简谐运动图象和公式

合集下载

简谐运动的图象及公式 2

弹簧振子：在水平弹簧振子的小球上安置一支记录用的笔，在下面放一条白纸带，当小球振动时，沿垂直于振动方向匀速拉动纸带，笔就在带上画出一条振动图线。
模拟：
模拟单摆的振动图线
一、简谐运动的图像

横轴表示时间，纵轴表示振子偏离平衡位置的位移
振动图象：1、定义：简谐运动的位移-时间图象通常称为振动图象，也叫振动曲线。 2 、特点：都是正弦或余弦曲线。
T 2
m k
③与振子质量有关，质量越大，周期越大。
实验结果
1、振动周期与振幅大小无关。
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。
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。 m
第三节
简谐运动的图象及公式
看一看
两个振子的运动位移有何不同？
一、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，叫做振动的振幅，单位是m。
静止位置：即平衡位置
振幅
振幅
2）、振幅的大小，直接反映了振子振动能量 (E=EK+EP)的高低。 3）、振幅是描述振动强弱的物理量，常用字母A表示。 4）、振子振动范围的大小，就是振幅的两倍2A

2
或
几种常见图像的表达式

3
或

4
或

例题3、某简谐运动的振幅为8cm，f=0.5Hz 零时刻的位移为4cm，且振子沿x轴负方向运动。 (1)写出相应的振动方程。 (2)作出振动图像。
三、简谐运动的相位与相位差的物理意义

简谐运动简谐运动的图象

简谐运动简谐运动的图象1、简谐运动简谐运动的图象2、简谐运动的能量特征受迫振动共振3、实验：用单摆测定重力加速度简谐运动简谐运动的图象：1、简谐运动：简谐运动是物体偏离平衡位置的位移随时间做正弦或余弦规律而变化的运动，是一种变加速运动。

2、弹簧振子（1）弹簧的质量比小球的质量小得多，可以认为质量集中于振子（小球）。

（2）当与弹簧振子相接的小球体积较小时，可以认为小球是一个质点。

（3）当水平杆足够光滑时，可以忽略弹簧以及小球与水平杆之间的摩擦力。

（4）小球从平衡位置拉开的位移在弹簧的弹性限度内。

3、单摆：悬挂物体的细线的伸缩和质量可以忽略，线长比物体的直径大得多。

单摆是实际摆的理想模型。

单摆摆动的振幅很小即偏角很小时，单摆做简谐运动。

4、描述简谐运动特征的物理量（1）位移、简谐运动的位移，以平衡位置为起点，方向背离平衡位置。

（2）回复力：回复力的作用效果是使振子回到平衡位置。

简谐运动中，，负号表示力的方向总是与位移的方向相反。

（3）周期：做简谐运动的物体完成一次全振动所需的时间。

用T表示，单位秒（s）。

单摆周期弹簧振子的频率只与弹簧的劲度系数和振子质量有关。

（4）频率：单位时间内完成全振动的次数。

用f表示，单位赫兹（Hz）。

周期与频率的关系：（5）振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离。

5、简谐运动的公式描述：，A是简谐运动的振幅，ω是圆频率（或角频率），叫简谐运动在t时刻的相位，是初相位。

6、简谐运动的图象简谐运动的图象是正弦（或余弦）函数图象（注意简谐运动的具体图象形状，取决于t=0时振动物体的位置和正方向的选取，可参看“例1”）。

简谐运动图象的应用如下：（1）可直观地读取振幅A、周期T、各时刻的位移x及各时刻的振动速度的方向和加速度的方向；（2）能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。

7、简谐运动的能量：如忽略摩擦力，只有弹力做功，那么振动系统的动能与势能互相转换，在任意时刻动能和势能的总和，即系统的机械能保持不变，机械能由振幅决定。

简谐运动公式字母含义

简谐运动的公式和定义1公式：$x=A/sin（ωT+φ）$2公式中的参数：（1）式中，$x$是振动粒子相对于平衡位置的位移，t是振动时间。

（2）A是距振动粒子平衡位置的最大距离，即振幅。

（3）ω称为简谐运动的圆频率，也代表简谐运动的振动速度。

三。

定义：如果作用在质点上的力与质点离开平衡位置的位移成正比，且始终指向平衡位置，则质点的运动为简谐运动。

4特征：（1）简谐运动是最基本、最简单的振动。

（2）简谐运动的位移按正弦规律随时间变化，因此它不是匀速变速运动，而是在变力作用下的变加速度运动。

5特征：（1）力特性：恢复力$f=-KX$，$f$（或$a$）与$x$的大小成正比，方向相反。

（2）运动特性：接近平衡位置时，$a、F、x$减小，$V$增大；远离平衡位置时，$a、F、x$增大，$V$减小。

（3）能量特性：振幅越大，能量越大。

在运动过程中，动能和势能相互转化，系统的机械能守恒。

（4）周期性特征：质点的位移、回复力、加速度和速度随时间呈周期性变化，变化周期为简谐运动周期，动能和势能也随时间呈周期性变化，变化周期为$-fracT2$。

（5）对称特征：在平衡位置的两个对称点，加速度、速度、动能、势能相等，相对平衡位置的位移相等。

6平衡位置：物体在振动过程中恢复力为零的位置。

7恢复力的定义：使物体恢复到平衡位置的力。

8恢复力方向：始终指向平衡位置。

9恢复力的来源：属于效应力。

它可以是某个力，几个力的合力或某个力的分力。

2、简谐运动的例子关于简谐运动和简谐运动中物体的完全振动的意义，下面的说法是正确的____A、当位移减小时，加速度减小，速度增大B、位移方向总是与加速度方向相反，与速度方向相同C、动能或势能首先恢复到原来大小的过程D、速度和加速度第一次同时恢复到原来的大小和方向的过程E、当物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向与位移方向相反；当物体偏离平衡位置时，速度方向与位移方向相同答案：阿德分析：当位移减小时，恢复力减小，加速度减小，物体移动到平衡位置，速度增大，a正确；恢复力与位移方向相反，加速度与位移方向相反，但速度和位移方向可以相同，也可以相反；当物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向与位移方向相反；位置偏离平衡位置时，速度方向与位移方向相同，所以B是错误的，E是正确的；在一次完全振动中，动能和势能可以多次恢复到原来的尺寸，所以C是错误的；在第一次完全振动中，速度和加速度同时恢复到原来的尺寸和方向的过程是完全振动，所以D是正确的。

1-3----简谐运动的图像

2.某简谐运动的位移与时间关系为：x=0.1sin （100πt＋π ）cm, 由此可知该振动的振幅是
__0_.1___cm，频率是 50 Ｈz，零时刻振动物体的速度与规定正方向__相_反__（填“相同”或“相反”).
例2 (2012·上海虹口高二检测)如图是一做简谐运动的物体的振动图像，下列说法正确的是( )
1、质点离开平衡位置的最大位移？ 2、1s末、4s末、10s末质点位置在哪里？
3、1s末、6s末质点朝 x/m 哪个方向运动？
3Leabharlann 4、质点在6s末、14s末的位移是多少？ O
8
5、质点在4s、16s内
通过的路程分别是多 -3
少？
16
t/s
课堂训练
1、某一弹簧振子的振动图象如图所示，则由图象判断下列说法正确的是（ A B）
一、弹簧振子的位移——时间图象
1、频闪照片法
第一个1/2周期：
时间
t(s) 0
t0
2t0
3t0 4t0
5t0
6t0
位移 x(m）
-20.0
-17.8
-10.1
0.1
10.3
17.7
20.0
第二个1/2周期：
时间
t(s) 6t0
7t0
8t0
9t0 10t0 11t0 12t0
位移 x(m)
20.0
-20
二、简谐运动的表达式
以x代表质点对于平衡位置的位移， t代表时间，则
x Asint
1、公式中的A 代表什么? 2、ω叫做什么?它和T、f之间有什么关系? 3、公式中的相位用什么来表示? 4、什么叫简谐振动的初相?
2 2f
T

简谐运动图象和公式(教科)

2、间接描述量
①频率f=1/T ②任一时刻t的振动方向 ③x-t图线上任一点的切线的斜率等于v。 ④任一时刻t的加速度a的方向
AC
例3、如图所示，是质点的振动图象，则振幅是______m，频率是_______Hz， 0-4s内质点通过路程是______m，6s末质点位移是 _______m。
§1.3
简谐运动的图象和公式
温故知新——简谐运动的描述
1、如何反映简谐运动的强弱和振动快慢？
振幅（A）周期和频率 2、单摆的周期与哪些因素有关？与单摆的质量和振幅无关，与摆长有关
想一想还可怎么描述简谐运动？
一、简谐运动的图像
横轴表示时间，纵轴表示振子偏离平衡位置的位移
振动图象：1、定义：简谐运动的位移-时间图象通常称为振动图象，也叫振动曲线。 2 、特点：都是正弦或余弦曲线
一、简谐运动的图像
（1）由实验可了解到情况：
1、振动图象（如图）
2、x-t图线是一条质点做简谐运动时，位移随时间变化的图象，不是轨迹。 3、振动图象是正弦曲线还是余弦曲线，这决定于t＝0 时刻的选择。
一、简谐运动的图像
1、直接描述量： ①振幅A；②周期T；③任意时刻的位移x。
（2）简谐运动图象描述的振动物理量
某简谐运动的振幅为8cm，f=0.5Hz 零时刻的位移为4cm，且振子沿x轴负方向运动。 (1)写出相应的振动方程。 (2)作出振动图像。
四、振动图象的实际运用
心电图仪
地震仪
几种常见图形的表达式
1
结合图像中反映的运动情况与正弦函数在四个象限中的特点，与线后的表达式进行理解。
2
或
几种常见图像的表达式

第一章第3节简谐运动的图像和公式

第3节简谐运动的图像和公式1.简谐运动图像是一条正弦(或余弦)曲线，描述了质点做简谐运动时位移x 随时间t 的变化规律，并不是质点运动的轨迹。

2．由简谐运动图像可以直接得出物体振动的振幅、周期、某时刻的位移及振动方向。

3．简谐运动的表达式为x ＝A sin(2πTt ＋φ)或x ＝A sin(2πft＋φ)，其中A 为质点振幅、(2πTt ＋φ)为相位，φ为初相位。

1．建立坐标系以横轴表示做简谐运动的物体的时间t ，纵轴表示做简谐运动的物体运动过程中相对平衡位置的位移x 。

2．图像的特点一条正弦(或余弦)曲线，如图所示。

3．图像意义表示物体做简谐运动时位移随时间的变化规律。

4．应用由简谐运动的图像可找出物体振动的周期和振幅。

[跟随名师·解疑难]1．图像的含义表示某一做简谐运动的质点在各个时刻的位移，不是振动质点的运动轨迹。

2．由图像可以获取哪些信息？ (1)可直接读取振幅、周期。

(2)任意时刻质点的位移的大小和方向。

如图甲所示，质点在t 1、t 2时刻的位移分别为x 1和－x 2。

甲乙(3)任意时刻质点的振动方向：看下一时刻质点的位置，如图乙中a 点，下一时刻离平衡位置更远，故a 此刻向上振动。

(4)任意时刻质点的速度、加速度、位移的变化情况及大小比较：看下一时刻质点的位置，判断是远离还是靠近平衡位置，若远离平衡位置，则速度越来越小，加速度、位移越来越大，若靠近平衡位置，则速度越来越大，加速度、位移越来越小。

如图乙中b 点，从正位移向着平衡位置运动，则速度为负且增大，位移、加速度正在减小；c 点从负位移远离平衡位置运动，则速度为负且减小，位移、加速度正在增大。

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)如图所示为某质点做简谐运动的图像，则质点在前6 s 内通过的路程为________ cm ，在6～8 s 内的平均速度大小为________ cm/s ，方向________。

3.简谐运动的图像和公式

旋转矢量 A的
x 端点在
轴上的投
影点的运
动为简谐
运动.
x Acos(t )
简谐运动的位移公式:
x Acos( t )
其中A表示振幅, 是圆频率(或称角频率),( t + )称
为物体在t时刻振动的相位(或相)。是t =0时的相位，
称为初相位，简称为初相。
物体振动状态由相位( t + )决定
旋转矢量
为了直观地表明简谐运动的三个特征量的物理意义，
可用一个旋转矢量来表示简谐运动。
A
t=t
t = 0
t+
A
o
x·
x
x Aco（s t ）
因此，以o为圆点，旋转矢量A的末端在ox轴上的
投影点的运动是简谐运动。
参考圆
用旋转矢量图画简谐运动的 x t 图
T 2π （旋转矢量旋转一周所需的时间）
2:1 1:1 0
1.相位是用来描述一个周期性运动的物体在一个周期内所处的不同运动状态的物理量.
2.
x=Asin（ωt＋ φ ）
其中x代表质点对于平衡位置的位移，t代表时间，ω叫做圆频率，ωt＋φ表示简谐运动的相位.
3.两个具有相同圆频率ｗ的简谐运动，但初相分别为φ１和φ2，它们的相位差就是 (ωt+ φ 2)－（ωt＋ φ １）＝ φ 2－ φ 1
知识应用： 1.一质点作简谐运动，图象如图所示，在0.2s 到0.3s这段时间内质点的运动情况是（ CD ）
A．沿负方向运动，且速度不断增大 B．沿负方向运动的位移不断增大 C．沿正方向运动，且速度不断增大 D．沿正方向的加速度不断减小
弹力、动能、势能、机械能、动量呢？

简谐运动和振动的图像

【4】如图所示，是某弹簧振子的振动图象，试由图】如图所示，是某弹簧振子的振动图象，象判断下列说法哪些是正确的（） B A、振幅是、振幅是3m B、周期是、周期是8s C、4s末振子的加速度为，速度为负、末振子的加速度为0，末振子的加速度为 D、第14s末振子的加速度为正，速度最大末振子的加速度为正，、末振子的加速度为正
例3．如果下表中给出的是做简谐运动的物体的位移或速度与．时刻的对应关系，为振动周期为振动周期，时刻的对应关系，T为振动周期，则下列选项中正确的 ( ) AB 是
时刻状态物理量
0
零零正向最大负向最大
T/4
正向最大负向最大零零
T/2
零零负向最大正向最大
3T/4
2.简谐运动的特点：简谐运动的特点：简谐运动的特点
（1）简谐运动的位移必须是指偏离平衡位置的）位移(这是为研究方便而规定的）。也就是说这是为研究方便而规定的）。也就是说，位移这是为研究方便而规定的）。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。衡位置处。
（2）回复力是一种效果力。是振动物体在沿振动）回复力是一种效果力。方向上所受的合力。方向上所受的合力。（3）“平衡位置”不等于“平衡状态”。平衡位）平衡位置”不等于“平衡状态” 置是指回复力为零的位置，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，。（如单摆摆到最低点时外力不一定为零。（如单摆摆到最低点时，沿振动方向的合力为零，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）等于零，所以并不处于平衡状态）（4）F=-kx是判断一个振动是不是简谐运动的充）是判断一个振动是不是简谐运动的充分必要条件。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，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。条件，那么该振动一定是简谐运动。

简谐运动的图像和公式

2.
x/m
写出振动方程 x=10sin(2π t)cm .
3.某弹簧振子的振动图象如图所示，根据图象判断。下列说法正确的是（ D ） A、第1s内振子相对于平衡位置的位移与速度方向相反 B、第2s末振子相对于平衡位置的位移为-20cm C、第2s末和第3s末振子相对于平衡位置的位移均相同，但瞬时速度方向相反 D、第1s内和第2s内振子相对于平衡位置的位移方向相同，瞬时速度方向相反。
周期、路程、振动情况关系
①1T内，路程s=4A
②T/2内，路程s=2A
③T/4内，路程s有可能大于A，也可能小于A，也
可能等于A
④t2 - t1=NT时，两时刻物体的运动情况一样 ⑤t2 - t1=（2n+1）T/2时，两时刻物体以相反的速度通过两对称点。
例1.如图所示为某质点简谐运动的振动图像，根据图像回答：
⑴振幅、周期； ⑵具有正向最大速度的时刻； ⑶具有正向最大加速度的时刻； ⑷在3～4s内，质点的运动情况； ⑸1～4s内质点通过的路程。
二、简谐运动的表达式
简谐运动的图像为正弦（或余弦）曲线，也就是说振动物体离开平衡位置的位移x与时间t的关系可用正弦函数（或余弦函数）来表示，即
x A sin(t )
x/cm
1 2 3 4 5 6 t/s
-5
-10
【板书设计】
1.3 简谐运动的图像和公式 1.简谐运动的振动图像都是正弦或余弦曲线。表示振动物体相对平衡位置的位移随时间变化的规律。 2、图像中的信息：
（1）任一时刻的位移
（2）T、A、f (3)回复力和加速度大小方向的变化 (4)速度方向和大小的变化 3．简谐运动的表达式：
x A sin(t )

简谐运动表达式

简谐运动表达式
简谐运动是一种重要的物理现象，它描述了在恢复力作用下，质点沿着直线或曲线作谐振运动的过程。

简谐运动的数学表达式可以使用正弦或余弦函数来表示，通过以下公式进行描述：
$ x(t) = A \times \cos(\omega t + \phi) $
其中，$ x(t) $ 是质点在时间 $ t $ 时的位移，$ A $ 是振幅，$ \omega $ 是角频率，$ \phi $ 是初相位。

在这个表达式中，振幅 $ A $ 表示了简谐运动的最大位移，角频率 $ \omega $ 则代表了单位时间内变化的相位角度。

初相位 $ \phi $ 反映了质点在 $ t=0 $ 时刻的初始位置。

简谐运动的表达式还可以通过正弦函数表示，具体形式如下：
$ x(t) = A \times \sin(\omega t + \phi) $
与余弦函数表示法相比，正弦函数表示法在初始位移上有所不同，但本质是相同的。

简谐运动的表达式不仅适用于描述单摆、弹簧振子等机械振动系统，也能有效描绘声波、光波等波动现象。

通过这一简洁的数学表达式，我们能够更深入地理解和分析复杂的振动运动规律。

总的来说，简谐运动表达式是物理学中重要的数学工具，它通过简单的公式形式，展现了自然界中许多周期性运动现象的共性特征，为我们解释和预测自然现象提供了重要参考。

简谐运动的公式配比

简谐运动的公式配比
简谐运动的运动方程为：x＝Acos（ωt＋φ）
其中A为简谐运动的振幅，ω叫做角频率（有时也被称为圆频率）φ是初相位，位移的一阶导数是速度，二阶导数是加速度。

让简谐运动方程对时间求一阶和二阶导数可得：
v＝dx／dt＝－Asin（ωt＋φ）；a＝d2x／dt2＝－Aω2（ωt＋φ）。

注意平衡位置表示的是x＝0时的位置，若角频率ω已经确定那么在知道了在平衡位置的位移和速度之后就可以计算出对应的振幅和初相。

x＝Acosφ，v＝－Aωsinφ。

二者联立可得：A＝（x＾2＋v＾2／ω＾2）＾0．5，tanφ＝－v／ωx。

扩展资料：
简谐振动的判定
1、如果一个质点在运动中所受的合外力是一个简谐力
即合外力的大小与位移成正比且方向相反，那么我们称这个质点的运动是简谐振动。

在弹簧振子模型中，比例系数k即为弹簧系数，或称倔强系数（劲度系数）。

2、如果一个质点的运动方程有如下形式
即，质点的位移随时间的变化是一个简谐函数，显然此质点的运动为简谐振动。

简谐运动图象和公式(教科)

BC
例：某一弹簧振子的振动图象如图所示，则由图象判断下列说法正确的是（ A B ）
A、振子偏离平衡位置的最大距离为10cm B、1s到2s的时间内振子向平衡位置运动 C、2s时和3s时振子的位移相等，运动方向也相同 D、振子在2s内完成一次往复性运动
10 5 0 -5 -10
x/cm
1 2 3 4 5 6 t/s
练习：
已知：A=3cm，T=8s，规定向右方向为正方向，从平衡位置O（向B）开始计时，
试：大致画出它的振动图像？
从平衡位子的振动图象如图所示，根据图象判断。下列说法正确的是（ D ） A、第1s内振子相对于平衡位置的位移与速度方向相反 B、第2s末振子相对于平衡位置的位移为-20cm C、第2s末和第3s末振子相对于平衡位置的位移均相同，但瞬时速度方向相反 D、第1s内和第2s内振子相对于平衡位置的位移方向相同，瞬时速度方向相反。 x/cm
20
0
-20
1
2
3
4
5
6
t/s
描述物体的运动规律一般可以用几种方法？图象法———即用物理图象表示公式法———即用物理公式表示
例：
写出振动方程
X=10sin(2π t)cm .
二、简谐运动的表达式
相位
x A sin(t )
振幅圆频率
2 2f T
初相位
2 x A sin( t ) A sin( 2ft ) T
C、4s末摆球速度为负，振动加速度为零
D、第6s末摆球的加速度为正，速度为零
E、第9s末摆球的加速度为正，速度为正 F、4s末振子速度为负,加速度为零 G、第14s末振子的加速度为正，速度最大

简谐运动图象和公式

简谐运动的图象及公式 2

简谐运动简谐运动的图象

简谐运动公式字母含义

1-3----简谐运动的图像

简谐运动图象和公式(教科)

第一章 第3节 简谐运动的图像和公式

3.简谐运动的图像和公式

简谐运动和振动的图像

简谐运动的图像和公式

简谐运动表达式

简谐运动的公式配比

简谐运动图象和公式(教科)

第一章第3节简谐运动的图像和公式