第2章 第2节 振动的描述（课件PPT）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第一册（鲁科版2019）

第2节　振动的描述 核心素养导学 物理观念 (1)知道什么是振幅、周期、频率，掌握周期和频率的关系。 (2)掌握简谐运动的位移公式，知道圆频率和相位的概念。 科学思维 学会用数学表达式和图像描述简谐运动，理解图像的物理意义。 科学探究 经历描绘简谐运动的振动图像的实验过程，能分析数据、发现特点、形成结论。 一、振动特征的描述 1．振幅(A) (1)定义：振动物体离开__________的最大距离，用A表示。 (2)物理意义：表示振动______的物理量，是标量。 2．全振动 物体从某一初始状态开始到第一次回到这一状态的过程。 3．周期(T)和频率(f) (1)周期(T)：振动物体完成_____________所经历的时间。 平衡位置 强弱 一次全振动 时间 无关 振动快慢 二、简谐运动的位移图像 1．坐标系的建立 以横轴表示做简谐运动的物体运动的______，纵轴表示做简谐运动的物体运动过程中相对于_________的位移x。 2．图像的特点 简谐运动的振动图像是一条_____ (或余弦)曲线，如图所示。 3．图像意义 表示做简谐运动的物体在任意时刻相对于平衡位置的______。 时间t 平衡位置 正弦 位移 Asin ωt Asin(ωt＋φ0) 平衡位置 振幅 ωt＋φ0 初相位 2．如图所示为甲、乙两个弹簧振子做简谐运动的图像。则： (1)振幅：A甲＝___ m，A乙＝_________ m； (2)周期：T甲＝__ s，T乙＝________ s； (3)频率：f甲＝_____Hz，f乙＝____Hz； (4)两个简谐运动中，振动较快的为____ (选填“甲”或“乙”)； (5)在甲振动中，t＝3 s时，位移为_____ m，3 s 内振子通过的路程为__ m。 2 2×10－2 4 4×10－1 0.25 2.5 乙 －2 6 3 0.02 新知学习(一)|描述简谐运动的物理量 [任务驱动] 如图所示为弹簧振子，O为它的平衡位置，将振子拉到A点 由静止释放，观察振子的振动；然后将振子拉到B点由静止释放，再观察振子的振动。 (1)两次振动有什么差别？用什么物理量来描述这种差别？ (2)用秒表分别记录完成50次往复运动所用的时间，两种情况下是否相同？每完成一次往复运动所用时间是否相同？这个时间有什么物理意义？ 提示：(1)第二次振动的幅度比第一次振动的幅度大，用振幅来描述振动幅度的大小。 (2)两种情况下所用的时间是相同的。每完成一次往复运动所用的时间是相同的。这个时间表示振动的快慢。　　 [重点释解] 1．对全振动的理解 正确理解全振动的概念，应注意把握全振动的五种特征： (1)振动特征：一个完整的振动过程。 (2)物理量特征：位移(x)、加速度(a)、速度(v)三者第一次同时与初始状态相同。 (3)时间特征：历时一个周期。 (4)路程特征：振幅的4倍。 (5)相位特征：增加2π。 2．简谐运动中振幅和几个常见量的关系 (1)振幅和振动系统能量的关系：对一个确定的振动系统来说，系统能量仅由振幅决定，振幅越大，振动系统能量越大。 (2)振幅与位移的关系 ①在同一简谐运动中振幅是不变的，而位移却时刻变化。 ②振幅是标量，位移是矢量，其方向是由平衡位置指向振动物体所在位置。 ③振幅在数值上等于位移的最大值。 (3)振幅与路程的关系：振动中的路程是标量，是随时间不断增大的。其中常用的定量关系是：一个周期内的路程为4倍的振幅，半个周期内的路程为2倍的振幅。 (4)振幅与周期的关系：在简谐运动中，一个确定的振动系统的周期(或频率)是固定的，与振幅无关。 [典例体验] [典例]　(2021·河北高考)如图，一弹簧振子沿x轴做简谐运动，振子零时刻向右经过A点，2 s后第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，2 s内经过的路程为5.6 m。该弹簧振子的周期为________s，振幅为________m。 [解析]　根据简谐运动对称性可知，振子零时刻向右经过A点，2 s后第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，则A、B两点关于平衡位置对称，而振子经过了半个周期的运动，则周期为T＝2t＝4 s。从A到B经过了半个周期的振动，路程为s＝5.6 m，而一个完整的周期路程为2s，为4个振幅的路程，有4A＝2s，解得振幅为A＝2.8 m。 [答案]　4　2.8 12 [针对训练] 1．关于描述简谐运动的物理量，下列说法正确的是 (　 ) A．振幅等于四分之一个周期内的路程 B．周期是指振动物体从任一位置出发又回到这个位置所用的时间 C．一个全振动过程中，振子的位移大小等于振幅的四倍 D．频率是50 Hz时，1 s内振动物体速度方向改变100次 解析：由于平衡位置附近速度较