2.2 简谐运动的描述 课件 (共21张PPT)高二物理人教版（2019）选择性必修1
文档属性
| 名称 | 2.2 简谐运动的描述 课件 (共21张PPT)高二物理人教版（2019）选择性必修1 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-12-09 17:07:36 | ||
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文档简介
(共21张PPT)
第2节 简谐运动的描述
第二章 机械振动
思考：做简谐运动的物体在一个位置附近不断地重复同样的运动。如何描述简谐运动的这种独特性呢？
傅科摆：指仅受引力和吊线张力作用而在惯性空间固定平面内运动的摆。
1.知道振幅、周期和频率的概念，知道全振动的含义。
2.了解初相和相位差的概念，理解相位的物理意义。
3.了解简谐运动位移方程中各量的物理意义，能依据振动方程描绘振动图象。
知识点一、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，国际单位是m。
静止位置
振幅
振幅
：即平衡位置
（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。
思考与讨论：振幅和位移的区别是什么？
对于一个给定的振动：
1、振子的位移是偏离平衡位置的距离，故时刻在变化；但振幅是不变的。
2、位移是矢量，振幅是标量，它等于最大位移的数值。
2、周期和频率
（1）全振动
振子在之间振动，O为平衡位置。如果从点开始运动，经O点运动到点，再经过O点回到点，就说它完成了一次全振动，此后振子只是重复这种运动。
A’ O A
（1）从O→A→O→A'→O也是一次全振动
B
（2）从B→A→O→A'→O→B也是一次全振动
不管以哪里作为开始研究的起点。做简谐运动的物体完成一次全振动的时间总是相同的。
（2）周期（T）：做简谐运动的物体完成一次全振动所用的时间。
（3）频率（ f ）： 单位时间内完成全振动次数 。
（4）周期T与频率f的关系：T=
（5）物理意义：周期和频率都是表示物体振动快慢的物理量。周期越小，频率越大，表示物体振动越快。
（6）在国际单位制中，周期的单位是秒（s），频率的单位是赫兹，简称赫，符号是Hz。1 Hz=1s-1 。
（1）ω是一个与周期成反比、与频率成正比的量，叫作简谐运动的“圆频 率”；描述振动快慢的物理量。
（2）ω越大，周期越短，频率越大，物体振动越快。
3.圆频率
数学推导：依据正弦函数规律，其中每增加，位移循环变化一次，这一过程正好为一个周期T。于是有
，
可得或。
做一做:测量小球振动的周期（课本P36）
通过这个实验你能得出什么结论？
测量小球振动的周期视频
通过这个实验发现，弹簧振子的振动周期与其振幅无关。
注意：不仅弹簧振子的简谐运动，所有简谐运动的周期均与其振幅无关。
1.光滑水平面内的弹簧振子做简谐运动，经过半个周期，振子（ ）
A．动量一定不变
B．速度一定不变
C．加速度一定不变
D．动能一定不变
D
练一练
2.一个做简谐运动的质点，它的振幅是4cm，频率是2.5Hz，该质点从平衡位置开始经过2.5s后，位移的大小和经过的路程为( )
A．4cm 10cm
B．4cm 100cm
C．0 24cm
D．0 100cm
B
知识点二、简谐运动的一般表达式
1.简谐运动的一般表达式
2.相位：理学中把叫做相位；相位代表了做简谐运动的物体此时正处于一个运动周期的哪个状态。
3.初相：是t=0时的相位，称作初相位，或初相。
3.相位差：Δφ =φ1 － φ2
振动1：
振动2：
如果两个简谐运动的频率相同，其初相分别是φ1和φ2 ，当φ1 > φ2时， 它们的相位差是Δφ =φ1 － φ2
①若Δφ =φ1 － φ2>0，振动2的相位比1超前Δφ ；
②若Δφ =φ1 － φ2<0，振动2的相位比1落后Δφ 。
并列悬挂两个相同的弹簧振子。
（1）把小球向下拉同样的距离后同时放开。观察两球的振幅、周期、振动的步调。
（2）再次把两个小球拉到相同的位置，先把第一个小球放开，再放开第二个，观察两球的振幅、周期、振动的步调。
观察两个小球的振动情况
实验现象
（1）两个小球同时释放时，除了振幅和周期都相同外，还总是向同一方向运动，同时经过平衡位置，并同时到达同一侧的最大位移处。
（2）在一个周期内，如果不同时释放小球，它们的步调就不一致。
4.同相和反相
（1）同相：相位差为零，一般地为Δφ =2nπ
(n=0,1,2,……)。振动步调完全相同。
A与B同相
（2）反相：相位差为π，一般地为Δφ =(2n+1)π
(n=0,1,2,……)。振动步调完全相反。
A与C反相
思考讨论：你能说出简谐运动的其它表达是吗？
因为
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
所以
练一练
一物体沿x轴做简谐运动，振幅为8cm，频率为0.5 Hz，在t＝0时，位移是4cm，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。
简谐运动振动方程的一般表达式，读出振幅A，由求出，将在时，位移是代入即可求解振动方程，便能画出振动图像．
解：简谐运动的表达式为，
根据题目所给条件得，，
所以，
将代入得，
解得初相或，
因为时，速度方向沿x轴负方向，即位移在减小，
所以取，所求的振动方程为，
画对应的振动图像如图所示:
简谐运动的描述
描述简谐运动的物理量
简谐运动的表达式：
周期（T）
振幅（A）
频率（f）
相位、相位差
第2节 简谐运动的描述
第二章 机械振动
思考：做简谐运动的物体在一个位置附近不断地重复同样的运动。如何描述简谐运动的这种独特性呢？
傅科摆：指仅受引力和吊线张力作用而在惯性空间固定平面内运动的摆。
1.知道振幅、周期和频率的概念，知道全振动的含义。
2.了解初相和相位差的概念，理解相位的物理意义。
3.了解简谐运动位移方程中各量的物理意义，能依据振动方程描绘振动图象。
知识点一、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，国际单位是m。
静止位置
振幅
振幅
：即平衡位置
（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。
思考与讨论：振幅和位移的区别是什么？
对于一个给定的振动：
1、振子的位移是偏离平衡位置的距离，故时刻在变化；但振幅是不变的。
2、位移是矢量，振幅是标量，它等于最大位移的数值。
2、周期和频率
（1）全振动
振子在之间振动，O为平衡位置。如果从点开始运动，经O点运动到点，再经过O点回到点，就说它完成了一次全振动，此后振子只是重复这种运动。
A’ O A
（1）从O→A→O→A'→O也是一次全振动
B
（2）从B→A→O→A'→O→B也是一次全振动
不管以哪里作为开始研究的起点。做简谐运动的物体完成一次全振动的时间总是相同的。
（2）周期（T）：做简谐运动的物体完成一次全振动所用的时间。
（3）频率（ f ）： 单位时间内完成全振动次数 。
（4）周期T与频率f的关系：T=
（5）物理意义：周期和频率都是表示物体振动快慢的物理量。周期越小，频率越大，表示物体振动越快。
（6）在国际单位制中，周期的单位是秒（s），频率的单位是赫兹，简称赫，符号是Hz。1 Hz=1s-1 。
（1）ω是一个与周期成反比、与频率成正比的量，叫作简谐运动的“圆频 率”；描述振动快慢的物理量。
（2）ω越大，周期越短，频率越大，物体振动越快。
3.圆频率
数学推导：依据正弦函数规律，其中每增加，位移循环变化一次，这一过程正好为一个周期T。于是有
，
可得或。
做一做:测量小球振动的周期（课本P36）
通过这个实验你能得出什么结论？
测量小球振动的周期视频
通过这个实验发现，弹簧振子的振动周期与其振幅无关。
注意：不仅弹簧振子的简谐运动，所有简谐运动的周期均与其振幅无关。
1.光滑水平面内的弹簧振子做简谐运动，经过半个周期，振子（ ）
A．动量一定不变
B．速度一定不变
C．加速度一定不变
D．动能一定不变
D
练一练
2.一个做简谐运动的质点，它的振幅是4cm，频率是2.5Hz，该质点从平衡位置开始经过2.5s后，位移的大小和经过的路程为( )
A．4cm 10cm
B．4cm 100cm
C．0 24cm
D．0 100cm
B
知识点二、简谐运动的一般表达式
1.简谐运动的一般表达式
2.相位：理学中把叫做相位；相位代表了做简谐运动的物体此时正处于一个运动周期的哪个状态。
3.初相：是t=0时的相位，称作初相位，或初相。
3.相位差：Δφ =φ1 － φ2
振动1：
振动2：
如果两个简谐运动的频率相同，其初相分别是φ1和φ2 ，当φ1 > φ2时， 它们的相位差是Δφ =φ1 － φ2
①若Δφ =φ1 － φ2>0，振动2的相位比1超前Δφ ；
②若Δφ =φ1 － φ2<0，振动2的相位比1落后Δφ 。
并列悬挂两个相同的弹簧振子。
（1）把小球向下拉同样的距离后同时放开。观察两球的振幅、周期、振动的步调。
（2）再次把两个小球拉到相同的位置，先把第一个小球放开，再放开第二个，观察两球的振幅、周期、振动的步调。
观察两个小球的振动情况
实验现象
（1）两个小球同时释放时，除了振幅和周期都相同外，还总是向同一方向运动，同时经过平衡位置，并同时到达同一侧的最大位移处。
（2）在一个周期内，如果不同时释放小球，它们的步调就不一致。
4.同相和反相
（1）同相：相位差为零，一般地为Δφ =2nπ
(n=0,1,2,……)。振动步调完全相同。
A与B同相
（2）反相：相位差为π，一般地为Δφ =(2n+1)π
(n=0,1,2,……)。振动步调完全相反。
A与C反相
思考讨论：你能说出简谐运动的其它表达是吗？
因为
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
所以
练一练
一物体沿x轴做简谐运动，振幅为8cm，频率为0.5 Hz，在t＝0时，位移是4cm，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。
简谐运动振动方程的一般表达式，读出振幅A，由求出，将在时，位移是代入即可求解振动方程，便能画出振动图像．
解：简谐运动的表达式为，
根据题目所给条件得，，
所以，
将代入得，
解得初相或，
因为时，速度方向沿x轴负方向，即位移在减小，
所以取，所求的振动方程为，
画对应的振动图像如图所示:
简谐运动的描述
描述简谐运动的物理量
简谐运动的表达式：
周期（T）
振幅（A）
频率（f）
相位、相位差