高中物理 第1章 机械振动 3 简谐运动的图像和公式课件 教科版选修34
高中物理第一章3简谐运动的图像和公式课件教科选修34教科高中选修34物理课件
(1)式中x表示物体相对于平衡位置的位移.
(2)式中A表示振幅,描述的是振动的强弱.
(3)式中 ω 叫做圆频率,它与周期、频率的关系为 ω=
2π
= 2π.
可见、、相当于一个量, 描述的都是振动的快慢.
(4)式中(ωt+φ)表示相位,描述做周期性运动的物体在各个不同时刻所处的不
B.周期是标量,物体A、B振动的周期相等,为100 s
C.物体A振动的频率fA等于物体B振动的频率fB
π
D.物体 A 的相位始终超前物体 B 的相位 3
解析:振幅是标量,物体(wùtǐ)A、B的振动范围分别是6 m、10 m,但振
幅分别为 3 m、5 m,选项 A 错误;物体 A、B 的振动周期 T=
2
2
所以初相 φ= , 表达式为x=8×10-3sin 4π +
答案(dá àn):A
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m,选项 A 正确.
1
2
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4一个质点做简谐运动(jiǎn xié yùn dònɡ)的图像如图所示,下列叙述中正确的是
(
)
A.质点的振动频率为4 Hz
B.在10 s内质点经过的路程为20 cm
度为负的最大值,A项正确.t=2 s时,振子的位移为零,振子速度为负的最大值,加
速度为零,B项错误.t=3 s时,振子的位移负向最大,速度为零,加速度为正的最大
值,C项错误.t=4 s时,振子的位移为零,振子速度为正的最大值,加速度为零,D
项错误.
答案:A
第十七页，共二十三页。
1
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3有一个弹簧振子,振幅为0.8 cm,周期为0.5 s,初始时刻(shíkè)具有负方向的最
简谐运动图象和公式教科ppt课件
一、简谐运动的图像
（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：
7
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）。
8
22
课堂练习 1、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
23
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？
24
从平衡位置O（向B）开始计时
从B 开始计时
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。
4
一、简谐运动的图像
（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。
5
一、简谐运动的图像
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。
选修3-4 第一章 机械振动 §1.3 简谐运动的图象和公式
1
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？ 2
3
一、简谐运动的图像
高中物理第1章机械振动1研究简谐运动课件选修34高二选修34物理课件
12/9/2021
第九页，共二十四页。
(1)简谐运动是变加速运动． (2)振动物体通过同一位置，其位移和加速度的方向是一定的， 而速度方向却有两种可能． (3)在判断简谐运动的位移、速度、加速度的关系时，应作出物 理情景示意图．结合示意图进行分析．
1.下列说法正确的是( ) A．弹簧振子的运动是简谐运动 B．简谐运动是机械运动中最简单、最基本的一种 C．简谐运动中位移的方向总是指向平衡位置 D．简谐运动中位移方向总与速度方向相反
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[解析] 由题意和简谐运动的对称性特点知：M、N 两点关于平 衡位置 O 对称．因位移、速度、加速度和力都是矢量，它们要 相同，必须大小相等、方向相同．M、N 两点关于 O 点对称， 振子所受弹力应大小相等，方向相反，振子位移也是大小相等， 方向相反，由此可知，A、B 选项错误．振子在 M、N 两点的 加速度虽然方向相反，但大小相等，故 C 选项正确．振子由 M 到 O 速度越来越大，但加速度越来越小，振子做加速运动，但 不是匀加速运动．振子由 O 到 N 速度越来越小，但加速度越来 越大，振子做减速运动，但不是匀减速运动，故 D 选项错误． [答案] C
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解析：选 A.t＝1 s 时，振子在正的最大位移处，振子的速度为 零，由 a＝－kx/m 知，加速度为负的最大值，A 项正确；t＝2 s 时，振子位于平衡位置，由 a＝－kx/m 知，加速度为零，B 项 错误；t＝3 s 时，振子在负的最大位移处，由 a＝－kx/m 知， 加速度为正的最大值，C 项错误；t＝4 s 时，振子位于平衡位 置，由 a＝－kx/m 知，加速度为零，D 项错误．
[解析] 根据周期是完成一次全振动所用的时间，在图像上是 两相邻极大值间的距离，所以周期是 4×10－2 s．又 f＝T1，所以
高中物理 第1章 机械振动 3 简谐运动的图像和公式自我小测 教科版选修3-4(2021年最新整理)
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简谐运动的图像和公式1．一简谐运动的图像如图所示,在0.1～0。
15 s这段时间内（）．A．加速度增大，速度变小，加速度和速度的方向相同B．加速度增大，速度变小，加速度和速度方向相反C．加速度减小，速度变大，加速度和速度方向相同D．加速度减小，速度变大,加速度和速度方向相反2．如图所示为质点P在0～4 s内的振动图像,下列叙述正确的是（)．A．再过1 s，该质点的位移是正向最大B．再过1 s，该质点的速度方向向上C．再过1 s，该质点的加速度方向向上D．再过1 s，该质点的加速度最大3．劲度系数为20 N/m的弹簧振子，它的振动图像如图所示，在图中A点对应的时刻（）．A．振子所受弹力大小为0.5 N,方向指向x轴负方向B．振子的速度方向指向x轴正方向C．在0～4 s内振子做了1。
75次全振动D．在0～4 s内振子通过的路程为0。
35 m，位移为零4．一个质点做简谐运动的图像如图所示,下列说法正确的是（）．A ．质点振动频率为4 HzB ．在10 s 内质点经过的路程为20 cmC ．在5 s 末，质点做简谐运动的相位为3π2D ．t ＝1.5 s 和t ′＝4。
教科版高中物理选修3-4第一章第3节 简谐运动的图像和公式(共20张PPT)
所示，由图可知( BC) f＝0.25 Hz
A．质点振动的频率是4 Hz
T＝4 s
B．质点振动的振幅是2 cm C．t＝3 s时，质点的速度最大
斜率最大 速度最大
D．在t＝3 s时，质点的振幅为零
仍为2cm
二、简谐运动的表达式
相位
x Asin(t )
振幅
圆率
初相位
用相位相来位描是述表2π简示谐物运体动振f在动一步1个调全的振物动理中量,
一、简谐运动的图像 方案一：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。
一、简谐运动的图像
方案二：频闪照片
0 t
x
2t 3t
4t
5t
6t
7t
8t
9t 10t
11t 12t
13t
14t
15t
16t
17t
18t
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，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。
例一质点做简谐运动，其位移x与时间t的关系图象如图
思考：从简谐运动图象得出描述振动的哪些物理量？
简谐运动图像的物理量 1、直接描述物理量
①振幅A：图像的峰值 ②周期T：相邻两个位移为正的最大值或负的最大值之间 的时间间隔
相邻两个振动情况完全相同的位置之间的时间。 ③任意时刻的位移x
2、间接描述物理量
①频率f=1/T ②不同时刻v的大小和方向
2020_2021学年高中物理第一章机械振动3简谐运动的图像和公式课件教科版选修3_42021032
【核心归纳】 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ω叫作圆频率,它与周期、频率的关系为ω= 2 =2πf,可见ω、T、f相当
T
于一个量,描述的都是振动的快慢。 4.式中(ωt+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.由公式x=Asinωt及振动图像可以看出,简谐运动具有周期性,由此可能产生振 动问题的多解性。
1 4
T或t2-t1=nT+
3 4
T,则当t1时刻物体到达最大位移处时,t2时刻
物体到达平衡位置;当t1时刻物体在平衡位置时,t2时刻物体到达最大位移处;若
t1时刻物体在其他位置,t2时刻物体到达何处就要视具体情况而定。
提醒:(1)简谐运动的周期性体现在振动图像上是曲线的重复性,图像随时 间的增加将逐渐延伸,过去的时刻图像永远不变。 (2)在简谐运动的图像上位移相同的点加速度一定相同;其速度大小相等,但方向 可能相同,也可能相反。
A.x=8×10-3sin(4πt+ )(m)
2
B.x=4×10-3sin(4πt- )(m)
2
C.x=8×10-3sin(2πt+ )(m)
2
D.x=4×10-3sin(2πt- )(m)
2
【解析】选B。振子振动范围0.8 cm,所以2A=0.8 cm,振幅A=0.4 cm,周期为 0.5 s,所以ω= 2 =4π,而初始时刻具有正向最大加速度,即振子在负向最大位
),它们的振幅之比
20172018学年高中物理第一章机械振动第3讲简谐运动的图像和公式学案教科版选修34
第3讲 简谐运动的图像和公式[目标定位] 1.知道所有简谐运动的图像都是正弦(或余弦)曲线.2.会根据简谐运动的图像找出物体振动的周期和振幅，并能分析有关问题.3.理解简谐运动的表达式，能从该表达式中获取振幅、周期(频率)、相位、初相等相关信息．一、简谐运动的图像1．坐标系的建立：以横坐标表示时间，纵坐标表示位移，描绘出简谐运动中振动物体离开平衡位置的位移x 随时间t 变化的图像，称为简谐运动的图像(或称振动图像)．2．图像形状：严格的理论和实验都证明所有简谐运动的运动图像都是正弦(或余弦)曲线．3. 由简谐运动图像，可找出物体振动的周期和振幅．想一想 在描述简谐运动图像时，为什么能用薄板移动的距离表示时间？答案 匀速拉动薄板时，薄板的位移与时间成正比，即x ＝vt ，因此，一定的位移就对应一定的时间，这样匀速拉动薄板时薄板移动的距离就能表示时间．二、简谐运动的表达式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(ωt ＋φ)其中ω＝2πT ，f ＝1T，综合可得x ＝A sin(2πTt ＋φ)＝A sin(2πft ＋φ)．式中A 表示振动的振幅，T 和f 分别表示物体振动的周期和频率．物体在不同的初始位置开始振动，φ值不同．三、简谐运动的相位、相位差 1．相位在式x ＝A sin(2πft ＋φ)中，“2πft ＋φ”这个量叫做简谐运动的相位．t ＝0时的相位φ叫做初相位，简称初相．2．相位差指两振动的相位之差.一、对简谐运动图像的认识1．形状：正(余)弦曲线 2．物理意义表示振动质点在不同时刻偏离平衡位置的位移，是位移随时间的变化规律． 3．获取信息(1)简谐运动的振幅A 和周期T ，再根据f ＝1T求出频率．(2)任意时刻质点的位移的大小和方向．如图1所示，质点在t 1、t 2时刻的位移分别为x 1和－x 2.图1(3)任意时刻质点的振动方向：看下一时刻质点的位置，如图2中a 点，下一时刻离平衡位置更远，故a 点对应的时刻质点向x 轴正方向振动．图2(4)判断质点的速度、加速度、位移的变化情况：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．注意：振动图像描述的是振动质点的位移随时间的变化关系，而非质点运动的轨迹．比如弹簧振子沿一直线做往复运动，其轨迹为一直线，而它的振动图像却是正弦曲线．【例1】 (多选)如图3所示为某物体做简谐运动的图像，下列说法中正确的是( )图3A ．由P →Q ，位移在增大B ．由P →Q ，速度在增大C ．由M →N ，位移先减小后增大D ．由M →N ，加速度先增大后减小解析 由P →Q ，位置坐标越来越大，质点远离平衡位置运动，位移在增大而速度在减小，选项A 正确，选项B 错误；由M →N ，质点先向平衡位置运动，经平衡位置后又远离平衡位置，因此位移先减小后增大，由a ＝Fm ＝－kx m可知，加速度先减小后增大，选项C 正确，选项D 错误．答案 AC借题发挥 简谐运动图像的应用(1)可以从图像中直接读出某时刻质点的位移大小和方向、速度方向、加速度方向、质点的最大位移．(2)可比较不同时刻质点位移的大小、速度的大小、加速度的大小．(3)可以预测一段时间后质点位于平衡位置的正向或负向，质点位移的大小与方向，速度、加速度的大小和方向的变化趋势．针对训练1 一质点做简谐运动的图像如图4所示，在前2 s 内具有最大负方向速度的时刻是( )图4A ．0.5 sB ．1 sC ．1.5 sD ．2 s解析 质点经过平衡位置时速度最大，速度方向也可以根据切线斜率的正、负来判断，也可以根据下一时刻位移的变化来判断，还可以根据简谐运动的过程来判断．答案 B二、简谐运动的表达式与相位、相位差 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．由简谐运动的表达式我们可以直接读出振幅A 、频率f 和初相φ.可根据T ＝1f求周期，可以求某一时刻质点的位移x .2．关于两个相同频率的简谐运动的相位差Δφ＝φ2－φ1的理解 (1)取值范围：－π≤Δφ≤π.(2)Δφ＝0，表明两振动步调完全相同，称为同相． Δφ＝π，表明两振动步调完全相反，称为反相． (3)Δφ>0，表示振动2比振动1超前． Δφ<0，表示振动2比振动1滞后．【例2】 一个小球和轻质弹簧组成的系统按x 1＝5sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫8πt ＋π4cm 的规律振动．(1)求该振动的周期、频率、振幅和初相．(2)另一简谐运动的表达式为x 2＝5sin ⎝⎛⎭⎪⎫8πt ＋54πcm ，求它们的相位差． 解析 (1)已知ω＝8π rad/s，由ω＝2πT 得T ＝14 s ，f ＝1T ＝4 Hz.A ＝5 cm ，φ1＝π4.(2)由Δφ＝(ωt ＋φ2)－(ωt ＋φ1)＝φ2－φ1得，Δφ＝54π－π4＝π.答案 (1)14 s 4 Hz 5 cm π4(2)π针对训练2 (多选)有两个简谐运动，其表达式分别是x 1＝4sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫100πt ＋π3cm ，x 2＝5sin ⎝⎛⎭⎪⎫100πt ＋π6cm ，下列说法正确的是( )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解析 由简谐运动的公式可看出，振幅分别为4 cm 、5 cm ，故不同；ω都是100π rad/s，所以周期(T ＝2πω)都是150 s ；由Δφ＝(100πt ＋π3)－(100πt ＋π6)＝π6得相位差(为π6)恒定；Δφ≠0，即振动步调不一致．答案 BC简谐运动的图像1．(多选)如图5所示是表示一质点做简谐运动的图像，下列说法正确的是( )图5A ．t 1时刻振子正通过平衡位置向上正方向运动B ．t 2时刻振子的位移最大C ．t 3时刻振子正通过平衡位置向上正方向运动D ．该图像是从平衡位置计时画出的解析 t 1时刻振子正通过平衡位置向下负方向运动，选项A 错误；t 2时刻振子运动到负向最大位移处，选项B 正确；t 3时刻振子正通过平衡位置向上正方向运动，选项C 正确；该图像是从正向最大位移处计时画出的，选项D 错误．2．装有砂粒的试管竖直静立于水面，如图6所示，将管竖直提起少许，然后由静止释放并开始计时，在一定时间内试管在竖直方向近似做简谐运动．若取竖直向上为正方向，则如图所示描述试管振动的图像中可能正确的是( )图6解析 试管在竖直方向上做简谐运动，平衡位置是在重力与浮力相等的位置，开始时向上提起的距离，就是其偏离平衡位置的位移，为正向最大位移．故正确答案为D.答案 D简谐运动的表达式3．(多选)一弹簧振子A 的位移x 随时间t 变化的关系式为x ＝0.1sin 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 mB ．弹簧振子的周期为1.25 sC ．在t ＝0.2 s 时，振子的运动速度为零D ．若另一弹簧振子B 的位移y 随时间变化的关系式为x ＝0.2 sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2.5πt ＋π4，则振动A 滞后B π4解析 由振动方程为x ＝0.1sin 2.5πt ，可读出振幅A ＝0.1 m ，圆频率ω＝2.5π rad/s ，故周期T ＝2πω＝2π2.5π s ＝0.8 s ，故A 、B 错误；在t ＝0.2 s 时，振子的位移最大，故速度最小，为零，故C 正确；两振动的相位差Δφ＝φB －φA ＝π4，即B 超前A π4，或说A 滞后B π4，选项D 正确．4．(多选)物体A 做简谐运动的振动方程是x A ＝3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫100t ＋π2 m ，物体B 做简谐运动的振动方程是x B ＝5sin ⎝⎛⎭⎪⎫100t ＋π6 m ．比较A 、B 的运动( )A ．振幅是矢量，A 的振幅是6 m ，B 的振幅是10 m B ．周期是标量，A 、B 周期相等，都为100 sC ．A 振动的频率f A 等于B 振动的频率f BD ．A 的相位始终超前B 的相位π3解析 振幅是标量，A 、B 的振动范围分别是6 m 、10 m ，但振幅分别为3 m 、5 m ，A 错；A 、B 的周期均为T ＝2πω＝2π100 s ＝6.28×10－2s ，B 错；因为T A ＝T B ，故f A ＝f B ，C 对；Δφ＝φA －φB ＝π3，为定值，D 对．答案 CD题组一 简谐运动的图像1．(多选)关于简谐运动的图像，下列说法中正确的是( ) A ．表示质点振动的轨迹是正弦或余弦曲线B ．由图像可判断任一时刻质点相对平衡位置的位移大小与方向C ．表示质点的位移随时间变化的规律D ．由图像可判断任一时刻质点的速度方向解析 振动图像表示位移随时间的变化规律，不是运动轨迹，A 错，C 对；由振动图像可判断质点位移和速度大小及方向，B 、D 对．答案 BCD2．(多选)如图1所示是一做简谐运动的物体的振动图像，下列说法正确的是( )图1A ．振动周期是2×10－2sB ．第2个10－2s 内物体的位移是－10 cmC．物体的振动频率为25 HzD．物体的振幅是10 cm解析振动周期是完成一次全振动所用的时间，在图像上是两相邻极大值间的距离，所以周期是4×10－2 s．又f＝1T，所以f＝25 Hz，则A项错误，C项正确；正、负最大值表示物体的振幅，所以振幅A＝10 cm，则D项正确；第2个10－2 s的初位置是10 cm，末位置是0，根据位移的概念有x＝－10 cm，则B项正确．答案BCD3．(多选)一质点做简谐运动的振动图像如图2所示，则该质点( )图2A．在0～0.01 s内，速度与加速度同向B．在0.01～0.02 s内，速度与回复力同向C．在0.025 s时，速度为正，加速度为正D．在0.04 s时，速度最大，回复力为零解析F、a与x始终反向，所以由x的正负就能确定a的正负．在x t图像上，图线各点切线的斜率表示该点的速度，由斜率的正负又可确定v的正负，由此判断A、C正确．答案AC4．如图3甲所示为以O点为平衡位置，在A、B两点间做简谐运动的弹簧振子，图乙为这个弹簧振子的振动图像，由图可知下列说法中正确的是( )图3A．在t＝0.2 s时，弹簧振子可能运动到B位置B．在t＝0.1 s与t＝0.3 s两个时刻，弹簧振子的速度相同C．从t＝0到t＝0.2 s的时间内，弹簧振子的动能持续地增大D．在t＝0.2 s与t＝0.6 s两个时刻，弹簧振子的加速度相同答案 A5．如图4所示是用频闪照相的方法获得的弹簧振子的位移—时间图像，下列有关该图像的说法不正确的是( )图4A ．该图像的坐标原点是建立在弹簧振子小球的平衡位置B ．从图像可以看出小球在振动过程中是沿x 轴方向移动的C ．为了显示小球在不同时刻偏离平衡位置的位移，让底片沿x 轴方向匀速运动D ．图像中小球的疏密显示出相同时间内小球位置变化快慢不同解析 该图像的坐标原点是建立在弹簧振子的平衡位置，小球的振动过程是沿x 轴方向移动的，故选项A 、B 正确；由获得图像的方法知，选项C 错误；频闪照相是在相同时间内留下的小球的像．因此小球的疏密显示了它的位置变化快慢，选项D 正确．答案 C6．一个弹簧振子沿x 轴做简谐运动，取平衡位置O 为x 轴坐标原点．从某时刻开始计时，经过四分之一周期，振子具有沿x 轴正方向的最大加速度．能正确反映振子位移x 与时间t 关系的图像是( )解析 根据F ＝－kx 及牛顿第二定律得a ＝Fm ＝－k mx ，当振子具有沿x 轴正方向的最大加速度时，具有沿x 轴负方向的最大位移，故选项A 正确，选项B 、C 、D 错误．答案 A7．(多选)图5为甲、乙两单摆的振动图像，则( )图5A ．若甲、乙两单摆在同一地点摆动，则甲、乙两单摆的摆长之比l 甲∶l 乙＝2∶1B ．若甲、乙两单摆在同一地点摆动，则甲、乙两单摆的摆长之比l 甲∶l 乙＝4∶1C ．若甲、乙两摆摆长相同，且在不同的星球上摆动，则甲、乙两摆所在星球的重力加速度之比g 甲∶g 乙＝4∶1D ．若甲、乙两摆摆长相同，且在不同的星球上摆动，则甲、乙两摆所在星球的重力加速度之比g 甲∶g 乙＝1∶4解析 由图像可知T 甲∶T 乙＝2∶1，若两单摆在同一地点，则两摆长之比为l 甲∶l 乙＝4∶1；若两摆长相等，则所在星球的重力加速度之比为g 甲∶g 乙＝1∶4.答案 BD8．如图6甲、乙所示为一单摆及其振动图像，由图回答：图6(1)单摆的振幅为，频率为，摆长约为(保留一位有效数字)；图中所示周期内位移x 最大的时刻为．(2)若摆球从E 指向G 为正方向，α为最大摆角，则图像中O 、A 、B 、C 点分别对应单摆图中的点．一个周期内加速度为正且减小，并与速度同方向的时间范围是．势能增加且速度为正的时间范围是．答案 (1)3 cm 0.5 Hz 1 m 0.5 s 末和1.5 s 末 (2)E 、G 、E 、F 1.5～2 s 0～0.5 s 题组二 简谐运动的表达式与相位、相位差9．有一个弹簧振子，振幅为0.8 cm ，周期为0.5 s ，初始时具有负向最大加速度，则它的振动方程是( )A ．x ＝8×10－3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫4πt ＋π2mB ．x ＝8×10－3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫4πt －π2mC ．x ＝8×10－1sin ⎝⎛⎭⎪⎫πt ＋32πmD ．x ＝8×10－1sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫4πt ＋π2m解析 ω＝2πT＝4π rad/s，当t ＝0时，具有负向最大加速度，则x ＝A ，所以初相φ＝π2，表达式为x ＝8×10－3·sin ⎝⎛⎭⎪⎫4πt ＋π2m ，A 对．答案 A10．(多选)某质点做简谐运动，其位移随时间变化的关系式为x ＝A sin π4t ，则质点( )A ．第1 s 末与第3 s 末的位移相同B ．第1 s 末与第3 s 末的速度相同C ．第3 s 末与第5 s 末的位移方向相同D ．第3 s 末与第5 s 末的速度方向相同解析 根据x ＝A sin π4t 可求得该质点振动周期为T ＝ 8 s ，则该质点振动图像如图所示，图像的斜率为正表示速度为正，反之为负，由图可以看出第1 s 末和第3 s 末的位移相同，但斜率一正一负，故速度方向相反，选项A 正确，B 错误；第3 s 末和第5 s 末的位移方向相反，但两点的斜率均为负，故速度方向相同，选项C 错误，D 正确．答案 AD11．(多选)一弹簧振子沿x 轴振动，振幅为4 cm ，振子的平衡位置位于x 轴上的O 点．图7甲中的a 、b 、c 、d 为四个不同的振动状态：黑点表示振子的位置，黑点上的箭头表示运动的方向．图乙给出的①②③④四条振动图线，可用于表示振子的振动图像的是( )图7A ．若规定状态a 时t ＝0，则图像为①B ．若规定状态b 时t ＝0，则图像为②C ．若规定状态c 时t ＝0，则图像为③D ．若规定状态d 时t ＝0，则图像为④解析 若规定状态a 时t ＝0，振子从x ＝3 cm 处沿正方向运动，图像①符合，故选项A 正确；若规定状态b 时t ＝0，振子从x ＝2 cm 处沿负方向运动，图像②不符合，故选项B 错误；若规定状态c 时t ＝0，振子从x ＝－2 cm 处沿负方向运动，图像③不符合，故选项C 错误；若规定状态d 时t ＝0，振子从x ＝4 cm 处沿正方向运动，图像④符合，故选项D 正确．答案 AD12．如图8所示，一弹簧振子在M 、N 间沿光滑水平杆做简谐运动，坐标原点O 为平衡位置，MN ＝8 cm.从小球经过图中N 点时开始计时，到第一次经过O 点的时间为0.2 s ，则小球的振动周期为s ，振动方程为x ＝cm.图8解析 从N 点到O 点刚好为T 4，则有T 4＝0.2 s ，故T ＝0.8 s ；由于ω＝2πT ＝5π2rad/s ，而振幅为4 cm ，从最大位移处开始振动，所以振动方程为x ＝4cos 5π2t cm.答案 0.8 4cos 5π2t13．如图9所示为A 、B 两个简谐运动的位移－时间图像．请根据图像写出：图9(1)A 的振幅是 cm ，周期是 s ；B 的振幅是cm ，周期是s. (2)这两个简谐运动的位移随时间变化的关系式； (3)在时间t ＝0.05 s 时两质点的位移分别是多少？解析 (1)由图像知：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)由图像知：t ＝0时刻A 中振动的质点从平衡位置开始沿负方向振动，φA ＝π，由T A ＝0.4 s ，得ωA ＝2πT A＝5π rad/s.则A 简谐运动的表达式为x A ＝0.5sin(5πt ＋π) cm.t＝0时刻B 中振动的质点从平衡位置沿正方向已振动了14周期，φB ＝π2，由T B ＝0.8 s 得ωB＝2πT B ＝2.5π，则B 简谐运动的表达式为x B ＝0.2sin ⎝⎛⎭⎪⎫2.5πt ＋π2cm.(3)将t ＝0.05 s 分别代入两个表达式中得：x A ＝0.5sin(5π×0.05＋π) cm＝－0.5×22 cm ＝－24 cm ，x B ＝0.2sin ⎝⎛⎭⎪⎫2.5π×0.05＋π2cm ＝0.2sin 58π cm.答案 (1)0.5 0.4 0.2 0.8 (2)x A ＝0.5sin(5πt ＋π)cm ，x B ＝0.2sin ⎝⎛⎭⎪⎫2.5πt ＋π2cm (3)x A ＝－24 cm ，x B ＝0.2sin 58π cm.14．有一弹簧振子在水平方向上的B 、C 之间做简谐运动，已知B 、C 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14周期振子有正向最大加速度．(1)求振子的振幅和周期；(2)在图10中作出该振子的位移—时间图像；图10(3)写出振子的振动方程．解析 (1)x BC ＝20 cm ，t ＝2 s ，n ＝10，由题意可知：A ＝x BC 2＝20 cm2＝10 cm ，T ＝t n ＝2 s10＝0.2 s.(2)由振子经过平衡位置开始计时经过14周期振子有正向最大加速度，可知振子此时在负方向最大位移处．所以位移—时间图像如图所示．(3)由A ＝10 cm ，T ＝0.2 s ，ω＝2πT＝10π rad/s，故振子的振动方程为x ＝10sin(10πt＋π)cm.答案 (1)10 cm 0.2 s (2)见解析图(3)x ＝10sin (10πt ＋π)cm。
高中物理第一章机械振动1初识简谐运动课件教科选修34教科高二选修34物理课件
第四页，共二十二页。
自主预习
目标
(mùbiāo)
导航
预习(yùxí
)
导引
一
合作探究
二
二、描述简谐运动特征的物理量
1.全振动:振子以相同的速度相继通过某一点所经历的过程。
2.周期(zhōuqī)和频率
做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间叫做振动的周期,用T表示。
单位时间内完成振动的次数叫做振动的频率,用f表示。周期和频率都是表示
方向匀速运动
D.图象中小球的疏密显示出相同时间内小球位置变化快慢不同
答案:AD
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第十九页，共二十二页。
自主预习
一
二
知识(zhī
精要
shi)
思考(sīkǎo)
探究
合作探究
典题例解
迁移(qiānyí)
应用
解析:从图象中能看出坐标原点在平衡位置,A对。横轴是由底片匀速运动得
到的,已经转化为时间轴,小球只在x轴上振动,所以B、C错。因图象中相邻小球
建立坐标系:以小球的平衡位置为坐标原点,沿着它的振动方向建立坐标
轴。小球在平衡位置右边时它对平衡位置的位移为正,在左边时为负。
5.简谐运动: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,它是一种非匀变速运动,它的加速度在不同的位移都不相同,表明物体
在运动过程中总是受到一个变力的作用。
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度为零,速度最大。在偏离平衡位置的过程中,振子运动的方向与位移方
向相同。
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第十六页，共二十二页。
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一
二
知识(zhī
精要
shi)
高中物理第1章机械振动1简谐运动课件教科版选修34
单位 物理含义
秒(s)
赫兹(Hz)
都振是动表示(zhèndòng的)快物理慢量
联系
T＝1f
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3.简谐运动的能量 弹簧的势能和(sh振动ìn子能én的g(d)òng之né和ng就) 是振动系统的总机械能 E，如果不考虑摩擦 和空气阻力，振动系统的总守机恒械能(shǒu．hénɡ)
第三页，共39页。
2．简谐运动 (1)弹簧振子 在光滑的水平杆上套着一个小球，弹簧一端固定，另一端连接在小球上， 小球可以在杆上滑动．小球和水平杆之间的 摩擦忽(m略ó不cā计) ，弹簧的质量比小球 的质量小得多，也可忽略不计．这样的系统称为弹簧振子，其中的小球常称 振子为(zhè．n zǐ) (2)回复力 当弹簧振子的小球偏离平衡位置时，都会受到指一向个(zhǐ xiànɡ)平衡的位力置，这 种力叫做回复力．
第八页，共39页。
1．简谐运动回复力的性质及来源 (1)回复力是根据力的作用效果命名的，其方向总是指向平衡位置，作用总 是要把物体拉回到平衡位置． (2)回复力的来源可以是一个力，也可以是多个力的合力，还可以由某个力 的分力提供．如图 1-1-2 甲所示，水平方向的弹簧振子．
第九页，共39页。
如图乙所示，竖直方向的弹簧振子． 如图丙所示，m 随 M 一起振动．
图 1-1-2
第十页，共39页。
2．简谐运动的回复力、加速度、速度、动能的变化规律 (1)回复力、加速度 向着平衡位置运动，越来越小；平衡位置处为零，最大位移处最大． (2)速度、动能 向着平衡位置运动，越来越大；平衡位置处最大，最大位移处为零．
第十一页，共39页。
3．物体做简谐运动时的位移 (1)位移的规定 简谐运动中的位移是从平衡位置指向振子某时刻所在位置的有向线段，在 振动中，不管振动质点初始时刻的位置在哪儿，振动中的位移都是从平衡位置 开始指向振子所在的位置．这与一般运动中的位移不同，一般运动中的位移都 是由初位置指向末位置．
高中物理第一章机械振动第1讲简谐运动课件教科版选修3_4
2．周期和频率
全振动 所用的时间，用 T 表示， (1) 周期：振子完成一次 ________ s 单位是秒，符号完成全振动的______
Hz 是赫兹，符号是____.
1 T (3)周期与频率的关系：f＝____.
快慢 的物理量． (4)物理意义：周期和频率都是表示振动______
②“－”号表示回复力的方向与偏离平衡位置的位移的方
向相反． ③x是指质点相对平衡位置的位移，不一定是弹簧的伸长量 或压缩量． ④回复力的作用总是把物体拉向平衡位置．
3．简谐运动的加速度 F k 据牛顿第二定律，a＝m＝－mx，表明弹簧振子做简谐运动 时振子的加速度大小与位移大小成正比，加速度方向与位 移方向相反． 说明：k 是比例系数，不能与弹簧的劲度系数相混淆．
一般运动中的位移都是由初位置指向末位置，而简谐运动
的位移都是由平衡位置指向振动质点所在位置．
2．简谐运动的回复力 (1)回复力是指将振动物体拉回到平衡位置的力，它可以是 物体所受的合外力，也可以是一个力或某一个力的分力， 而不是一种新的性质力．
(2)简谐运动的回复力：F＝－kx ①k是比例系数，并非弹簧的劲度系数(水平弹簧振子中k为 弹簧的劲度系数)，其值由振动系统决定，与振幅无关．
下列说
解析
因位移、速度、加速度和弹力都是矢量，它们要相
同必须大小相等、方向相同，M、N两点关于O点对称，振 子所受弹力应大小相等、方向相反，振子位移也是大小相 等，方向相反．由此可知，A、 B选项错误．振子在M、 N
两点的加速度虽然方向相反，但大小相等，故 C 选项正
确．振子由 M→O 速度越来越大，但加速度越来越小，振 子做加速运动，但不是匀加速运动．振子由O→N速度越来 越小，但加速度越来越大，振子做减速运动，但不是匀减 速运动，故D选项错误．
教科版高中物理选修3 4 第一章 机械运动 13简谐运动的图象和公式共22张
复习提问
? 1、什么是简谐运动？ ? 2、简谐振动的振子向两边运动各个物理量
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：前边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图像？辨析下列图
③ 任一时刻 t的回复力 F 和加速度 a：总是指向平 衡位置（或平行于 x轴指向t轴）． x＝0时，F回＝0 、a＝0； x＝±A时，F回和a达最大值．
说明：
1、x-t 图线是质点做简谐运动时，一条质点的位移 随时间变化的图象。
2、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。即图像形状与 计时起点有关。
? 所以用来描述简谐运动的物理量有：周期、频 率、相位与相位差。
四、振动图象的实际运用
心电图仪
地震仪
小结
? 简谐运动的图象物理意义： ? 1、从图象上我们可以知道振动物体任一时刻的
位移。 ? 2、从振动图象上还可以知道振幅和周期； ? 3、从振动图象上还可以知道某时刻振子的运动
情况。 ? 4简谐运动的图象不是振动物体的运动轨迹。 ? 5用来描述简谐运动的物理量有：周期、频率、
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一 生 产实 习是我们 机械专 业学习 的一个 重要环 节 是将 课堂上 学到的 理论知 识与实
高中物理 第1章 机械振动 3 简谐运动的图像和公式教师用书 教科版选修34
3．简谐运动的图像和公式[先填空]1．坐标系的建立在简谐运动的图像中，以横轴表示质点振动的时间，以纵轴表示质点偏离平衡位置的位移．2．物理意义表示做简谐运动质点的位移随时间变化的规律．3．图像的特点是一条正弦(或余弦)曲线．4．从图像中可以直接得到的信息(1)任意时刻质点偏离平衡位置的位移；(2)振动的周期；(3)振动的振幅．[再判断]1．简谐运动图像反映了物体在不同时刻相对平衡位置的位移．(√)2．振动位移的方向总是背离平衡位置．(√)3．振子的位移相同时，速度也相同．(×)4．简谐运动的图像都是正弦或余弦曲线．(√)[后思考]1．简谐运动的图像是否是振动物体的运动轨迹？【提示】不是．简谐运动的图像是描述振动物体的位移随时间变化的规律，并不是物体的运动轨迹．2．简谐运动中振动物体通过某一位置时，加速度和速度方向是否一致？【提示】不一定．振动物体通过某一位置时，加速度方向始终指向平衡位置，但速度方向可能指向平衡位置，也可能背离平衡位置，故加速度和速度方向不一定一致．1．图像含义表示某一质点不同时刻的位移；简谐运动图像不是做简谐运动的物体的运动轨迹．2．图像斜率该时刻速度的大小和方向．3．判断规律(1)随时间的延长，首先得到质点相对平衡位置的位移情况．(2)任意时刻质点的振动方向：看下一时刻质点的位置，如图131中a点，下一时刻离平衡位置更远，故a此刻向上振动．图131(3)任意时刻质点的速度、回复力、加速度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，如图131中b点，从正位移向着平衡位置运动，则速度为负且增大．回复力方向与位移方向相反，总指向平衡位置，t轴上方曲线上各点回复力取负值．t轴下方曲线上各点回复力取正值，回复力大小和位移成正比，离平衡位置越远，回复力越大．加速度变化步调与回复力相同．1．一质点做简谐运动，其位移x与时间t的关系曲线如图所示，由图132可知( )图132A．质点振动频率是4 HzB．t＝2 s时，质点的加速度最大C．质点的振幅为2 cmD．t＝2 s时，质点的位移是2 cmE．从t＝0开始经过3 s，质点通过的路程是6 cm【解析】 由图像知：质点的周期是4 s ，频率是14Hz ，A 错；t ＝2 s 时，质点的加速度最大，B 对；由图线知质点的振幅为2 cm ，C 对；t ＝2 s 时，质点的位移是－2 cm ，D 错；从t ＝0开始经过3 s ，质点通过的路程s ＝3A ＝6 cm ，E 正确．【答案】 BCE2．弹簧振子做简谐运动的振动图像如图133所示，则( )图133A ．t ＝0时，质点位移为零，速度为零，加速度为零B ．t ＝1 s 时，质点位移最大，速度为零，加速度最大C ．t 1和t 2时刻振子具有相同的速度D ．t 3和t 4时刻振子具有相同的加速度E ．t 2和t 3时刻振子具有相同的速度【解析】 t ＝0时刻，振子位于平衡位置O ，位移为零，加速度为零，但速度为最大值，选项A 错误；t ＝1 s 时，振子位于正向最大位移处，位移最大，加速度最大，而速度为零，选项B 正确；t 1和t 2时刻振子位于正向同一位置，t 1时刻是经此点向正方向运动，t 2时刻回到此点向负方向运动，两时刻速度大小相等，但方向相反，所以速度不相同，选项C 错误；t 3和t 4时刻振子位移相同，即处在同一位置，因此有大小相等、方向相同的加速度，选项D正确；t 2和t 3时刻振子速度的大小和方向都相同，E 正确．【答案】 BDE3．如图134所示为质点P 在0～4 s 内的振动图像，下列叙述正确的是( )【导学号：18640006】图134A ．再过1 s ，该质点的位移是正的最大B ．再过1 s ，该质点的速度沿正方向C ．再过1 s ，该质点的加速度沿正方向D ．再过1 s ，该质点加速度最大E ．再过2 s ，质点回到平衡位置【解析】 将图像顺延续画增加1 s ，质点应在正最大位移处，故A 、D 正确．再过2 s 质点回到平衡位置，E 正确．【答案】 ADE简谐运动图像的应用技巧1．判断质点任意时刻的位移大小和方向质点任意时刻的位移大小看质点离开平衡位置距离的大小即可，也可比较图像中纵坐标值的大小．方向由坐标值的正负判断或质点相对平衡位置的方向判断．2．判断质点任意时刻的加速度(回复力)大小和方向由于加速度(回复力)的大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反，所以只要从图像中得出质点在任意时刻的位移大小和方向即可．[先填空]1．简谐振动的一般表达式为x ＝A sin (2πTt ＋φ)．(1)x 表示振动质点偏离平衡位置的位移，t 表示振动时间． (2)A 表示简谐运动的振幅．(3)2πTt ＋φ叫简谐振动的相位．初始时刻t ＝0时的相位为φ，叫做初相位．简称初相．(4)圆频率(也叫角频率)：ω＝2πT＝2πf .2．如果两个简谐运动的频率相等，其初相位分别为φ1和φ2，当φ2＞φ1时，它们的相位差是φ2－φ1.(1)若φ2－φ1＝0，称之为同相． (2)若φ2－φ1＝π，称之为反相． [再判断]1．x ＝A sin ωt 中的A 为振幅是矢量．(×)2．简谐运动的位移表达式与计时时刻物体所在位置无关．(×) 3．一个物体运动时其相位变化2π，就意味着完成一次全振动．(√) 4．简谐运动的表达式x ＝A sin(ωt ＋φ)中，ωt ＋φ的单位是弧度．(√)[后思考]1．有两个简谐运动：x 1＝3a sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫4πbt ＋π4和x 2＝9a sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫8πbt ＋π2，它们的振幅之比是多少？频率各是多少？【提示】 它们的振幅分别为3a 和9a ，比值为1∶3；频率分别为2b 和4b . 2．简谐运动的相位差Δφ＝φ2－φ1的含义是什么？【提示】 两个简谐运动有相位差，说明其步调不相同，例如甲和乙两个简谐运动的相位差为32π，意味着乙总比甲滞后34个周期或34次全振动．1．根据表达式画振动图像(1)根据x ＝A sin (2πTt ＋φ)找出振幅A 和振动周期T ；(2)令t ＝0，找出初始时刻的位移x (x 的正、负要有明确表示)； (3)选好标度，画出正弦函数图像． 2．根据图像写表达式(1)从图像中找出振幅A 和周期T ；(2)根据t ＝0时的位移求出初相φ，即x 0＝A sin φ；(3)把A 、φ代入表达式x ＝A sin (2πTt ＋φ)即可．(若图像为余弦或其他形式也可以用该方法求得，只不过φ不相同)．4．物体A 做简谐运动的振动位移x A ＝3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫100t ＋π2 m ，物体B 做简谐运动的振动位移x B ＝5sin ⎝⎛⎭⎪⎫100t ＋π6 m ．比较A 、B 的运动( )A ．振幅是矢量，A 的振幅是6 m ，B 的振幅是10 m B ．周期是标量，A 、B 周期相等，为100 sC ．A 振动的频率f A 等于B 振动的频率f BD ．A 振动的圆频率ωA 等于B 振动的圆频率ωBE ．A 的相位始终超前B 的相位π3【解析】 振幅是标量，A 、B 的振幅分别是3 m ，5 m ，A 错；A 、B 的圆频率ω＝100，周期T ＝2πω＝2π100s ＝6.28×10－2s ，B 错，D 对；因为T A ＝T B ，故f A ＝f B ，C 对；Δφ＝φAO－φBO ＝π3为定值，E 对．【答案】 CDE5．一位游客在千岛湖边欲乘坐游船，当日风浪较大，游船上下浮动．可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，振幅为20 cm ，周期为3.0 s ．当船上升到最高点时，甲板刚好与码头地面平齐．地面与甲板的高度差不超过10 cm 时，游客能舒服地登船．在一个周期内，游客能舒服登船的时间是________．【解析】 由于振幅A 为20 cm ，振动方程为y ＝A sin ωt (平衡位置计时，ω＝2πT)，由于高度差不超过10 cm ，游客能舒服地登船，代入数据可知，在一个振动周期内，临界时刻为t 1＝T 12，t 2＝5T 12，所以在一个周期内舒服登船的时间为Δt ＝t 2－t 1＝T3＝1.0 s.【答案】 1.0 s6．一物体沿x 轴做简谐运动，振幅为8 cm ，频率为0.5 Hz ，在t ＝0时，位移是4 cm ，且向x 轴负方向运动，试写出用正弦函数表示的振动方程，并画出相应的振动图像．【解析】 简谐运动的表达式为x ＝A sin(ωt ＋φ)，根据题目所给条件得A ＝8 cm ，ω＝2πf ＝π，所以x ＝8sin(πt ＋φ)，将t ＝0，x 0＝4 cm 代入得4＝8sin φ，解得初相φ＝π6或φ＝56π，因为t ＝0时，速度方向沿x 轴负方向，即位移在减小，所以取φ＝56π，所求的振动方程为x ＝8sin(πt ＋56π) cm ，画对应的振动图像如图所示．【答案】 见解析用简谐运动表达式解答振动问题的方法1．明确表达式中各物理量的意义，可直接读出振幅、圆频率、初相． 2．ω＝2πT＝2πf 是解题时常涉及到的表达式．3．解题时画出其振动图像，会使解答过程简捷、明了．。
高中物理第一章1简谐运动课件教科选修34教科高中选修34物理课件
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解析:(1)振子从 B 到 C 所用时间 t=0.5 s= 2 ,
1
所以T=1.0 s,由 f= 得f=1.0 Hz.
(2)设弹簧振子的振幅为A,由题意(tíyì)BC=2A=20 cm,A=10 cm.
振子在1个周期内通过的路程为4A,故在t=5 s=5T内通过的路程
s=5×4A=200 cm.
1
(2)若 t2-t1=nT+ 2 , 则1 、2 两时刻振动物体的位置关于平衡位
置对称, 描述运动的物理量(、、、)均大小相等、方向相反.
1
3
(3)若 t2-t1=nT+ 4 或2 − 1 = + 4 , 则当1 时刻物体到达最大
位移处时, 2 时刻物体到达平衡位置; 当1 时刻物体在平衡位置时, 2
时刻到达最大位移处; 若1 时刻物体在其他位置, 2 时刻物体到达何
处就要视具体情况而定.
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探究
(tànjiū)
一
探究
(tànjiū)
二
4.简谐运动(jiǎn xié yùn dònɡ)中各物理量的变化规律
第十二页，共二十六页。
探究
(tànjiū)
一
探究
(tànjiū)
二
振子的
位移
运动
增大,方
O→B
向向右
B
最大
减小,方
B→O
向向右
O
0
增大,方
O→C
向向左
C
最大
减小,方
C→O
向向左
0
0
加速度(回
复力)
增大,方向
向左
高中物理 第一章 机械振动 章末整合课件 教科版选修34
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分类(fēn lèi)突 破
• A．频率是2 Hz • B．振幅是5 cm • C．t＝1.7 s时的加速度(sùdù)为正，速度(sùdù)
为负 • D．t＝0.5 s时质点所受的回复力为零 • E．图中a、b两点速度(sùdù)大小相等、方向相
反 • F．图中a、b两点的加速度(sùdù)大小相等，方
分类(fēn lèi)突
破
• 【例3】 (2014·安徽理综，14)在科学研究中， 科学家常将未知现象同已知现象进行比较，找 出其共同点，进一步推测未知现象的特性和规 律．法国物理学家库仑在研究异种电荷的吸引 力问题时，曾将扭秤的振动周期(zhōuqī)与电 荷间距离的关系类比单摆的振动周期(zhōuqī) 与摆球到地心距离的关系．已知单摆摆长为l， 引力常量为G，地球质量为M，摆球到地心的 A距关．系离T＝式为2π为rr，则GlM单摆振B(动．T周＝期)2π(rzhōGulMqī)T与距离r的
C．T＝2rπ
GM l
D．T＝2πl
r GM
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分类(fēn lèi)突 破
解析 由单摆周期公式T＝2π
＝2πr
l GM
• 答案(dáàn) B
l g
及黄金代换式GM＝gr2，得T
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分类(fēn lèi)突 破
• 【例2】 某质点做简谐运动，从平衡位置开 始(kāishǐ)计时，经0.2 s第一次到达M点，如图 3所示．再经过0.1 s第二次到达M点，求它再 经多长时间第三次到达M点？
图3
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分类(fēn lèi)突 破
解析 第一种情况：质点由O点经过t1＝0.2 s直接到达M，再经 过t2＝0.1 s由点C回到M.由对称性可知，质点由点M到达C点所 需要的时间与由点C返回M所需要的时间相等，所以质点由M到
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3．图像的特点 是一条正弦(或余弦)曲线．
4．从图像中可以直接得到的信息 (1)任意时刻质偏点离平衡位置的位移； (2)振动的周期； (3)振动的振幅．
2．简谐运动中振动物体通过某一位置时，加速度和速度方向是否一致？ 【提示】 不一定．振动物体通过某一位置时，加速度方向始终指向平衡 位置，但速度方向可能指向平衡位置，也可能背离平衡位置，故加速度和速度 方向不一定一致．
1．图像含义 表示某一质点不同时刻的位移；简谐运动图像不是做简谐运动的物体的运 动轨迹． 2．图像斜率 该时刻速度的大小和方向．
【解析】 由图像知：质点的周期是 4 s，频率是14Hz，A 错；t＝2 s 时，质 点的加速度最大，B 对；由图线知质点的振幅为 2 cm，C 对；t＝2 s 时，质点的 位移是－2 cm，D 错；从 t＝0 开始经过 3 s，质点通过的路程 s＝3A＝6 cm，E 正确．
【答案】 BCE
2．弹簧振子做简谐运动的振动图像如图 1-3-3 所示，则( ) 图 1-3-3
图 1-3-4
【解析】 将图像顺延续画增加 1 s，质点应在正最大位移处，故 A、D 正
确．再过 2 s 质点回到平衡位置，E 正确． 【答案】 ADE
简谐运动图像的应用技巧 1．判断质点任意时刻的位移大小和方向 质点任意时刻的位移大小看质点离开平衡位置距离的大小即可，也可比较 图像中纵坐标值的大小．方向由坐标值的正负判断或质点相对平衡位置的方向 判断． 2．判断质点任意时刻的加速度(回复力)大小和方向 由于加速度(回复力)的大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反，所以 只要从图像中得出质点在任意时刻的位移大小和方向即可．
3．判断规律 (1)随时间的延长，首先得到质点相对平衡位置的位移情况． (2)任意时刻质点的振动方向：看下一时刻质点的位置，如图 1-3-1 中 a 点， 下一时刻离平衡位置更远，故 a 此刻向上振动．
图 1-3-1
(3)任意时刻质点的速度、回复力、加速度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，如图 1-3-1 中 b 点，从正位移 向着平衡位置运动，则速度为负且增大．回复力方向与位移方向相反，总指向 平衡位置，t 轴上方曲线上各点回复力取负值．t 轴下方曲线上各点回复力取正 值，回复力大小和位移成正比，离平衡位置越远，回复力越大．加速度变化步 调与回复力相同．
1．一质点做简谐运动，其位移 x 与时间 t 的关系曲线如图所示，由图 1-3-2
可知( )
A．质点振动频率是 4 Hz
B．t＝2 s 时，质点的加速度最大
C．质点的振幅为 2 cm E．从 t＝0 开始经过 3 s，质点通过的路程是 6 cm
图 1-3-2
A．t＝0 时，质点位移为零，速度为零，加速度为零 B．t＝1 s 时，质点位移最大，速度为零，加速度最大 C．t1 和 t2 时刻振子具有相同的速度 D．t3 和 t4 时刻振子具有相同的加速度 E．t2 和 t3 时刻振子具有相同的速度
【解析】 t＝0 时刻，振子位于平衡位置 O，位移为零，加速度为零，但 速度为最大值，选项 A 错误；t＝1 s 时，振子位于正向最大位移处，位移最大， 加速度最大，而速度为零，选项 B 正确；t1 和 t2 时刻振子位于正向同一位置，t1 时刻是经此点向正方向运动，t2 时刻回到此点向负方向运动，两时刻速度大小相 等，但方向相反，所以速度不相同，选项 C 错误；t3 和 t4 时刻振子位移相同，即 处在同一位置，因此有大小相等、方向相同的加速度，选项 D 正确；t2 和 t3 时 刻振子速度的大小和方向都相同，E 正确．
[再判断] 1．x＝Asin ωt 中的 A 为振幅是矢量．(×) 2．简谐运动的位移表达式与计时时刻物体所在位置无关．(×) 3．一个物体运动时其相位变化 2π，就意味着完成一次全振动．(√) 4．简谐运动的表达式 x＝Asin(ωt＋φ)中，ωt＋φ 的单位是弧度．(√)
[再判断] 1．简谐运动图像反映了物体在不同时刻相对平衡位置的位移．(√) 2．振动位移的方向总是背离平衡位置．(√) 3．振子的位移相同时，速度也相同．(×) 4．简谐运动的图像都是正弦或余弦曲线．(√)
[后思考] 1．简谐运动的图像是否是振动物体的运动轨迹？ 【提示】 不是．简谐运动的图像是描述振动物体的位移随时间变化的规 律，并不是物体的运动轨迹．
【答案】 BDE
3．如图 1-3-4 所示为质点 P 在 0～4 s 内的振动图像，下列叙述正确的是( )
A．再过 1 s，该质点的位移是正的最大
【导学号：18640006】
B．再过 1 s，该质点的速度沿正方向
C．再过 1 s，该质点的加速度沿正方向
D．再过 1 s，该质点加速度最大
E．再过 2 s，质点回到平衡位置
简谐运动的公式表达
[先填空] 1．简谐振动的一般表达式为 x＝A sin (2Tπt＋φ)． (1)x 表示振动质点偏离平衡位置的位移，t 表示振动时间． (2)A 表示简谐运动的振幅． (3)2Tπt＋φ 叫简谐振动的相位．初始时刻 t＝0 时的相位为φ ，叫做初相位．简 称初相．
(4)圆频率(也叫角频率)：ω＝2Tπ＝2πf. 2．如果两个简谐运动的频率相等，其初相位分别为 φ1 和 φ2，当 φ2＞φ1 时， 它们的相位差是 φ2－φ1. (1)若 φ2－φ1＝0，称之为 同相． (2)若 φ2－φ1＝π，称之为反相．
知 识 点 一
学
业
3．简谐运动的图像和公式
分
层
测
评
知 识 点 二
学习目标 1.掌握简谐运动的位移——时间图 像．(重点、难点) 2．知道简谐运动的表达式、明确各量表 示的物理意义．(重点) 3．了解相位、初相和相位差的概念． 4．能用公式描述简谐运动的特征．(重 点、难点)
知识脉络
简谐运动的图像