物理人教版（2019）选择性必修第一册2.2 简谐运动的描述 （共19张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）选择性必修第一册2.2 简谐运动的描述 （共19张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 42.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-02-23 12:57:28 | ||
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文档简介
(共19张PPT)
第二节
简谐运动的描述
学习目标
1.会用三角函数公式描述简谐运动，理解简谐运动位移表达式；
2.会用图像描述简谐运动，能从图像中求出振动的振幅、周期、频率和初相；能借助图像分析振子振动时的位移、速度、加速度的大小和方向的变化；能根据图像写出简谐运动的函数表达式；
复习回顾
说话或唱歌时，用手摸着喉部，能感觉到声带的振动。声音大小发生变化，声带的振动也有变化。一般情况下，女生的音调比男生高。这些现象表明振动具有不同的特征。
如何科学地描述振动呢？本节我们将学习描述振动特征的物理量，并用函数和图像描述简谐运动。
新课教学
观察与思考：以下两个振子的运动有何不同？
想一想：我们该用哪些物理量来描述简谐运动呢？
一、描述简谐运动的物理量
1、振幅 A
（1）定义：把振动物体离开平衡位置的最大距离，叫作振动的振幅。
（2）物理意义：描述振动强弱的物理量与振动系统的能量有关，由系统的初始条件决定。
（3）单位:在国际单位制中，单位是米（m）。
一次全振动路程为振幅的4倍。
一、描述简谐运动的物理量
2、周期 T和频率f
（1）定义：做简谐运动的物体完成一次全振动所需的时间。周期的倒数叫作振动的频率
（2）意义：表示振动快慢的物理量。物体振动周期越短，频率越高，表明物体振动越快；物体振动周期越长，频率越低，表明物体振动越慢。
想一想：
振幅反映振动的强弱，周期、频率则反映振动的快慢。那么，物体振动的周期T、频率f与振幅A有关吗？
若物体仅在回复力作用下振动时，振动的周期、频率与振幅的大小无
关，只由振动系统本身的性质决定。其振动的周期（或频率），称为固有周期（或固有频率）。固有周期和固有频率是振动系统本身的属性，与物体是否振动无关。
一、描述简谐运动的物理量
做一做：
如图所示，一竖直弹簧上端固定，下端悬挂钢球。把钢球从平衡位置向下拉一段距离 A，放手让其运动，A 就是振动的振幅。给你一个秒表，怎样测出振子的振动周期T？
一、描述简谐运动的物理量
一、描述简谐运动的物理量
观察与思考：以下两个振子的振动的步调有何不同？
3.相位
（1）定义：物理学中把 (ωt+φ ) 叫作相位。其中 φ 是t=0时的相位，称作初相位或初相。
（2）物理意义：是表示物体振动步调的物理量，用相位来描述简谐运动在各个时刻所处的不同状态（或不同位置），相当于一个角度。
（3）初相：t=0 时的相位 φ 叫做初相位，简称初相。
一、描述简谐运动的物理量
4.相位差：两个简谐运动的相位差，简称相差。△φ=(ω1t+φ1)-(ω2t+φ2)
（1）若相同频率，则相位差为：△φ=φ1-φ2
（2）取值范围：-π≤△φ≤π
△φ=0，表明两振动步调完全相同，称为同相。
△φ=-π，表明两振动步调完全相反，称为反相。
△φ>π，表示振动1比振动2超前。
△φ<π，表示振动1比振动2滞后。
思考并回答：振子Q的振动比振子P的振动超前了多少个周期？
一、描述简谐运动的物理量
方法：左右平移，左加右减。
想一想：
1.同时放开两个小球，振动步调是否一直相同？此过程它们相位相同吗？
2.不同时放开两个小球，振动步调是否一直相同？此过程它们相位相同吗？
一、描述简谐运动的物理量
二、简谐运动的描述方法
方法一：函数描述——知道自变量位移与因变量时间的一一对应关系。
根据一个简谐运动的振幅A、周期T、初相位φ0，可以知道做简谐运动的物体在任意时刻t的位移x是
思考：做简谐运动物体的运动情况每时每刻都在变化，如何清楚地知道描述位移随时间变化的情况
根据一个简谐运动的振幅 A、周期 T、初相位 φ，可以知道做简谐运动的物体在任意时刻 t 的位移 x 是
振幅
圆频率
初相位
相位
方法二：图像描述——直观地知道位移、速度和加速度随时间的变化关系。
建立平面直角坐标系，横坐标表示时间 t，纵坐标表示弹簧振子相对于平衡位置的位移 x。根据数据所得的图像为弹簧振子做简谐运动的位移—时间图像，也称为振动图像。
二、简谐运动的描述方法
3．图像信息
二、简谐运动的描述方法
(1)由图像可以得出质点振动的振幅、周期和频率。
(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。
(3)可以确定某时刻质点回复力、加速度的方向。
(4)确定某时刻质点速度的方向。
(5)比较不同时刻回复力、加速度的大小。
(6)比较不同时刻质点的动能、势能的大小。
【例1】如图，弹簧振子的平衡位置为 O 点，在 B、C两点之间做简谐运动。B、C相距 20 cm。小球经过 B 点时开始计时，经过 0.5 s 首次到达 C 点。
（1）画出小球在第一个周期内的 x-t 图像。
（2）求 5 s 内小球通过的路程及 5 s 末小球的位移。
分析：要得到简谐运动的位移与时间的函数关系，就需要首先确定计时的起点，进而确定初相位。根据振幅、周期及初相位写出位移与时间的函数关系，画出图像。
二、简谐运动的描述方法
【例2】右图是两个简谐运动的振动图像，它们的相位差是多少？
【例3】右图为甲、乙两个简谐运动的振动图像。请根据图像写出这两个简谐运动的位移随时间变化的关系式。
二、简谐运动的描述方法
【例4】如图所示是某弹簧振子的振动图像。
（1）求振子振动的振幅、周期、频率和初相。
（2）如果从点 O 开始计时，到图中的哪一点为止，振子完成了一次全振动？如果从点 C 开始计时呢？
（3）当 t=1.4s时，振子对平衡位置的位移是多少？它在一次全振动中所通过的路程是多少？
二、简谐运动的描述方法
课堂小结
简谐运动的描述
描述简谐运动的物理量
简谐运动的描述方法
振幅
周期
频率
相位
强弱
快慢
快慢
步调
函数
图像
第二节
简谐运动的描述
学习目标
1.会用三角函数公式描述简谐运动，理解简谐运动位移表达式；
2.会用图像描述简谐运动，能从图像中求出振动的振幅、周期、频率和初相；能借助图像分析振子振动时的位移、速度、加速度的大小和方向的变化；能根据图像写出简谐运动的函数表达式；
复习回顾
说话或唱歌时，用手摸着喉部，能感觉到声带的振动。声音大小发生变化，声带的振动也有变化。一般情况下，女生的音调比男生高。这些现象表明振动具有不同的特征。
如何科学地描述振动呢？本节我们将学习描述振动特征的物理量，并用函数和图像描述简谐运动。
新课教学
观察与思考：以下两个振子的运动有何不同？
想一想：我们该用哪些物理量来描述简谐运动呢？
一、描述简谐运动的物理量
1、振幅 A
（1）定义：把振动物体离开平衡位置的最大距离，叫作振动的振幅。
（2）物理意义：描述振动强弱的物理量与振动系统的能量有关，由系统的初始条件决定。
（3）单位:在国际单位制中，单位是米（m）。
一次全振动路程为振幅的4倍。
一、描述简谐运动的物理量
2、周期 T和频率f
（1）定义：做简谐运动的物体完成一次全振动所需的时间。周期的倒数叫作振动的频率
（2）意义：表示振动快慢的物理量。物体振动周期越短，频率越高，表明物体振动越快；物体振动周期越长，频率越低，表明物体振动越慢。
想一想：
振幅反映振动的强弱，周期、频率则反映振动的快慢。那么，物体振动的周期T、频率f与振幅A有关吗？
若物体仅在回复力作用下振动时，振动的周期、频率与振幅的大小无
关，只由振动系统本身的性质决定。其振动的周期（或频率），称为固有周期（或固有频率）。固有周期和固有频率是振动系统本身的属性，与物体是否振动无关。
一、描述简谐运动的物理量
做一做：
如图所示，一竖直弹簧上端固定，下端悬挂钢球。把钢球从平衡位置向下拉一段距离 A，放手让其运动，A 就是振动的振幅。给你一个秒表，怎样测出振子的振动周期T？
一、描述简谐运动的物理量
一、描述简谐运动的物理量
观察与思考：以下两个振子的振动的步调有何不同？
3.相位
（1）定义：物理学中把 (ωt+φ ) 叫作相位。其中 φ 是t=0时的相位，称作初相位或初相。
（2）物理意义：是表示物体振动步调的物理量，用相位来描述简谐运动在各个时刻所处的不同状态（或不同位置），相当于一个角度。
（3）初相：t=0 时的相位 φ 叫做初相位，简称初相。
一、描述简谐运动的物理量
4.相位差：两个简谐运动的相位差，简称相差。△φ=(ω1t+φ1)-(ω2t+φ2)
（1）若相同频率，则相位差为：△φ=φ1-φ2
（2）取值范围：-π≤△φ≤π
△φ=0，表明两振动步调完全相同，称为同相。
△φ=-π，表明两振动步调完全相反，称为反相。
△φ>π，表示振动1比振动2超前。
△φ<π，表示振动1比振动2滞后。
思考并回答：振子Q的振动比振子P的振动超前了多少个周期？
一、描述简谐运动的物理量
方法：左右平移，左加右减。
想一想：
1.同时放开两个小球，振动步调是否一直相同？此过程它们相位相同吗？
2.不同时放开两个小球，振动步调是否一直相同？此过程它们相位相同吗？
一、描述简谐运动的物理量
二、简谐运动的描述方法
方法一：函数描述——知道自变量位移与因变量时间的一一对应关系。
根据一个简谐运动的振幅A、周期T、初相位φ0，可以知道做简谐运动的物体在任意时刻t的位移x是
思考：做简谐运动物体的运动情况每时每刻都在变化，如何清楚地知道描述位移随时间变化的情况
根据一个简谐运动的振幅 A、周期 T、初相位 φ，可以知道做简谐运动的物体在任意时刻 t 的位移 x 是
振幅
圆频率
初相位
相位
方法二：图像描述——直观地知道位移、速度和加速度随时间的变化关系。
建立平面直角坐标系，横坐标表示时间 t，纵坐标表示弹簧振子相对于平衡位置的位移 x。根据数据所得的图像为弹簧振子做简谐运动的位移—时间图像，也称为振动图像。
二、简谐运动的描述方法
3．图像信息
二、简谐运动的描述方法
(1)由图像可以得出质点振动的振幅、周期和频率。
(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。
(3)可以确定某时刻质点回复力、加速度的方向。
(4)确定某时刻质点速度的方向。
(5)比较不同时刻回复力、加速度的大小。
(6)比较不同时刻质点的动能、势能的大小。
【例1】如图，弹簧振子的平衡位置为 O 点，在 B、C两点之间做简谐运动。B、C相距 20 cm。小球经过 B 点时开始计时，经过 0.5 s 首次到达 C 点。
（1）画出小球在第一个周期内的 x-t 图像。
（2）求 5 s 内小球通过的路程及 5 s 末小球的位移。
分析：要得到简谐运动的位移与时间的函数关系，就需要首先确定计时的起点，进而确定初相位。根据振幅、周期及初相位写出位移与时间的函数关系，画出图像。
二、简谐运动的描述方法
【例2】右图是两个简谐运动的振动图像，它们的相位差是多少？
【例3】右图为甲、乙两个简谐运动的振动图像。请根据图像写出这两个简谐运动的位移随时间变化的关系式。
二、简谐运动的描述方法
【例4】如图所示是某弹簧振子的振动图像。
（1）求振子振动的振幅、周期、频率和初相。
（2）如果从点 O 开始计时，到图中的哪一点为止，振子完成了一次全振动？如果从点 C 开始计时呢？
（3）当 t=1.4s时，振子对平衡位置的位移是多少？它在一次全振动中所通过的路程是多少？
二、简谐运动的描述方法
课堂小结
简谐运动的描述
描述简谐运动的物理量
简谐运动的描述方法
振幅
周期
频率
相位
强弱
快慢
快慢
步调
函数
图像