最新简谐运动图像和公式
第一章 第3节 简谐运动的图像和公式
[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________。
解析:质点在 0~2 s 内通过的路程是 2 cm,在 2~4 s 内通过 的路程是 2 cm,在 4~6 s 内通过的路程是 2 cm,故前 6 s 内 通过的路程是 6 cm。 质点在 6~8 s 内位移大小是 2 cm,方向指向平衡位置,平均 速度大小为 v =xt =22csm=1 cm/s,质点在这段时间内由负的最 大位移处向平衡位置运动,所以平均速度方向沿 x 轴正方向。 答案:6 1 沿 x 轴正方向
(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。
向的最大加速度,则它的运动表达式是
()
A.x=8×10-3sin(4πt+π2) m
B.x=8×10-3sin(4πt-π2) m
C.x=8×10-1sin(πt+32π) m
D.x=8×10-1sin(π4t+π2) m
解析:ω=2Tπ=4π,当 t=0 时,具有负方向的最大加速度,则 x=A,
所以初相 φ=π2,表达式为 x=8×10-3×sin(4πt+π2) m,A 正确。
物块沿竖直方向做简谐运动。以竖直向上为正方向,
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
简谐振动的图像和公式 ppt课件
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。
简谐运动的图象和公式
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图像?辨析下列图
例3:如图质点做简谐振动的图像,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
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?
简谐运动的图象及公式
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
用单摆演示当两个摆长与振幅都一样的单摆在 振动步调总一致时,我们就说它们的相位相同, 振动相同;
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。
3、图像的意义:
简谐运动的图像表示了振动质点的位移随时间变 化的规律。即简谐运动的位置坐标x是时刻t的正 弦或余弦函数。
思考:从简谐运动图象得出描述振动的哪 些物理量?
1、直接描述量: 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
③任意时刻的位移x。
2、间接描述量 ①频率f=1/T ②不同时刻的v大小方向判定: x-t图线上任一点
的切线的斜率大小等于v。正负表方向,正表 示与x方向相同,负表示与x方向相反 。
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.
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、
相位与相位差。
结束
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?
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。
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?
第3节 简谐运动的图像和公式
o
x1
x1= vt1
x 对应一个不同的时刻,所
以横坐标也可表示时间轴
4、对简谐运动的图像的理解?
x/ cm +10
不是运动轨迹
o 3 6 9 12 15 18 21 24 t/s
-10
(1)振幅A、周期T、频率f (2)任意时刻的位移x的大小、方向 (3)任意时刻的速度v的方向和变化趋势 (4)任意时刻的回复力F的方向和变化趋势 (5)任意时刻的加速度a的方向和变化趋势
初相位
x Asin( 2ft )
相位 相位差是指两个振动的相位之差; 如果是两个同频率的
振动,相位差实质就是初相位之差,即: 1 2
相位差是用来反映振动步调的物理量。
振动同相、振动反相的演示
“步调一致” “振动同相” “相位差为零”
“步调相反” “振动反相”
“相位差为 ”
◆ 简谐运动的表达式
x Asin(t ) 与初始位置有关的一个量
(叫做初相位)
x Asin( 2 t ) Asin( 2ft )
T
x/m A
x/m A
o -A
T
T 3T t/s o
2
2
-A
T 2
T
3T 2
x Asin( 2 t )
T2
◆ 简谐运动的相位、相位差
第3节 简谐运动的图像和公式
◆ 简谐运动的图像
1、简谐运动的图像是指什么图像? 物体做简谐运动时,偏离平衡位置的位移随时间变化的图
像,就叫简谐运动的图像(又称振动图像)。 2、简谐运动的图像有何特点?
简谐运动的图像是一条 正弦(或余弦)曲线。
3、如何用实验的方法得到简谐运动的图像?
v
y
y1
由于横坐标上的每一个点
教科版物理选修3-4简谐运动图象和公式Flash演示
1、 A 代表物体振动的振幅. 2、 叫做圆频率,表示简谐运动的快 慢。它与频率之间的关系为: =2f 3、“ t+” 这个量就是简谐运动的相 位,它是随时间t不断变化的物理量, 表示振动所处的状态. 叫初相位,简 称初相,即t=0时的相位。
" "
——初相位
观察思考
振动同向: 振动反向:
相位差
课 堂 练 习 1、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=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?
20
0
-20
1
2
3
4
5
6
t/s
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
四、简谐运动的相位、相位差
x A sin(2ft )
"2ft " ——相位
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 ) 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
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。
振动图象的实际运用
2024高考物理一轮复习-- 机械振动专题(一)--简谐运动的规律和图像
简谐运动的规律和图像一、简谐运动的基本规律1.简谐运动的特征2.注意:(1)弹簧振子(或单摆)在一个周期内的路程一定是4A,半个周期内路程一定是2A,四分之一周期内的路程不一定是A。
(2)弹簧振子周期和频率由振动系统本身的因素决定(振子的质量m和弹簧的劲度系数k ),与振幅无关。
二、简谐运动的图像1.简谐运动的数学表达式:x=A sin(ωt+φ)2.根据简谐运动图象可获取的信息(1)振幅A、周期T(或频率f)和初相位φ(如图所示).(2)某时刻振动质点离开平衡位置的位移.(3)某时刻质点速度的大小和方向:曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度的大小和速度的方向,速度的方向也可根据下一时刻物体的位移的变化来确定.(4)某时刻质点的回复力、加速度的方向:回复力总是指向平衡位置,回复力和加速度的方向相同,在图象上总是指向t轴.(5)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.3.简谐运动图象问题的两种分析方法法一图象-运动结合法解此类题时,首先要理解x -t 图象的意义,其次要把x -t 图象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.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.三、针对练习1、一个小物块拴在一个轻弹簧上,并将弹簧和小物块竖直悬挂处于静止状态,以此时小物块所处位置为坐标原点O ,以竖直向下为正方向建立Ox 轴,如图所示。
先将小物块竖直向上托起使弹簧处于原长,然后将小物块由静止释放并开始计时,经过s 10π,小物块向下运动20cm 第一次到达最低点,已知小物块在竖直方向做简谐运动,重力加速度210m /s g =,忽略小物块受到的阻力,下列说法正确的是( )A .小物块的振动方程为0.1sin 102x t π⎛⎫=+ ⎪⎝⎭(m ) B .小物块的最大加速度为2gC 2m /sD .小物块在0~1330s π的时间内所经过的路程为85cm2、(多选)某弹簧振子在水平方向上做简谐运动,其位移x 随时间变化的关系式为x =A sin ωt ,如图所示,则( )A .弹簧在第1 s 末与第5 s 末的长度相同B .简谐运动的频率为18Hz C .第3 s 末,弹簧振子的位移大小为22A D .第3 s 末至第5 s 末,弹簧振子的速度方向不变3、(多选)如图甲所示,悬挂在竖直方向上的弹簧振子,在C 、D 两点之间做简谐运动,O 点为平衡位置。
课件-1.3 简谐振动的图象和公式
x/m
T
A
0
-A
T/4 T/2 3T/4 T
sin( + ሻ
其中:
2
=
1
=
2
= sin( + ሻ = sin 2 +
相位
初相
说明:一切复杂的振动都不是简谐振动,但它们都可以看作是若
干个振幅和频率不同的简谐振动的合成,因而它们的振动曲线是
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
x/cm
C、2s时和3s时振子的位移相等,
1 2 3 4 5 6 t/s
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
一个质点做简谐运动的图像如图所示,下列叙述中正确的是
(
)
A.质点的振动频率为4 Hz
x
1、匀速直线运动的x-t图像:
Δx=x-x0=vt
斜率表示—— 速度(v)
0
t
2、变速直线运动的x-t图像:
x
t
0
变速直线运动的x—t图象为曲线
思考:如何获得简谐运动的位移时间图像
简谐运动 : 弹簧振子 单摆 等
结论:简谐运动的位移时间图像是一条正弦(或余弦)曲线。
x/m
0
T/4 T/2 3T/4 T
第一章 机械振动
1.3 简谐运动的图像和公式
一、简谐运动的位移时间图像
回顾:匀速直线运动的x-t图像和匀变速直线运动的x-t图像。
位移—时间图像(x-t图像)
描述位移x与时间t关系的图象叫做位移—时间图像
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
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一、简谐运动的图像
1、物理意义:表示振动物体的位移随时间变化的规律
描述振子在各个时刻的位移
2、绘图方法: 扫描法
3、图像形状: 正弦(或)余弦曲线
4、图像信息:
(1).振幅A: (2).周期T:
(3).任一时刻t的位移x:
(4).任一时刻t的加速度a情况(方向、大小变化):
(5).任一时刻t的速度情况(大小变化、方向):
动振幅之比为_2__∶__1__,频率之比为__1_∶___1_,
甲和乙的相差为___ __ 2
___________________________ _______________________
2、一水平弹簧振子的小球的质量m=0.05kg,弹簧的劲度
系数50N/m,振子的振动图线如图7所示。在t=1.25s时小球
___________________________ _______________________
思考
简谐运动的图象就是物 体的运动轨迹吗?
___________________________ _______________________
___________________________ _______________________
A.0.2s末0.6s B.从0.6s到1s的时间内,速度方向和加速度方向都一致 C.从0.8s到1s的时间内,速度变大,而加速度变小 D.0.2s末、0.6s末、及1s质点的加速度都相同
___________________________ _______________________
5:摆长为L的单摆做简谐振动,若从某时刻开始计时,(取
2. 甲、乙两个单摆的振动图线如图所示。根据振动图线可以断 定( )
A.甲、乙两单摆摆长之比是4∶9 B.甲、乙两单摆振动的频率之比是2∶3 C.甲摆的振动能量大于乙摆的振动能量 D.乙摆的振动能量大于甲摆的振动能量
___________________________ _______________________
1.3、 简谐运动的图像和公式
学习目标
1、理解简谐运动的图象的确切物理意义, 能运用简谐运动的图象解决问题。 2、理解简谐运动的公式及公式中各量的物 理意义。 3、理解简谐运动的相位与相位差概念,知 道同相与反相。
___________________________ _______________________
3、如图6所示为甲、乙两单摆做简谐运动的图线,若g=9.8 m/s2,甲的摆长L1为_______;甲、乙两摆摆长之比为 L1∶L2为_______;甲、乙两摆_______摆角较大。
图6
___________________________ _______________________
4.如图所示是某质点做简谐运动的振动图象,下列说法正确的 是( )
___________________________ _______________________
二、简谐运动的表达式
xAsi nt ()
振动方程中各变量的含义:
1、 A 代表物体振动的振幅.
2、 叫做圆(角)频率,表示简谐运动的快慢。 =2f= 2/T
xA si2 n t( )A si2 n f ( t)
的加速度的大小为
,方向
;在t=2.75s时小球的
加速度大小为
,速度的方向为
。
图7
___________________________ _______________________
作业
• 课本P11练习与评价 • 导学与评价
___________________________ _______________________
其它相关概念:
1、同相:相位差为零, 一般地为=2n (n=0,1,2,……)
2、反相:相位差为 , 一般地为=(2n+1) (n=0,1,2,……)
___________________________ _______________________
课堂练习 1.右图中是量就是简谐运动的相位,它是随时t不断变化的物理量, 表示振动所处的状态.
4、 叫初相位,简称初相,即t=0时的相位.
5、相位差:常指两个具有相同频率的简谐运动的初相之差(2- 1).对频 率相同的两个简谐运动有确定的相位差.
___________________________ _______________________
作t=0),当振动至
t 3 2
L g
时,摆球具有负向最大速度,
则单摆的振动图象是图中的( )
___________________________ _______________________
6.如图所示,一块涂有碳黑的玻璃板,质量为2kg,在拉力F 的作用下由静止开始竖直向上作匀变速运动,一个装有指针的 振动频率为5Hz的电动音叉在玻璃板上画出如图所示的曲线, 量得OA=1cm,OB=4cm,OC=9cm,则外力F的大小为 N.