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高中物理新教材同步选择性必修第一册 第2章机械振动 2 简谐运动的描述.pdf


文档分类:中学教育 | 页数:约15页 举报非法文档有奖
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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。:..简谐运动的描述[]、周期和频率的概念,,,、::振幅是表示物体振动幅度大小的物理量,、::做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间,叫作振动的周期,,周期的单位是秒(s).:物体完成全振动的次数与所用时间之比叫作振动的频率,数值等于单位时间内完成全振动的次数,,频率的单位是赫兹,简称赫,:f=.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T越大,:表示简谐运动的快慢,其与周期T、频率f间的关系式为ω=,ω=、::相位的大小为ωt+φ,其中φ是t=0时的相位,叫初相位,:两个相同频率的简谐运动的相位的差值,Δφ=φ-φ(φ>φ).1212四、简谐运动的表达式2πx=Asin(ωt+φ)=Asin(t+φ),其中:A为振幅,ω为圆频率,T为简谐运动的周期,.(1)在简谐运动的过程中,振幅是不断变化的.(×):..(2)(×)(3)振子从离开某位置到重新回到该位置的过程为一次全振动过程.(×)(4)振动周期指的是振动物体从一侧最大位移处,运动到另一侧最大位移处所用的时间.(×)(5)相位反映了振动物体的振动步调.(√)(6)两个振动物体相位相同,则其振动步调相反.(×)1(7)按=t+π).(√)、B间做简谐运动,O为平衡位置,A、B间距离是20cm,振子从A到B运动的时间是2s,如图1所示,则弹簧振子的振幅A=________cm,弹簧振子的振动周期为________s,圆频率=________rad/、简谐运动的振幅、周期和频率导学探究如图2所示为理想弹簧振子,O点为它的平衡位置,其中A、A′(1)从振子某一时刻经过O点开始计时,至下一次再经过O点的时间为一个周期吗?(2)先后将振子拉到A点和B点由静止释放,两种情况下振子振动的周期相同吗?振子完成一次全振动通过的位移相同吗?路程相同吗?答案(1),即经过一个周期,位移、速度第一次同时与初始时刻相同.(2)周期相同,振动的周期取决于振动系统本身,,,(1)经过一次全振动,位移(x)、加速度(a)、速度()三者第一次同时与初始状态相同.:..(2)(3)经过一次全振动,(1)振幅等于最大位移的数值.(2)对于一个给定的振动,振子的位移是时刻变化的,但振幅是不变的.(3)位移是矢量,(1)振动物体在一个周期内的路程为四个振幅.(2)(3),由振动系统本身的性质决定,,将弹簧振子从平衡位置下拉一段距离,静止释放后振子在A、B间振动,且AB=20cm,,求:图3(1)振子振动的振幅、周期和频率;(2)振子由A首次到O的时间;(3)振子在5s内通过的路程及偏离平衡位置的位移大小.(1)(2)(3)1000cm10cm解析(1)10cm,Tt==,所以T==得f=(2)根据简谐运动的对称性可知,振子由A首次到O的时间与振子由O首次到B的时间相等,.(3)设弹簧振子的振幅为A,A=,故在t=5s=25T内通过的路程s=40×25cm=,故5s末振子仍处在A点,所以振子偏离平衡位置的位移大小为10cm.(2020·长春外国语学校期中)一质点做简谐运动,其位移x与时间t的关系图像如图4:..(),~3s内,质点通过的路程为6cmD.=3s时,质点的振幅为零C解析2cm,周期为4s,,故A错误;质点1在1s即个周期内通过的路程不一定等于一个振幅,故B错误;t=0时质点在正向最大位移43处,0~3s为T,则质点通过的路程为3A=6cm,故C正确;振幅等于质点偏离平衡位置的4最大距离,与质点的位移有本质的区别,t=3s时,质点的位移为零,但振幅仍为2cm,、简谐运动的表达式、+φ描述做简谐运动的物体在各个不同时刻所处的不同状态,,相当于一个角度,相位每增加,,即Δφ=φ-φ(φ>φ).1212若Δφ=0,表明两个物体运动步调相同,即同相;若Δφ=π,表明两个物体运动步调相反,=Asin(t+φ)T0(1)表达式反映了做简谐运动的物体的位移x随时间t的变化规律.(2)从表达式x=Asin(ωt+φ)=(ωt+φ)-(ωt+φ)=2nπ时,Δt212nπ==nT,振子位移相同,(2020·福建泉州永春第一中学月考)有一个弹簧振子,,,初始时具有负方向的最大加速度,则它的振动方程是():..πA=8×10-3t+)=8×10-3sin(4πt-)=8×10-3sin(4πt+)=8×10-3sin(t+)m42A2π解析A==8×10-3m,T=,则==4πrad/s,初始时刻具有负方向Tπ的最大加速度,则初位移x=,初相位φ=,得弹簧振子的振动方程为x=8×10-3sin(4πt002π+)m,、简谐运动的周期性与对称性简谐运动是一种周期性的运动,简谐运动的物理量随时间周期性变化,如图5所示,物体在A、B两点间做简谐运动,O点为平衡位置,OC=(1)时间的对称①物体来回通过相同两点间的时间相等,即t=②物体经过关于平衡位置对称的等长的两线段的时间相等,图中t=t=t=t,t=tDBBDCAACODDO=t=(2)速度的对称①物体连续两次经过同一点(如D点)的速度大小相等,方向相反.②物体经过关于O点对称的两点(如C点与D点)时,速度大小相等,方向可能相同,也可能相反.(3)位移的对称①物体经过同一点(如C点)时,位移相同.②物体经过关于O点对称的两点(如C点与D点)时,位移大小相等、(2020·吉林八校期中联考)如图6所示,弹簧振子以O点为平衡位置,在B、C两点间做简谐运动,在t=0时刻,振子从O、B间的P点以速度向B点运动;在t=,振子速度第一次变为-v;在t=,振子速度第二次变为-v,已知B、C之间的距离为25cm.:..6(1)求弹簧振子的振幅;(2)求弹簧振子的振动周期T和频率f.(1)(2)1s1Hz解析(1)O点为平衡位置,在B、C两点间做简谐运动,所以振幅是B、C之间距离的一半,25所以A=cm=(2)由简谐运动的对称性可知从P到B的时间与从B返回到P的时间是相等的,=s=-:t=s=,PO2T又t+t=BPPO4可得:T=1s,1则f==,从它经过平衡位置起开始计时,,,则质点振动周期的可能值为多大?,,,,,如图乙所示,,再由M向左经最左端A′,,由图甲可以看出质点从O→M→,根据简谐运动的对称性可得1=,得T=,由图乙可知,质点从O→A→M历时t=,质点从11:..3A′t=,则T=t+t,解得T=:物体经过同一位置可以对应不同的时刻,物体的位移、加速度相同,而速度可能相同,也可能等大反向,:由于简谐运动具有对称性,因此当物体通过两个对称位置时,其位移、加速度大小相同,而速度可能相同,也可能等大反向,.()弹簧振子在A、B间做简谐运动,O为平衡位置,A、B间的距离是20cm,振子由A运动到B的时间是2s,如图7所示,则()→B→,,,振子处在平衡位置答案C解析振子从O→B→O只完成半个全振动,A错误;从A→B振子也只完成了半个全振动,半个全振动的时间是2s,所以振动周期是4s,振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离,1振幅A=10cm,B错误;t=6s=1T,所以振子经过的路程为4A+2A=6A=60cm,C正确;2从O开始经过3s,振子处在位置A或B,.(简谐运动的表达式)(多选)(2020·山东省实验中学检测)一弹簧振子A的位移x随时间t变化的关系式为x=t,位移x的单位为m,()=,=(+)(m),,圆频率=,故周期T==s=,:..A、B错误;在=,x=,即振子的位移最大,速度最小,为零,故C正确;ππππ两振动的相位差=φ-φ=+-=,即B超前A,或者说A滞后B,()如图8所示,一质点沿水平直线做简谐运动,先后以相同速度通过a、b两点,经历时间t=1s,过b点后再经t′=,若在这两秒内质点通过的路程是8cm,,因为通过a、b两点时的速度相同,根据简谐运动的对称性,可知质点从b点返回a点所用的时间必与从a点到b点所用的时间相同,即t=t=1s,质点从a点经最左端位置d再返回a点所用的时间t必与质点从b点经最baabada右端位置c再返回b点所用的时间t相等,即t=t=t′=,质点的振动周期为T=t+t+t+t=,abbcbbaada质点在一个周期内通过的路程为s=2ab+2bc+2ad=2(ab+2bc)=2×8cm===、周期和频率1.(多选)下列关于简谐运动的振幅、周期和频率的说法中正确的是(),,周期必然增加,,其频率固定,与振幅无关答案BD解析振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离,是标量,A错误;周期和频率互为倒数,1即T=,故T·f=1,B正确;做简谐运动的物体的振动周期和频率只与振动系统本身有关,f与振幅无关,C错误,.(多选)(2020·江苏苏州高二下期中)如图1所示,弹簧振子在A、B之间做简谐运动,O为平:..、B间距为8cm,小球完成30次全振动所用时间为60s,则(),,3s内通过的路程为24cmCD60811解析T=s=2s,A=cm=4cm,A错误;频率f==Hz=,B错302T2误;小球完成一次全振动通过的路程为振幅的4倍,即4×4cm=16cm,C正确;小球在3st3内通过的路程为s=×4A=×4×4cm=24cm,.(2021·临漳一中月考)如图2甲所示,,竖直向上为正方向建立坐标轴,振子的位移x随时间t的变化如图乙所示,下列说法正确的是()=1s时,=1s时,振子的加速度为正的最大值答案C解析由振动图像可知,振子的振幅为2cm,周期为2s,故A、B错误;t=1s时,振子处于平衡位置,加速度为0,速度为正的最大值,故C正确,.(多选)如图3是一做简谐运动的物体的振动图像,下列说法正确的是()图3:..A2×10-×10-2s内通过的路程是60cmBCD1解析4×10-2s,A项错误;又=,所以f=25Hz,B项正确;由题图知T1物体振动的振幅A=10cm,C项正确;t=6×10-2s=1T,所以物体通过的路程为4A+2A2=6A=60cm,,下列说法中正确的是(),位置一定不变,,位置一定不变,,位置可能不变,,路程一定等于振幅的4倍答案A解析运动一个周期,振子完成一次全振动,回到起始位置,故位置一定不变,路程是振幅的4倍,故A正确;例如:振子从一端开始运动,经过半个周期,则振子恰好到达另一端点,3位置变化,故B错误;若从最大位移处与平衡位置之间的某点开始运动,运动周期时由于4速度不是均匀变化的,路程并不等于振幅的3倍,故C错误;只有振子振动一个周期时,路程才等于振幅的4倍,例如:振子回到出发点,但速度反向,则不是一个周期,路程不等于振幅的4倍,,其位移随时间变化的关系式为x=3sin(t+)cm,则()=,-=3cm,=rad/s,故周期为T==3s,A、B错误;t=,质点的位移为x=3sin(×+)cm=0,质点在平衡位置处,C错误;在t=0时刻质点342:..π=3cm,2s时质点的位移x=3sin(×2+)cm=-,故前2s内质点的位移32为-,.(多选)如图4所示,A、B为两简谐运动的图像,下列说法正确的是()、、,相位差为Δ=,选项A、.(多选)某质点做简谐运动,其位移随时间变化的关系式为x=Asint,则质点()=Asint可求得该质点的振动周期为T=8s,,反之为负,由图可以看出第1s末和第3s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3s末和第5s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,,,,则其振动频率为():..,故完成一个全1振动的时间为:T=++=,故频率为f==,,先后以同样的速度通过相距10cm的A、B两点,(如图5所示).过B点后再经过t=,质点以大小相等、方向相反的速度再次通过B点,则质点振动的周期是(),由振动的对称性可知:AB的中点(设为O)为平衡位置,A、B两点对称分1布于O点两侧,=×=(设为D)的时间t=×=,所以,质点从O到D的BD21时间:t=T=+=,所以T=,.(多选)如图6甲所示,弹簧振子以O点为平衡位置,在M、N两点之间做简谐运动,()=,=t)cm:..C==,==,,x-t图像中图线切线的斜率为负,说明振动物体的速度为负,即速度方向2π向左,A正确;由题图乙可知,==rad/s=,振幅为A=12cm,=Asinωt=12sin()cm,B正确;t==,振动物体分别在正向最大位移处和负向最大位移处,位移方向相反,其加速度方向相反,C错误;从t==,振动物体由正向最大位移处向平衡位置靠近,速度逐渐增大,.(多选)弹簧振子以O点为平衡位置做简谐运动,从振子通过O点时开始计时,,,则振子第三次通过M点还要经过的时间可能是()、C之间振动,如图甲,若振子开始先向左振动,+=×4s=s,则振子第三次通过M点还要经过的时间是t=s-=,若振子开始先向右振动,振子的振动周期为T=4×(+)s=,则振子第三次2通过M点还要经过的时间是t=-=,A、、B两质点做简谐运动的位移-:图7(1)质点A、B的振幅和周期;(2)这两个质点简谐运动的位移随时间变化的关系式;(3)在时间t=(1),,,周期为:...(2)的初相=,A2π由T===5πrad/s,AATA则质点A的位移表达式为x=(5πt+π)cm,Aπ质点B的初相φ=,B22π由T===,BBTBπ则质点B的位移表达式为x=(+)(3)将t==(+π)cmA22=-×cm=-cm,24π5x=(×+)cm=(π).(多选)如图8所示,轻弹簧上端固定,下端连接一小物块,,物块做简谐运动的表达式为x=()=0时刻,一小球从距物块平衡位置h高处自由落下;t=,=10m/()==,物块与小球运动方向相反AB2π2π解析简谐运动的周期是T==s=,选项B正确;t=,物块的位移为x=(×)m=-,则对小球h+|x|=gt2,解得h=,选项A正确;t==T,=,选项C错误;t==,此时物块在平衡位42置向下振动,则此时物块与小球运动方向相同,选项D错误.

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