简谐振动的图像和公式
3.简谐运动的图像和公式
(3)从经过B点开始计时
例1.如图甲是演示简谐运动图象的装置,当盛沙漏斗下的木板N被
匀速地拉出时,从摆动着的漏斗中漏出的沙在板上形成的曲线显示
出摆的位移随时间变化的关系,板上的直线OO1代表时间轴.图乙是
两个摆中的沙在各自木板上形成的曲线,若板N1和板N2拉动的速
度v1和v2的关系为v2=2v1,则板N1、N2上曲线所代表的振
tA2.这振段子时的间速内度(方向和加D速度方)向都不变
B.振子的速度方向和加速度方向都改变
C.振子的速度方向改变,加速度方向不变
D.振子的速度方向不变,加速度方向改变
例2.一质点做简谐运动,其位移x与时间t的关
系曲线如图所示,由图可知( ABC )
A.质点振动的频率为0.25Hz B.质点的振幅为2cm
正弦或余弦图像
2、简谐运动的图像: 正(余)弦曲线 思考:简谐运动的图象就是物体真实的运动轨迹吗? 注意:图象不表示运动轨迹,只表示位移随时间变化关系
A
OBLeabharlann 已知一弹簧振子的振幅为2cm,周期是4s,以向右为正方
向,根据要求作出弹簧振子在一个周期内的振动图象:
(1)从向右经过平衡位置开始计时
(2)从经过A点开始计时
例3.有两个振动物体的振动方程分别是:
x1=3sin(100πt+π/3);x2=3sin(100πt+π/4),则下列说
法正确的是( ABC )
A.它们的振幅相同
B.它们的周期相同
C.它们的相位差恒定 D.它们的振动步调一致
形2、两个简谐振动分别为x1=4asin(4πbt+π/2) 和 x2=2asin(4πbt+3π/2), 求它们的振幅之比、各自的 频率,以及它们的相位差?
1-3 简谐运动的图像和公式
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
17.7
10.3
0.1
-10.1
-17.8
-20.0
弹簧振子的位移x与时 间t成正弦规律变化。
π
针对训练 2
有两个简谐运动,其表达式分别是
π π x1=4sin100πt+3cm,x2=5sin100πt+6 cm,下列说法正
确的是( BC )
A.它们的振幅相同 C.它们的相位差恒定
B.它们的周期相同 D.它们的振动步调一致
例9
一弹簧振子 A 的位移 x 随时间 t 变化的关系式为 x = 0.1sin
两个摆长相同的单摆,周期相同,把它们朝相反的方向拉开相同角度, 如上图,放开后看到它们在各时刻的位移总相反,同时达到相反的最大 位移处,也相反方向经过平衡位置。在它们的x表达式中,相位一定相差π, 我们叫振动反相。
相位差:相同频率的两个简谐振动的相位之差。
(t 1 ) (t 2 ) 1 2
2.5πt,位移x的单位为m,时间t的单位为s.则( A.弹簧振子的振幅为0.2 m B.弹簧振子的周期为1.25 s C.在t=0.2 s时,振子的运动速度为零
CD )
D.若另一弹簧振子B的位移y随时间变化的关系式为
π x=0.2 sin 2.5πt+ 4 ,则振动A滞后B
例7
一个小球和轻质弹簧组成的系统按x1=5sin
简谐运动的图象和公式
• 图像绘制方法 1、描点法
第一个1/2周期: t 时间t(s) 0 第二个1/2周期: 7t 时间t(s) 6t
0
0
2t
0
3t
0
4t
0
5t
0
6t
0
位移x(cm) 20.0
-17.8
-10.1
0.1
10.3
17.7
20.0
0
8t
0
9t
0
10t
0
11t
0
12t
0
位移 x(cm)
20.0
17.7
10.3
以x代表质点对于平衡位置的位移,t代表时间,则
x A sint
(1)公式中的A 代表什么? A叫简谐运动的振幅。表示简谐运动的强弱。 (2)ω叫做什么?它和T、f之间有什么关系?
叫圆频率。表示简谐运动的快慢。 它与频率的关系: =2f
(3)公式中的相位用什么来表示?
“ t+” 叫简谐运动的相位。表示简谐运动所处的状态。
二、简谐运动的图象作用:
1.物理意义:简谐运动的振动图象表示某个振动物体 相对平衡位置的位移随时间变化的规律。 注意:振动图象不是振子运动的轨迹。 2. 从简谐运动的振动图象可以知道振动物体的运动情 况。 (1)从图象可以知道振幅。 (2)从图象可以知道周期(频率)。(曲线相邻两最 大值之间的时间间隔) (3)从图象可以知道任一时刻物体对平衡位置的位移, 从而确定此时刻物体的位置。 (4)从图象可以确定任一时刻物体的速度大小和方向, 以及某一段时间速度大小变化情况。
x
·
t = 0 A
x
参考圆
简谐运动的位移公式:
x A cos( t )
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.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.图像的应用(1)确定振动物体在任一时刻的位移。
如图所示,对应t1、t2时刻的位移分别为x1=+7 cm,x2=-5 cm。
(2)确定振动的振幅。
图像中最大位移的值就是振幅,如图所示,振动的振幅是10 cm。
(3)确定振动的周期和频率。
振动图像上一个完整的正弦(余弦)图形在时间轴上拉开的“长度”表示周期。
由图可知,OD、AE、BF的间隔都等于振动周期,T=0.2 s,频率f=1/T=5 Hz。
(4)确定各质点的振动方向。
例如图中的t1时刻,质点正远离平衡位置向正方向运动;在t3时刻,质点正向着平衡位置运动。
(5)比较各时刻质点加速度的大小和方向。
例如在图中t1时刻质点位移x1为正,则加速度a1为负,t2时刻质点位移x2为负,则加速度a2为正,又因为|x1|>|x2|,所以|a1|>|a2|。
1.一质点做简谐运动,其位移x与时间t关系曲线如图所示,由图可知()A.质点振动的频率是4 Hz B.质点振动的振幅是2 cmC.在t=3 s时,质点的速度最大D.在t=4 s时,质点所受的合外力为零做简谐运动的物体位移x随时间t变化的表达式:x=A sin(2πft+φ)(1)式中x表示振动质点相对于平衡位置的位移,t表示质点振动的时间。
(2)式中A表示振幅,描述的是振动的强弱。
(3)式中T、f分别表示简谐运动的周期和频率,描述的都是振动的快慢。
(4)式中(2πft+φ)表示相位,描述的是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。
它是一个随时间变化的量,相当于一个角度,相位每增加2π,意味着物体又多完成了一次全振动。
(5)式中φ表示t=0时简谐运动质点所处的状态称为初相位或初相。
(6)相位差:即某一时刻的相位之差。
两个具有相同ω的简谐运动,设其初相分别为φ1和φ2,其相位差Δφ=(2πft+φ2)-(2πft+φ1)=φ2-φ1。
最新高中物理振动和波公式总结
最新高中物理振动和波公式总结振动和波是物理学中一个非常重要的概念,涉及到了许多不同的现象和现象的描述。
在高中物理学习中,我们学习了很多与振动和波相关的内容,同时也掌握了一些重要的公式和关系。
本文将对最新的高中物理振动和波公式进行总结。
一、振动1.简谐振动:简谐振动是指一个物体围绕平衡位置作往复运动。
简谐振动的重要公式包括:(1)周期:T=2π/ω,其中T表示振动的周期,ω表示角频率。
(2)频率:f=1/T,其中f表示振动的频率。
(3)角频率:ω=2πf,其中ω表示角频率,f表示振动的频率。
(4)角速度:ω=√(k/m),其中k表示弹性系数,m表示振动物体的质量。
2.复合振动:复合振动是指由多个简谐振动相叠加而成的振动。
复合振动的重要公式包括:(1)叠加原理:对于具有相同方向的简谐振动,位移可以简单地进行叠加。
(2)谐波:谐波是指频率相同、振幅相等的简谐振动的叠加。
(3)相位差:相位差是指两个振动之间的位移差或时间差。
3.阻尼振动:阻尼振动是指在受到摩擦力或空气阻力的作用下,振动逐渐减弱并停止的振动。
阻尼振动的重要公式包括:(1)减震系数:c=2√(km),其中c表示减震系数,k表示弹性系数,m表示振动物体的质量。
(2)阻尼时间常数:τ=1/c,其中τ表示阻尼时间常数。
二、波1.机械波:机械波是指通过介质传播的波动,介质中的粒子在垂直于传播方向上有往复运动的波动。
机械波的重要公式包括:(1)波长:λ=v/f,其中λ表示波长,v表示波速,f表示波的频率。
(2)频率:f=1/T,其中f表示波的频率,T表示波的周期。
(3)周期:T=1/f,其中T表示波的周期,f表示波的频率。
(4)波速:v=λf,其中v表示波速,λ表示波长,f表示波的频率。
2.光的波动性:光同时具有粒子性和波动性,光的波动性可以通过一系列公式来描述:(1)光速:c=λf,其中c表示光速,λ表示波长,f表示频率。
(2)相位差:相位差是两个波峰或波谷之间的差距。
简谐振动的基本概念与公式
简谐振动的基本概念与公式简谐振动是物理学中重要的概念,广泛应用于各个领域。
本文将介绍简谐振动的基本概念、公式以及相关应用。
一、简谐振动的基本概念简谐振动是指物体在一个稳定平衡位置附近以往复性质作振动的现象。
它的特点是周期性、对称性和线性,具有恢复力和惯性力的相互作用。
二、描述简谐振动的公式1. 位移与时间的关系简谐振动的位移与时间的关系可以用正弦函数来描述:x(t) = A * sin(ωt + φ)其中,x(t)表示某一时刻的位移,A表示振幅,ω表示角频率,t表示时间,φ表示初相位。
2. 速度与时间的关系速度与时间的关系可以通过位移对时间的导数来表示:v(t) = A * ω * cos(ωt + φ)其中,v(t)表示某一时刻的速度。
3. 加速度与时间的关系加速度与时间的关系可以通过速度对时间的导数来表示:a(t) = -A * ω^2 * sin(ωt + φ)其中,a(t)表示某一时刻的加速度。
三、简谐振动的重要性简谐振动在物理学的许多领域中都有广泛的应用。
以下是其中几个重要的应用:1. 机械振动简谐振动理论被广泛应用于机械振动领域,如弹簧振子、摆锤等。
通过分析系统的位移、速度和加速度,可以预测系统的动态行为,为设计和优化机械系统提供基础。
2. 声学声波的传播可以通过简谐振动的模型进行描述。
例如,音叉的振动可以看作一个简谐振动系统,通过调整频率和振幅可以产生不同的音调。
3. 电路振荡电路中的振荡器常常采用简谐振动的原理。
例如,由电感、电容和电阻构成的LCR电路可以通过调整元件的参数实现简谐振荡,产生稳定的电信号。
4. 分子振动在化学领域,简谐振动理论被用于描述分子的振动模式。
通过分析分子的谐振频率和振幅,可以预测分子的振动能级和光谱特性。
结论简谐振动作为物理学中的基本概念,具有重要的理论和实际应用价值。
通过上述公式和相关实例的介绍,我们可以更加深入地理解简谐振动的基本特性和应用领域。
在实际问题的研究和应用中,我们可以利用简谐振动的理论框架,对系统的动态行为进行分析和优化。
简 谐 振 动
国际单位制中,周期的单位为秒(s);频率的单位为赫兹 (Hz);角频率的单位为弧度每秒(rad/s)。
对弹簧振子,由于
k
m
故有:
T 2π m k
1 k
2π m
由上式可以看出,弹簧振子的周期和频率都是由物体的质量 m和弹簧的劲度系数k所决定的,即只与振动系统本身的物理性 质有关。因此,我们将这种由振动系统本身的性质所决定的周期 和频率称为固有周期和固有频率。
v dx Asin(t )
dt
a
d2x dt 2
2 Acos(t
)
【例10-1】如下图所示,一质量为m、长度为l的均质细棒 悬挂在水平轴O点。开始时,棒在垂直位置OO′,处于平衡状态。 将棒拉开微小角度θ后放手,棒将在重力矩作用下,绕O点在竖 直平面内来回摆动。此装置是最简单的物理摆,又称为复摆。 若不计棒与轴的摩擦力和空气阻力,棒将摆动不止。试证明在 摆角很小的情况下,细棒的摆动为简谐振动。
由胡克定律可知,在弹性限度内,物体受到的弹力F的大小 与其相对平衡位置的位移x成正比,即F=-kx
上式中,负号表示弹力的方向与位移的方向相反,始终指向 平衡位置,因此,此力又称为回复力。
根据牛顿第二定律可知,物体的加速度为:
a F k x mm
因k和m都是正值,其比值可用一个常数ω的平方表示,即ω2 =k/m,故上式可写为:
物理学
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 弦函数或正弦函数的规律随时间变化,则这种运动称为简谐振 动。在忽略阻力的情况下,弹簧振子的振动及单摆的小角度摆 动等都可视为简谐振动。
1.1 简谐振动的运动方程
如下图所示,一轻弹簧(质量可忽略不计)放置在光滑水平 面上,一端固定,另一端连一质量为m的物体。这样的系统称为 弹簧振子,它是物理学中的又一理想模型。
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 )
1.3简谐运动的图像和公式
一、简谐运动的图像
单摆做简谐运动时,位移x和时间t的变化 的图像,称为简谐运动的图像。简谐运动的 图象为正弦或余弦曲线。
对简谐运动图象的理解 1、图象含义:
表示某质点不同时刻 的位移;知道物体振 动的周期和振幅。
t2 t1
2、图象斜率 表示该时刻速度的大小和方向。 3、可比较加速度的大小和方向。 4、可比较恢复力的大小和方向。
初相位。
思考:ห้องสมุดไป่ตู้
从平衡位置或正向最大位移处开始振动, 位移x和时间t的有怎样函数关系?
x Asin(2 ft )
x A sin(2 ft
2
)
三、简谐运动的相位、相位差
1、相位差:两个摆长相同的单摆,从平衡 位置拉开后,相隔不同时间放开,它们振动 步调将不相同,二者振动具有相位差。
5、任一时刻运动规律的判断
二、简谐运动的表达式
做简谐运动的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 )
2 2f T
其中
2 则 x A sin( ) A sin(2 ft ) T 其中,2 ft 叫做相位, 叫做
X=10sin(2π t)cm .
练习3:
右图中是甲乙两弹簧振子的振动图象,两振 2∶ 1 , 动振幅之比为_______
1∶ 1 , 频率之比为______
甲和乙的相差为_____ 2
t 1 t 2 1 2
观察思考:将两个摆长周期相 同的单摆,向同一方向拉开相 同的角度,同时释放或先后释 放和向相反方向拉开相同角度, 同时释放,观察的运动有什么 特点。
第三节简谐运动的公式描述
第三节简谐运动的公式描述简谐运动是一种特殊的周期性运动,它的公式描述可以使用正弦函数或者余弦函数来表示。
在简谐运动中,物体围绕平衡位置以固定的频率振动,振动的幅度保持不变,且运动轨迹为周期性的。
简谐运动的公式描述有以下几种形式:1. 位移公式:x(t) = A * cos(ωt + φ)其中,x(t)代表物体在时间t时刻的位移,A为振幅,ω为角频率,t为时间,φ为初相位。
2. 速度公式:v(t) = -A * ω * sin(ωt + φ)其中,v(t)代表物体在时间t时刻的速度。
3. 加速度公式:a(t) = -A * ω^2 * cos(ωt + φ)其中,a(t)代表物体在时间t时刻的加速度。
在上述的公式中,振幅A代表物体的最大位移,角频率ω代表单位时间内振动的周期数,初相位φ则决定了物体振动的起始位置。
通过这些公式,我们可以描述简谐运动的各种特性。
首先,振幅A决定了物体在简谐运动中的最大位移。
振幅越大,表示物体振动的幅度越大;振幅越小,表示物体振动的幅度越小。
其次,角频率ω决定了振动的频率,即单位时间内振动的周期数。
角频率越大,表示物体振动的频率越高;角频率越小,表示物体振动的频率越低。
初相位φ则决定了物体振动的起始位置。
当φ为零时,物体在平衡位置开始振动;当φ不为零时,物体将在偏离平衡位置的位置开始振动。
速度公式和加速度公式则描述了物体在简谐运动中的速度和加速度变化情况。
速度公式表明,在简谐运动中,物体的速度是按照正弦函数的形式进行变化的;加速度公式则表明,在简谐运动中,物体的加速度是按照余弦函数的形式进行变化的。
简谐运动的公式描述可以通过实验观察数据和理论推导得到。
在实验中,我们可以测量物体的运动轨迹、位移、速度和加速度,并通过这些数据来计算振幅、角频率和初相位等参数。
而在理论推导中,我们可以通过运动方程以及牛顿第二定律等原理,推导出简谐运动的公式描述。
总之,简谐运动的公式描述为x(t) = A * cos(ωt + φ),其中x(t)为位移,A为振幅,ω为角频率,t为时间,φ为初相位。
1.3 简谐运动的图像和公式
2
3
4
4.( 简谐运动的图像与表达式 ) 根据如图 6 所示的某振子的振动图
图6
(1)算出下列时刻振子相对平衡位置的位移.
①t1=0.5 s;②t2=1.5 s.
(2)将位移随时间的变化规律写成x=Asin (ωt+φ)的形式并指出
振动的初相位的大小.
1
解析
2
3
4
2π πt (1)由题图知, x=Acos ωt=10cos ( t) cm=10cos cm, 4 2
则 t1=0.5 s 时,x1=5 2 cm;t2=1.5 s 时,x2=-5 2 cm.
π π π (2)x=10sin( t+ ) cm,初相位 φ= . 2 2 2
答案 (1)5 2 cm -5 2 cm
cm π 2
π π (2)x=10sin2t+2
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位移处运动的过程中,速度 减小 ;在从最大位移处向平衡
位置运动的过程中,速度 增大 .
一、简谐运动的图像
返回
一、简谐运动的图像
返回
二、简谐运动的表达式及相位差
问题设计
返回
1.将两个相同的单摆向同一方向拉开相同的角度,然后同时释放. 两个单摆的振动有什么特点?它们的相位差是多大? 答案 它们同时到达同侧的最大位移处,也同时到达平衡位置, 它们总是“步调一致”,相位相同,相位差为0. 2.将两个摆长相同的单摆向相反方向拉开相同的角度,然后同时 释放,观察两个单摆的振动有什么特点?它们的相位差是多大? 答案 它们各时刻的位移总是相反,相位差为π.
答案 1 (1) s 4 4 Hz 5 cm π 4 (2)π
典例精析 二、对简谐运动的表达式的理解
简谐振动的图像和公式 上课用
• 2、导入:那么如果用位移图象来表示简 谐运动位移与时间的关系,形状又如何 呢?
竖直方向振动的弹簧振子频闪照片 频闪仪每隔0.05s闪光 一次,闪光的瞬间振 子被照亮,因此在底 片上留下了小球和弹 簧的一系列的像. 先后一帧一帧向右平铺排列。
o
0.35
0.70
1.05
1.40
相邻两个像之间相隔 0.05 s.
振动图像
从振动图象中分析有关物理量
1.振幅A:图像的峰值。 2.周期 T:相邻两个位移为正的 x1 最大值或负的最大值之间的时 间段。 3.任一时刻t的位移x:对应于 -x2 图像上某一点的坐标(t,x)
t2
t1
4 .任一时刻 t 的加速度 a:总是指向平衡位置(平行于 x 轴指向 t 轴)。x=0时,a=0; x=±A时,a达最大值。 5 .任一时刻 t 的振动方向:图像斜率为正时速度为正(沿+ x 方 向),斜率为负时速度为负(沿-x方向), x=0 时,速度达最 大值(作图走势法)。 6.动能和势能的变化
2
)
例:
写出振动方程
X=10sin(2π t)cm .
课 堂 练 习 右图中是甲乙两弹簧振子的振动图象,两
2∶1 ), 频率之比为( 1∶1 ),
振动振幅之比为( 甲和乙的相差为(
2
)
练习8: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?
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、8s末振子速度为正,加速度为零 G、第14s末振子的加速度为正,速度最大
简谐振动运动方程
简谐振动运动方程简谐振动是物体在受到恢复力作用下,沿着某个固定轴向以往复运动的一种运动形式。
它是一种重要的振动形式,广泛应用于各个领域。
简谐振动的运动方程可以用如下形式表示:x = A * cos(ωt + φ),其中x表示物体的位移,A表示振幅,ω表示角频率,t表示时间,φ表示初相位。
简谐振动的特点是周期性、等幅和等相位。
在自然界和工程实践中,简谐振动无处不在。
例如,弹簧的振动、钟摆的摆动、电路中的交流电信号等都可以用简谐振动来描述。
此外,简谐振动也是分析其他复杂振动的基础,通过将复杂振动拆解为简谐振动的叠加,可以更好地理解和研究振动现象。
简谐振动的运动方程中的角频率ω是一个重要的参数,它与振动周期T之间存在着关系:ω = 2π/T。
角频率衡量了单位时间内振动的周期性,单位是弧度每秒。
振动周期T表示振动完成一个完整周期所需的时间,单位是秒。
可以看出,角频率和振动周期是互为倒数的关系。
除了角频率和振动周期,简谐振动的另一个重要参数是振幅A。
振幅表示振动的最大位移,它决定了振动的幅度大小。
振幅越大,表示物体振动的幅度越大;振幅越小,表示物体振动的幅度越小。
初相位φ是简谐振动的另一个关键参数,它决定了振动的起始位置。
不同的初相位会导致物体在运动过程中的位移相位不同。
当φ=0时,物体从平衡位置出发,向正方向运动;当φ=π/2时,物体从平衡位置出发,向负方向运动。
简谐振动具有一些重要的特点。
首先,简谐振动是一种周期性振动,即物体在一定时间内会重复运动。
其次,简谐振动的振幅保持不变,即物体在振动过程中的最大位移保持不变。
最后,简谐振动的相位变化是均匀的,即物体在振动过程中的相位变化是匀速的。
简谐振动在实际应用中有着广泛的应用。
例如,在建筑工程中,可以利用简谐振动理论来研究和分析建筑物的抗震性能,从而保证建筑物在地震中的安全性。
在电子工程中,可以利用简谐振动理论来设计和优化电路,提高电路的性能和稳定性。
在生物医学领域,可以利用简谐振动理论来研究和治疗人体的振动问题,如心脏的跳动和声音的传播等。
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武胜中学 吴建兵
复习提问
• 1、什么是简谐运动? • 2、简谐振运动的振子向两侧运动各个
物理量怎样变化? • 3、什么是全振动? • 4、描述简谐运动有哪些特征物理量?
导入新课
• 1、问题:以前我们分别用公式和图象研究
了匀速直线运动和匀变速直线运动,那么:在 匀速直线运动中,设开始时的那一时刻位移为 零,则它的位移图象是一条什么样的线?加速 直线运动又是怎样的由此可知:
A.t=0时,质点的位移、速度均为零 B.t=1s时,质点的位移为正向最大,速度为零,加
速度为负向最大 C.t=2s时,质点的位移为零,速度为负向最大值,
加速度为零 D.质点的振幅为5cm,周期为2s
BC
例4: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( )AB
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
x/cm
10
5
0
-5
1 2 3 4 5 6 t/s
-10
巩固练习
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)
4.任一时刻t的加速度a:总是指向平衡位置(平 行于x轴指向t轴)。x=0时,a=0; x=±A时, a达最大值。
5.任一时刻t的振动方向:图像斜率为正时速度为 正(沿+x方向、上坡为正),斜率为负时速度为 负(沿-x方向),x=0时,速度达最大值(作图 走势法)。
振动方向也可用类比法确定:将振动图像视 为蜿蜒起伏的“山坡”,然后顺横坐标t时间轴正 方向沿图线走去,“上坡路线”的时间内,各时 刻物体都向上振动,“下坡路段”的时间内,各 时刻物体都向下振动。
• 2、导入:那么如果用位移图象来表示简 谐运动位移与时间的关系,形状又如何 呢?
竖直方向振动的弹簧振子频闪照片
频闪仪每隔0.05s闪光 一次,闪光的瞬间振 子被照亮,因此在底 片上留下了小球和弹 簧的一系列的像.
先后一帧一帧向右平铺排列。
o
0.35
0.70
1.05
1.40
相邻两个像之间相隔0.05 s.
2、间接描述量 ①频率f=1/T ② x-t图线上任一点的切线的斜率等于v。
(3)从振动图象中分析有关物理量
从简谐运动的图像我们可以了解到物体在振动时的许 多物理量。比如,参看下图的振动图像可确定:
1.振幅A:图像的峰值。
2.周期T:相邻两个位移为正的最大值或负的 最大值之间的时间间。
3.任一时刻t的位移x:对应于图像上某一点 的坐标(t,x)。
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 123456
t/s
-20
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
振动图像
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。
(2)简谐运动图象描述的振动物理 量
1、直接描述量: ①振幅A;②周期T;③任意时刻的位移x。
例: 写出振动方程 X=10sin(2π t)cm .
二、简谐运动的表达式
相位
x Asin(t )
振幅
圆频率 2 2f 初相位
T
x Asin(2 t ) Asin(2ft )
T
相位
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。
3、简谐运动的表达式 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
例1: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。
答案:0.02、0.125、0.04、—0.02
例2:如图所示,是某简谐振动图象,试由图象判断
下列说法哪些正确:( BCD)F
A、振幅是6cm B、周期是8s 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
2
意味着乙总是比甲滞后1/4个周期或1/4次全振动
课堂练习
右图中是甲乙两弹簧振子的振动图象,两
振动振幅之比为( 2∶1 ), 频率之比为( 1∶1 ),
甲和乙的相差为( )
2
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?
从平衡位置O(向B)开始计时
t 1 t 2 1 2
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的两个振子 振动步调完全相反
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?
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?
从B 开始计时