过平衡位置位移方向发生改变;远离平衡位置时位移增大,靠近平衡位置时位移减小。
速度v:每经过最大距离处速度方向发生改变,远离平衡位置时速度方向和位移方向相同,靠近平衡位置时速度方向和位移方向相反。
加速度,方向与位移方向相反,总指向平衡位置.简谐运动是一种变加速运动.在平衡位置时,速度最大,加速度为零;在最大位移处,速度为零,加速度最大。
5.振动能量简谐运动过程中动能和势能相互转化,机械能守恒.振动能量与振幅有关,振幅越大,能量越大。
6.周期性:简谐运动是一种复杂的非匀变速运动,要结合牛顿运动定律、动量定理、动能定理、机械能守恒定律来分析解决简谐运动的问题。
(1)简谐运动的对称性:振动物体在振动的过程中,在关于平衡位置对称的位置上,描述物体振动状态的物理量(位移、速度、加速度、动量、动能、势能等)大小相等。
(2)简谐运动的周期性:振动物体完成一次全振动(或振动经过一个周期),描述物体振动状态的物理量(位移、速度、加速度、动量、动能、势能等)又恢复到和原来一样。
简谐运动的周期是由振动系统的特性决定的,与振幅无关。
弹簧振子的周期只决定于弹簧的劲度系数和振子的质量,与其放置的环境和方式无关。
例题精讲简谐运动的振幅、周期和频率例1.如图所示,一质点在x轴上以O为平衡位置做简谐运动,其振幅为8cm,周期为4s。
t=0时物体在x=4cm处,向x轴负方向运动,则()A.质点在t=1.0s时所处的位置为x=+4cmB.质点在t=1.0s时所处的位置为x=-4cmC.由起始位置运动到x=-4cm处所需的最短时间为sD.由起始位罝运动到x=-4cm处所需的最短时间为s例2.如图所示,一质点在平衡位置O点附近做简谐运动,若从质点通过O点时开始计时,经过0.9s质点第一次通过M点,再继续运动,又经过0.6s质点第二次通过M点,该质点第三次通过M点需再经过的时间可能是()A.1s B.1.2s C.2.4s D.4.2s例3.如图1所示,弹簧振子以O点为平衡位置,在A、B两点之间做简谐运动。
高考物理总复习 简谐运动
高考物理总复习简谐运动复习要点1.了解机械振动的定义及特点,了解回复力的概念。
2.掌握简谐运动的运动学特征及动力学特征,掌握利用简谐运动的力学特征判断运动是否是简谐运动的方法。
3.理解振幅、周期、频率等概念的含意。
4.掌握简谐运动的振动图象,学会借助于振动图象解决相关的简谐运动问题的方法5.掌握特殊的简谐运动(单摆)的运动规律及周期公式。
二、难点剖析1.简谐运动的特征与判断(1)从运动学角度看,简谐运动的特征要有:往复性;周期性,对称性。
所谓的往复性,指的是做简谐运动的质点总是在平衡位置附近(与平衡位置相距不超过振幅A的范围内)往复运动着,而迫使其往复的则是做简谐运动的质点所受到的回复力。
所谓的周期性,指的是做简谐运动的质点所做具有往复特征的运动总是周而复始地进行着,而每一个循环所经历的时间都是相同的具有严格的周期性特征。
所谓的对称性,指的是做简谐运动的物体在一个周期内将经历四个阶段:从平衡位置向着正方向最大位移运动,这一阶段运动速度逐渐减小而运动加速度的逐渐增大;从正方向最大位移处向着平衡位置运动,这一阶段运动速度逐渐增大而运动加速度则逐渐减小;从平衡位置向着负方向最大位移处运动,这一阶段运动速度逐渐减小而运动加速度则逐渐增大;从负方向最大位移处向着平衡位置运动,这一阶段运动速度逐渐增大而运动加速度则逐渐减小。
上述四个阶段无论是从时间上看或是从空间上看,都是关于平衡位置为对称的。
(2)从动力学角度看,简谐运动的特征表现在所受到的回复力的形式上:简谐运动的质点所受到的回复力F其方向总与质点偏离平衡位置的位移x的方向相反,从而总指向平衡位置;其大小则总与质点偏离平衡位置的位移x的大小成正比,即F=-kx(3)通常可以利用简谐运动的动力学特征去判断某质点的运动是否是简谐运动,其具体的判断方法是分为两个步骤:首先找到运动质点的平衡位置,即运动过程中所达到的受到的合力为零的位置,以该位置为坐标原点,沿质点运动方向过立坐标;其次是在质点运动到一般位置(坐标值为x )处时所受到的回复力F ,如F 可表为F=-kx★2(1 速度ω F 向=mA F 回=F 向cos θ 的回复力的振动,考虑到cos θ=Ax 具F 向的方向与投影偏离“平衡位置”O 点的位移x 的方向相反,于是有 F 向=-mA ωcos θ=-m ω2x=-kx 即:匀速圆周运动的投影剧院是简谐运动 (2)简谐运动的周期公式由于匀速圆周运动的周期与角速度的关系为ω=T2而其投影做简谐运动的周期也为T ,且注意到K=m ω2于是可得到简谐运动的一般表达式为T=2πKm 3.单摆理想化条件,受力特征及周期公式. (1)单摆及其理想化条件.如图所示,一根长需求轻的线,悬挂着摆应具备如下理想化条件:和小球的质量线的质量可以忽略;与线的长度l 半径可以忽略。
高三物理第一轮复习简谐运动
第 1 课时 简谐运动基础知识归纳 1. 机械振动机械振动是物体在某一位置附近的往复运动,这一位置叫做 平衡位置 .这种往复运动是因为物体受到了相应的力,该力总是试图把离开平衡位置的物体拉向平衡位置,该力叫 回复力 ,是物体做机械振动的条件.2.简谐运动(1)简谐运动是最简单的机械振动形式,物体所受回复力F 与物体 离开平衡位置的位移 成正比,与位移方向相反.判断振动是否是简谐运动的依据是:分析回复力是否满足 F =-kx ,满足这一特征则为简谐运动.(2)回复力是按力的 效果 命名的,单独的一个力、几个力的合力、某个力的分力都可以担当回复力.所以,首先应对振动的物体进行全面的受力分析,寻找出是什么力担当回复力,而不能凭空添加一个回复力.(3)当物体做简谐运动时,运动的周期是完成一次全振动所用的时间.全振动是指:从物体在某一位置的运动开始,直到物体下一次以相同的 速度(或动量) 到达该位置的过程.(4)若简谐运动的位移图象如图,那么该振动图象的解析式是:π2sinsin t TA t A x •==ω,简谐运动的表达式为: )π2sin()sin( 00ϕϕω+=+=•t TA t A x . (5)理想化的弹簧振子模型:一根光滑的水平细杆上套一轻弹簧,弹簧一端固定,另一端连一小球,小球也套在细杆上.将小球拉离平衡位置后放手,小球就做简谐运动.它受到的回复力是 弹簧的弹力 .(6)受迫振动是物体在周期性外力作用下的振动,此周期性外力叫 驱动力 .共振是当驱动力频率与物体固有振动频率十分接近时发生的受迫振动,系统的振幅会很大.(7)简谐运动的能量是振动的 动能 和 势能 的总和,振动过程中机械能守恒,所以 振幅 不变.实际振动过程中机械能逐渐减小,简谐运动是一种理想化的振动.重点难点突破 一、简谐运动的位移从平衡位置指向振子所在位置的有向线段. 二、相位描述做周期性运动的物体在各个不同时刻所处的不同状态,是描述不同振动的振动步调的物理量.同相:表明两个振动物体的步调相同.反相:表明两个振动物体的步调相反.相位(ωt+φ)是一个随时间变化的量,它的值相当于一个角度值.相位每增加2π,意味着物体完成了一次全振动.相位差Δφ=(ω1t +φ2)-(ω2t +φ1),若ω1=ω2,则有稳定的相位差Δφ=φ2-φ1,若ω1≠ω2,则不具有稳定的相位差.三、对回复力的理解回复力是根据力的作用效果来命名的,它可以是一个力,也可以是多个力的合力,还可以由某个力的分力提供.F =-kx 是简谐运动的动力学特征式,是判断一个振动是否为简谐运动的依据.四、振幅与路程的关系一个周期内的路程等于振幅的4倍,半个周期内的路程等于振幅的2倍,41周期内的路程与振幅之间没有确定的关系.若从特殊位置(如平衡位置、最大位移处)开始计时,41周期内的路程等于振幅;若从一般位置开始计时,41周期内的路程与振幅之间没有确定的关系.五、简谐运动的对称性和周期性1.空间上的对称性:振子经过关于平衡位置对称的两个位置,速度大小、位移大小、加速度大小、回复力大小、动量大小、动能、势能都相等;关于平衡位置对称的两段位移,振子经过所用的时间相等.2.时间上的周期性:若t 2-t 1=nT(n =1,2,3…),则t 1、t 2两时刻振子在同一位置.若t 2-t 1=nT +2T(n =0,1,2…),则t 1、t 2两时刻,描述振子运动的物理量(x 、a 、v)均大小相等,方向相反.若t 2-t 1=nT +4T(n =0,1,2…)或t 2-t 1=nT +43T(n =0,1,2…),则若t 1时刻振子到达最大位移处,那么t 2时刻振子到达平衡位置,反之亦然.六、简谐运动的图象反映同一质点偏离平衡位置的位移随时间变化的规律. 1.从简谐运动图象可直接读出在不同时刻的位移值,从而知道位移x 随时间t 的变化情况.2.可以确定振幅,如图所示.3.可以确定振动的周期和频率,如图所示.4.可以用作曲线上某点切线的办法确定各时刻质点的速度的大小和方向.5.由于简谐运动的加速度与位移大小成正比,方向相反,故可以根据图象上各时刻的位移变化情况确定质点加速度的变化情况.典例精析1.利用动力学特征式F =-kx 证明振动是简谐运动 【例1】试证明竖直方向的弹簧振子的振动是简谐运动.【证明】如图所示,设振子的平衡位置为O ,竖直向下为正方向,此时弹簧的形变为x 0,根据胡克定律及平衡条件有mg -kx 0=0①当振子向下偏离平衡位置为x 时,回复力(即合外力)为F 回=mg -k (x +x 0)②将①式代入②式得F 回=kx ,可见,重物竖直振动时的受力情况符合简谐运动的条件.【拓展1】如图所示,在光滑水平面上,用两根劲度系数分别为k 1、k 2的轻质弹簧系住一个质量为m 的小球.开始时,两弹簧均处于原长,后使小球向左偏离x 后放手,可以看到小球将在水平面上做往复振动.试问小球是否做简谐运动?【解析】以小球为研究对象,竖直方向受力平衡,水平方向受到两根弹簧的弹力作用.设小球位于平衡位置O左方某处时,偏离平衡位置的位移为x ,则左方弹簧受压,对小球的弹力方向向右,大小为F 1=1k x右方弹簧被拉伸,小球所受的弹力方向向右,大小为F 2=kx小球所受的回复力等于两个弹力的合力,其方向向右,大小为F=F1+F2=(1k+2k)x令k=1k+2k,上式可写成F=kx由于小球所受的回复力方向与物体位移x的方向相反,故考虑方向后上式可表示为F=-kx.所以,小球将在两根弹簧的作用下,沿水平方向做简谐运动.2.简谐运动图象的识别和简谐运动规律的应用【例2】如图所示是某弹簧振子的振动图象,试由图象判断下列说法中正确的是( )A.振幅为3 m,周期为8 sB.4 s末振子速度为负,加速度为零C.14 s末振子加速度为正,速度最大D.4 s末和8 s末时振子的速度相同【解析】由图象可知振幅A=3 cm,周期T=8 s,故选项A错误.4 s末图线恰与横轴相交,位移为零,则加速度为零.过这一点作图线的切线,切线与横轴的夹角大于90°(或根据下一时刻位移为负),所以振子的速度为负,故选项B正确.根据振动图象的周期性,可推知14 s末质点处于负的最大位移处(也可以把图线按原来的形状向后延伸至14 s末),因此质点的加速度为正的最大,但速度为零,故选项C错误.4 s末和8 s末质点处在相邻的两个平衡位置,则速度方向显然相反(或根据切线斜率判断),所以选项D错误.【答案】B【思维提升】根据简谐运动图象分析简谐运动情况,关键是要知道图象直接地表示了哪些物理量,间接地表示了哪些物理量,分析间接表示的物理量的物理依据是什么.【拓展2】有一弹簧振子在水平方向上的BC之间做简谐运动,已知BC间的距离为20 cm,振子在2 s内完成了10次全振动.若从某时刻振子经过平衡位置时开始计时(t=0),经过41周期振子有正向的最大加速度.(1)求振子的振幅和周期;(2)在图中作出该振子的位移—时间图象;(3)写出振子的振动表达式.【解析】由题意可知BC间距离等于振幅的2倍,完成一次全振动的时间即为周期,这是解题的突破口.(1)振子的振幅A=10 cmt=0.2 s振子的周期T=n(2)如图所示.π2,x=-Asin ωt=-0.1sin 10πt m(3)ω=T3.利用简谐运动的对称性与牛顿定律结合解题【例3】如图,轻弹簧的一端固定在地面上,另一端与木板B相连,木板A放在木板B上,两木板质量均为m,现加竖直向下的力F作用于A,A与B均静止.问:(1)将力F瞬间撤除后,两木板共同运动到最高点时,B对A的弹力多大?(2)要使两板不会分开,F应该满足什么条件?【解析】(1)把没有外力F作用时物体所处的位置为平衡位置,则物体被外力压下去后,根据对称性,当两木板到达最高点时,其回复力和最低点的回复力大小相等,也为F.此时共同的加速度由牛顿第二定律求得a=F/2mA物体受到重力与支持力N,再应用牛顿第二定律有mg-N=ma所以N=mg-ma=mg-F/2(2)要使两板不分离,则N≥0,由上式得F≤2mg【思维提升】此题利用了简谐运动的对称性来解题,关于平衡位置对称的两点,回复力大小和加速度大小相等.【拓展3】如图所示,一升降机在箱底有若干个弹簧,设在某次事故中,升降机吊索在空中断裂,忽略摩擦力,则升降机在从弹簧下端触地后直到最低点的一段运动过程中( CD )A.升降机的速度不断减小B.升降机的加速度不断变大C.先是弹力做的负功小于重力做的正功,然后是弹力做的负功大于重力做的正功D.到最低点时,升降机加速度的值一定大于重力加速度的值【解析】本题实质上是一个竖直弹簧振子的物理模型问题.当升降机吊索断裂后升降机先做自由落体运动.当底部弹簧刚触地后,由于重力mg大于弹力FN,所以升降机仍向下做加速运动,随着弹簧压缩形变越大,向上的弹力也随之增大,所以向下的合力及加速度不断变小,直至mg=FN 时,a=0,速度达到最大值vm,这段运动是速度增大、加速度变小的运动.根据动能定理W=ΔEk ,即WG-NFW=ΔEk>0,所以WG >NFW,重力做的正功大于弹力做的负功,当升降机从a=0的平衡位置继续向下运动时,由于弹力大于重力,所以加速度方向向上,且不断变大,而速度v不断变小直至为0,这段过程中,WG-WFN =ΔEk<0,所以WG<NFW,重力做的正功小于弹力做的负功.由此可知,选项A、B错,而C正确.把升降机视为一个竖直弹簧振子,如图所示.弹簧刚触地时升降机的位置在A点,升降机向下运动到的最低点位置为B点,速度最大的平衡位置为O点.在A点时有向下的速度,A点为最大位移处到平衡位置中的一点,即A点并非最大位移点.而B点速度为零,就是振子平衡位置下方的最大位移点,故BO>AO.既然A点的加速度aA=g方向向下,根据弹簧振子的对称性,那么最大位移B点的最大加速度aB =am>aA=g,方向向上,选项D正确.易错门诊4.简谐运动的周期性导致的多解问题【例4】弹簧振子以O点为平衡位置做简谐运动,从经过O点开始计时,振子第一次到达某点P时用了0.3 s,又经过0.2 s第二次经过P点,则振子第三次经过P点还要经过的时间是.【错解】因为当振子从平衡位置到第一次经过P点时用了0.3 s,到达最大位移后再回到该点用了0.1 s,利用对称性知道,振子从该点到平衡位置所用的时间为0.1 s,从而周期为4×(0.3+0.1)=1.6 s.当振子第三次回到该点时,还要经历时间为1.4 s.【错因】上述错误在于只考虑一种可能情况.【正解】实际上有两种可能.依据对称性不难1 s.得出第三次(第二种可能)经过P点的时间为3【思维提升】本题容易出的错误是漏掉了另一个可能的解,注意对称性与周期性在解题实践中的应用.。
简谐运动物理总结
简谐运动1. 引言简谐运动是物理学中非常重要的一个概念,它描述的是一个系统围绕平衡位置做周期性运动的特性。
简谐运动在力学、波动和振动等领域中有广泛的应用,并且在现实世界中存在着很多例子。
本文将对简谐运动的定义、特点以及相关公式进行总结和分析。
2. 简谐运动的定义在物理学中,简谐运动指的是一个物体围绕平衡位置做周期性运动的特性。
当物体受到一个恢复力(如弹簧的弹性力)与位移成正比时,就会发生简谐运动。
简谐运动是一个理想化的模型,它假设系统没有阻尼和外界干扰。
3. 简谐运动的特点(1)周期性:简谐运动是一个周期性运动,物体在一定时间内完成一个完整的往复过程,即回到起始位置。
(2)恢复力与位移成正比:简谐运动的恢复力与物体的位移成正比,当物体偏离平衡位置越远时,恢复力越大。
(3)最大速度和最大加速度发生在平衡位置:在简谐运动中,物体的最大速度和最大加速度发生在物体通过平衡位置时。
(4)能量守恒:在完全没有阻尼和外界干扰的情况下,简谐振动系统的总能量保持不变,由势能和动能的转化而来。
4. 简谐运动的描述简谐运动可以用以下几个重要的物理量来描述:(1)位移(y):物体相对于平衡位置的偏移量。
(2)周期(T):完成一个完整的往复运动所需要的时间。
(3)频率(f):单位时间内完成的往复运动的次数,与周期的倒数成正比(f =1/T)。
(4)角频率(ω):即角速度,表示在单位时间内的相位增加的量,与频率成正比(ω = 2πf)。
(5)振幅(A):简谐运动的最大位移,即离开平衡位置的最大距离。
5. 简谐运动的公式简谐运动的位移(y)、速度(v)和加速度(a)可以用以下公式来表示:(1)位移:y = A * sin(ωt + φ) (2)速度:v = A * ω * cos(ωt + φ) (3)加速度:a = -A* ω^2 * sin(ωt + φ)其中,A表示振幅,ω表示角频率,t表示时间,φ表示初相位。
6. 简谐运动的力学模型对于一个质点来说,受到简谐力的作用时,可以将其运动描述为一个简谐振动系统。
高三物理 简谐运动 简谐运动的图象
高三物理 简谐运动 简谐运动的图象 一、考点聚焦 1、弹簧振子 Ⅱ2、简谐运动 Ⅱ3、简谐运动的振幅、周期和频率 Ⅱ4、简谐运动的图象 Ⅱ二、知识扫描1、回复力:使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力。
回复力是根据力的效果来命名的。
回复力的方向总是指向平衡位置。
回复力可以是物体所受的合外力,也可以是几个力的合力,也可以是一个力,或者某个力的分力。
2、简谐运动:物体在跟偏离平衡位置的位移成正比,并且方向总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动叫做简谐运动。
3、振幅:振动物体离开平衡位置的最大距离叫做振动的振幅。
振幅是标量〔标量、矢量〕。
振幅是反映振动强弱的物理量。
4、周期和频率:振动物体完成一次全振动所用的时间叫做振动的周期。
单位时间内完成全振动的次数叫做全振动的频率。
它们的关系是T=1/f.5、简谐运动的对称性:做简谐运动的物体在经过关于平衡位置对称的两点时,两处的加速度、速度、回复力大小相等〔大小相等、相等〕。
动能、势能相等〔大小相等、相等〕。
6、简谐运动的图象:振动图象表示了振动物体的位移随时间变化的规律。
反映了振动质点在所有时刻的位移。
从图象中可度曲的信息有某时刻的位置、振幅、速度、周期等。
三、好题精析例1 如图7-1-1所示,质量为m 的物体A 放在质量为M 的物体B上,B 与弹簧相连,它们一起在光滑水平面上做简谐运动,振动过程中A 、B 之间无相对运动。
设弹簧劲度系数为k ,但物体离开平衡位置的位移为x 时,A 、B 间摩擦力的大小等于〔 〕A 、kxB 、M m kxC 、Mm m +kx D 、0 〖解析〗对A 、B 系统用牛顿第二定律F=〔M+m 〕a F=kxa=m M kx + 对A 用牛顿第二定律f=ma=Mm m +kx 〖点评〗A 、B 无相对运动,故可以综合运用整体法、隔离法分析整个系统和A 或B 物体的运动和力的关系。
例2 如图7-1-2所示,一个竖直弹簧连着一个质量M 的薄板,板上放着一个木块,木块质量为m .现使整个装置在竖直方向做简谐运动,振幅为A 。
一轮复习:简谐运动
一质点做简谐运动,其位移和时间的关系如图所示。 (1)求t=0.25×10-2 s时质点的位移; (2)在t=1.5×10-2 s到t=2×10-2 s的振动过程中,质点的位 移、回复力、速度、动能、势能大小如何变化? (3)在t=0到t=8.5×10-2 s时间内,质点的路程、位移各多大?
(1)- 2 cm
2.(多选)关于简谐运动的周期,以下说法正确的是A(CD ) A.间隔一个周期的整数倍的两个时刻,物体的振动情况相同 B.间隔半个周期的奇数倍的两个时刻,物体的速度和加速度 可能同时相同 C.半个周期内物体的动能变化一定为零 D.一个周期内物体的势能变化一定为零 E.经过一个周期质点通过的路程为零
3.(多选)如图,轻弹簧上端固定,下端连接一小物块,物块沿竖
与质点的实际振动过程联系起来,图象上的一个点表示 振动中的一个状态(位置、振动方向等),图象上的 一段曲线对应振动的一个过程,关键是判断好平衡位
置、最大位移及振动方向。 方法二:直观结论法
简谐运动的图象表示振动质点的位移随时间变化的规律,即 位移—时间的函数关系图象,不是物体的运动轨迹。直接由 图象得出相关物理量,再由简谐运动的有关结论、规律求解。
(2)图象反映的是位移随时间的变化规 律,随时间的增加而延伸,图象不代表 质点运动的轨迹。 (3)任一时刻图线上过该点切线的斜率 数值表示该时刻振子的速度大小。正负 表示速度的方向,为正时沿x正方向, 为负时沿x负方向。
2.图象信息 (1)由图象可以得出质点做简谐运动的振幅、周期。 (2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。 (3)可以根据图象确定某时刻质点回复力、加速度和速度的方向。 ①回复力和加速度的方向:因回复力总是指向平衡位置,故回 复力和加速度在图象上总是指向t轴。 ②速度的方向:速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判 断,下一时刻位移如增加,振动质点的速度方向就是远离t轴; 下一时刻位移如减小,振动质点的速度方向就是指向t轴。 (4)某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势 能的变化情况。
简谐运动知识点
简谐运动知识点-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN1. 简谐运动:(1)简谐运动:物体在跟位移大小成正比,且总是指向平衡位置的力作用下的振动。
受力特征:kx F -=对简谐运动的理解:① 简谐振动是最简单最基本的振动②简谐运动的位移按正弦规律变化,所以它不是匀变速运动,而是变力作用下的非匀变速运动。
③简谐运动具有重复性的运动轨迹,若轨迹不重复,则一定不是简谐运动。
(2)描述简谐运动的物理量平衡位置:做往复运动的物体能够静止的位置,叫作平衡位置。
振动:物体(或其一部分)在平衡位置附近所做的往复运动,对振动的三点透析:振动的轨迹:振动物体可能作直线运动,也可能做曲线运动,所以其轨迹可能是直线或曲线。
振动的特征:往复性。
振动的条件:每当物体离开平衡位置后,它就受到一个指向平衡位置的力,该力使物体产生回到平衡位置的效果(即回复力)、并将其看作受到的阻力足够小。
此时认为它做自由振动。
振幅A :定义:振动物体离开平衡位置的最大距离,叫作振动的振幅(或省略作振幅)单位:m (米)物理意义:反映振动的强弱和振动的空间范围,对同一系统,振幅越大,系统的能量越大。
振幅和位移的区别1. 振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离,位移是振动物体相对平衡位置的位置变化2. 振幅时表示振动强弱的物理量,位移表示的是某一时刻振动质点的位置。
3. 振幅是标量,位移是矢量周期T :定义:做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间。
单位:s物理意义:表示振动的快慢,周期越长表示物体振动的越慢,周期越短表示物体振动得越快。
方法规律做简谐运动的物体,某一振动过程是否为一次全振动,可以从两个角度判断,一是看物体经过某点时的特征物理量,如果物体的位移和速度都回到原值(大小、方向两方面),物体完成了一次全振动,即物体从一个方向回到出发点,二是看物体在这段时间内通过的路程是否等于振幅的4倍。
频率f :定义:单位时间内完成全振动的次数,其大小是由振动系统本身的性质决定的。
高中物理简谐运动知识点
高中物理简谐运动知识点一、弄清两种模型——弹簧振子和单摆1.弹簧振子是一种理想化模型,既然是理想化的,必须有一定的理想化条件加以限制,这正是必须提醒学生注意的,归纳起来有四点:(1)小球跟弹簧连接在一起,穿在一根杆上;(2)小球在杆上的滑动摩擦力可忽略不计,即视杆为光滑杆;(3)弹簧的质量比小球的质量小得多,可以忽略不计;(4)小球可视为质点。
满足上述条件才能称之为弹簧振子。
根据杆的放置情况不同,弹簧振子常考的运动分水平方向的简谐运动和竖直方向的简谐运动。
很多实际问题中没有光滑杆,但也可抽象弹簧振子模型。
2.单摆:在细线的一端拴一个小球,另一端固定在悬点上,线的伸缩和质量可忽略,线长远大于球的直径,这样的装置叫单摆。
单摆是实际摆的理想化模型,理解概念时把握以下几点:(1)小球密度较大,体积较小。
(2)细线柔软不可伸长,且线长远大于小球直径,线重可忽略不计,单摆在摆角小于5°时才做简谐运动。
二、弄清物体做简谐运动的定义1.物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总指向平衡位置的回复力的作用下振动,叫做简谐运动。
2.公式:回复力F=-kx。
式中“-”号表示回复力与位移的方向总是相反。
注意:对一般的简谐运动,k不能理解为劲度系数,只能认为是一比例常数。
不同的简谐运动,k值不同,k是由振动系统本身结构决定的物理量。
3.物体受回复力作用后的往复运动不一定是简谐运动。
如图1所示,一个质量为m的小球在光滑的折面AOB上做往复运动(小球在O点无能损失)。
试判断小球的运动是否为简谐运动。
小球所受支持力与重力的一个分力平衡;重力沿斜面的一个分力总是使小球返回平衡位置,帮它是小球做往复运动的回复力,其大小同理,小球在OB斜面上所受回复力大小也是。
因为斜面倾角是个恒量。
所以小球受到的回复力虽然与位移方向始终相反。
但回复力的大小不与位移大小成正比。
根据“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才是简谐运动”的规律,可判断该物体的运动只是一般的振动,而不是简谐运动。
简谐运动知识点总结
简谐运动知识点总结公式:1振动的两个条件:(1)平衡位置。
(2)往复运动。
2弹簧振子模型:(1)不计一切阻力。
(2)轻弹簧。
(3)记忆结论:平衡位置速度最大,加速度为零,最大位移处速度为零,加速度最大。
靠近平衡位置速度增大,加速度减小。
(4)竖直弹簧振子运动过程分析。
3简谐运动的位移和路程:(1)某时刻的位移是指某时刻的位置相对于平衡位置的位移,如第三秒末的位移。
有正负(2)某段时间内的位移是指该段时间内末位置相对于初位置的位移,它是矢量,有正负。
如第三秒内的位移。
(3)某时间的路程是指该段时间内运动轨迹的长度,是标量。
如第三秒内的路程。
(4)理解记忆结论:简谐运动一个周期内的路程为四倍振幅,半个周期内的路程一定是二倍振幅。
四分之一周期内的路程可能大于小于等于一倍振幅。
(5)如何计算t内的路程。
4简谐运动的周期性和对称性结论:(1)一个周期初末位置重合,且速度矢量一定相同。
N 个周期呢?(2)半个周期初末位置一定关于平衡位置对称,且速度矢量等大反向。
半个周期的奇数倍呢?半个周期的偶数倍呢?若初末位置一定关于平衡位置对称,且速度矢量等大反向,则时间是否一定是半个周期?为什么?记忆上述正确结论。
5简谐运动过程结论:(1)a,F同向且与X方向相反。
(2)位移增大,回复力增大,加速度增大,势能增大,动能减小,速度减小。
(记忆)6简谐运动的回复力是效果力单独一个力,多个力的合力,某个力的分力均可提供回复力。
简谐运动物体平衡位置回复力一定为零,但合力不一定为零,例如单摆。
单摆回复力来源为重力沿切向的分力,但不是重力和拉力的合力。
(理解记忆)7利用实验测定重力加速度的注意事项;(1)摆线细轻且不可伸长的1米左右的线。
(2)摆球为质量大一些,体积小一些的实心球。
(3)摆长为摆线长加摆球直径的一半。
(4)测周期时,多次测量求平均值。
且计时一定从平衡位置开始计时。
T=t/n,n为全振动的次数。
(5)变摆长法(利用图象)测重力加速度。
简谐运动知识点
一讲简谐运动单摆和弹簧振子【知识梳理】一、简谐运动的基本概念1.定义物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动,叫简谐运动。
表达式为:F= -kx(1)简谐运动的位移必须是指偏离平衡位置的位移。
也就是说,在研究简谐运动时所说的位移的起点都必须在平衡位置处。
不同于以前所讲的在一段时间内的位移。
(2)回复力是一种效果力。
是振动物体在沿振动方向上所受的合力(指向平衡位置)(3)“平衡位置”不等于“平衡状态”。
平衡位置是指回复力为零的位置,物体在该位置所受的合外力不一定为零。
(如单摆摆到最低点时,沿振动方向的合力为零,但在指向悬点方向上的合力却不等于零,所以并不处于平衡状态)但振子不振动则停留在平衡位置。
(4)F=-kx是判断一个振动是不是简谐运动的充分必要条件。
凡是简谐运动沿振动方向的合力必须满足该条件;反之,只要沿振动方向的合力满足该条件,那么该振动一定是简谐运动。
2.几个重要的物理量间的关系要熟练掌握做简谐运动的物体在某一时刻(或某一位置)的位移x、回复力F、加速度a、速度v这四个矢量的相互关系。
(1)由定义知:F∝x,方向相反。
(2)由牛顿第二定律知:F∝a,方向相同。
(3)由以上两条可知:a∝x,方向相反。
(4)v和x、F、a之间的关系最复杂:x的方向-背向平衡位置F与a 的方向-指向平衡位置x、F、a三者大小同步变化且与v异步(过同一位置v有两个方向)3.从总体上描述简谐运动的物理量振动的最大特点是往复性或者说是周期性。
因此振动物体在空间的运动有一定的范围,用振幅A来描述;在时间上则用周期T来描述完成一次全振动所须的时间。
(1)振幅A是描述振动强弱的物理量。
(一定要将振幅跟位移相区别,在简谐运动的振动过程中,振幅是不变的而位移是时刻在改变的)(2)周期T是描述振动快慢的物理量。
(频率f=1/T也是描述振动快慢的物理量)周期由振动系统本身的因素决定,叫固有周期。
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2017高三物理复习知识点:简谐运动
2017高三物理复习知识点:简谐运动
一、简谐运动
基础目标
1、回复力、平衡位置、机械振动
2、知道什么是简谐运动及物体做简谐运动的条。
3、理解简谐运动在一次全振动过程中位移、回复力、加速度、速度的变化情况。
4、理解简谐运动的对称性及运动过程中能量的变化。
拔高目标
1、简谐运动的证明(竖直方向弹簧振子,水面上木块)。
2、简谐运动与力学的综合题型。
3、简谐运动周期公式。
【重难点】
重点:简谐运动的特征及相关物理量的变化规律。
难点:偏离平衡位置位移的概念及一次全振动中各量的变化。
一新引入
知识目标:引入新的运动--机械振动
前面已学过的运动:
按运动轨迹分:直线运动按速度特点分:匀变速
曲线运动非匀变速
自然界中还有一种更常见的运动:机械振动
二机械振动
在自然界中,经常观察到一些物体回往复的运动,如吊灯的回摆动,树枝在微风中的摆动,下面我们就研究一下这些运动具有什么特点。
这些运动都有一个明显的中心位置,物体或物体的一部分都在这个中心位置两侧往复运动。
这样的运动称为机械振动。
当物体不再往复运动时,都停在这个位置,我们把这一位置称为平衡位置。
(标出平衡位置)
平衡位置是指运动过程中一个明显的分界点,一般是振动停止时静止的位置,并不是所有往复运动的中点都是平衡位置。
存在平衡位置是机械运动的必要条,有很多运动,尽管也是往复运动,但并不存在明显的平衡位置,所以并非机械振动。
如:拍皮球、人回走动
注意:在运动过程中,平衡位置受力并非一定平衡!如:小球的摆动总结:机械振动的充要条:1、有平衡位置2、在平衡位置两侧往复运动。
自然界中还有哪些机械振动?
钟摆、心脏、活塞、昆虫翅膀的振动、浮标上下浮动、钢尺的振动三回复力
1)回复力
机械振动的物体,为何总是在平衡位置两侧往复运动?
结论:受到一个总是指向平衡位置的力
观察:振子在平衡位置右侧时,有一个向左的力,在平衡位置左侧时,有一个向右的力,这个力总是促使物体回到平衡位置。
总结:总是指向平衡位置,它的作用是总使振子回复到平衡位置,这样的力我们称之为回复力。
(在平衡位置时,回复力应该为零)
回复力:使物体返回平衡位置的力,方向总是指向平衡位置。
特点:1是效果力。
(按效果命名的力)
2可以是某个力,也可以是几个力的合力,还可以是某个力的分力。
2)偏离平衡位置的位移
由于振子总是在平衡位置两侧移动,如果我们以平衡位置作为参考点研究振子的位移就更为方便。
这样表示出的位移称为偏离平衡位置的位移。
它的大小等于物体与平衡位置之间的距离,方向由平衡位置指向物体所在位置。
(由初位置指向末位置)用x表示。
偏离平衡位置的位移与某段时间内位移的区别:偏离平衡位置的位移是以平衡位置为起点,以平衡位置为参考位置。
某段时间内的位移,是默认以这段时间内的初位置为起点。
四简谐运动
弹簧振子。
一个滑块通过一个弹簧连在底座上,底座上有许多小孔,和一个皮管相连,对着皮管吹气,底座上喷出的气流会使振子浮在底座上方,从而达到减小摩擦的作用,和前面的气垫导轨相似。
演示:弹簧振子的运动,结论:是机械振动。
树枝的振动,没有什么规律可循,而弹簧的振动具有规律性。
接下研
究弹簧振子振动的规律。
对弹簧振子振动规律的研究:
1、弹簧振子运动过程中F与x之间的关系。
大小关系:根据胡克定律,F=|x|
方向关系:F与x方向相反,取定一正方向后可得,F=-x
总结:F=-x
2、弹簧振子运动过程中各物理量的变化情况分析
结合右图分析振子在一次全振动中回复力F、偏离平衡位置的位移x、加速度a、速度V的大小变化情况及方向。
1)A→x↓,方向由向A
F↓,方向由A向
a↓,方向由A向
V↑,方向由向A
振子做加速度不断减小的加速运动A′A
2)在位置,x=0,F=0,a=0,V最大;
3)→A′x↑,方向由向A′
F↑,方向由A′向
a↑,方向由A′向
V↓,方向由向A′
振子做加速度不断增大的减速运动
4)在A′位置,x最大,F最大,a最大,V=0
)A′→x↓,方向由向A′
F↓,方向由A′向
a↓,方向由A′向
V↑,方向由向A′
振子做加速度不断减小的加速运动
6)在位置,x=0,F=0,a=0,V最大;
7)→Ax↑,方向由向A
F↑,方向由A向
a↑,方向由A向
V↓,方向由向A
振子做加速度不断增大的减速运动
8)在A位置,x最大,F最大,a最大,V=0
3、简谐运动定义
弹簧振子由于偏离平衡位置的位移和回复力具有明显的对称性,导致其速度、加速度等都具有明显的对称性,形成的运动是一种简单而和谐的运动。
我们称之为简谐运动。
定义:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,方向总是指向平衡位置的平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐运动。
条:1有回复力。
2F=-x
证明竖直方向的弹簧振子的运动是简谐运动。
证明步骤:1、找平衡位置
2、找回复力
3、找F=x
4、找方向关系
五、堂小结
概念:机械振动、回复力、平衡位置、偏离平衡位置的位移、简谐运动、简谐运动的特点
方法:如何证明某个运动是简谐运动
六、思考题
1、试证明水面上木块的振动是简谐运动
2、试证明:A木块降到最低点时加速度大于重力加速度g
(一)3、如图,和两木块通过弹簧连接,现将用力下压,欲使弹起时,刚好对地面压力为0,应下压的距离是多少?(弹簧的劲度系数为)。