第二章 第2节 振动的描述(Word教参)-【优化指导】2023-2024学年新教材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 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 知道振幅、周期和频率的概念，了解全振动的含义，了解相位的概念。 1.知道简谐运动图像的物理含义，知道简谐运动的图像是一条正弦或余弦曲线，了解振动图像在实际生活中的应用。 2．知道简谐运动的公式x＝Asin ωt，知道什么是简谐运动的圆频率，知道简谐运动的圆频率和周期的关系。 通过描点和实验两种方式探究简谐运动的振动图像，探究简谐运动的位移公式。 知道振动图像在生产、生活中的应用。 [对应学生用书P31] 知识点一 振动特征的描述 1.振幅(A)❶ (1)定义：振动物体离开平衡位置的最大距离，用A表示。 (2)物理意义：表示振动强弱的物理量。 2．周期(T)和频率(f) (1)周期：做简谐运动的物体完成一次全振动❷所经历的时间，用T表示。 (2)频率：物体完成全振动的次数与这段时间之比，用f表示。 (3)周期和频率的关系：f＝❸。 (4)固有周期(固有频率)❹：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)。 1．振幅就是指振子的位移。 (　　×　　) 2．振幅随时间做周期性变化。(　　×　　) 3．物体两次通过平衡位置相隔的时间称为周期。 (　　×　　) 知识点二 简谐运动的位移图像❺ 1.图像的建立：建立平面直角坐标系，以横坐标表示时间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。 2．图像的特点：简谐运动的振动图像是一条正弦(或余弦)曲线。 1．简谐运动的振动图像都是正弦或余弦曲线。(　　√　　) 2．从简谐运动的振动图像上，可以看出振子的运动轨迹。(　　×　　) 3．利用简谐运动的振动图像，可知其振动周期和振幅。(　　√　　) 知识点三 简谐运动的位移公式 1.物体的位移x与时间t之间的关系：x＝Asin ωt❻。 2．圆频率ω与周期之间的关系：ω＝。 1．x＝Asin ωt中的A为振幅，是矢量。 (　　×　　) 2．简谐运动的表达式x＝Asin(ωt＋φ)中，ωt＋φ的单位是弧度。(　　√　　) 批注❶：简谐运动的位移是矢量，振幅是标量。所以振幅等于最大位移的数值，但是最大位移并不是振幅。 批注❷：如图所示，做简谐运动的物体由B点经过O点到达C点，再由C点经过O点返回B点，重新回到原来的状态，我们说物体完成了一次全振动。 批注❸：周期和频率都是表示振动快慢的物理量。频率的单位是赫兹，符号为Hz。 批注❹：固有周期(或固有频率)是振动系统本身的属性，与物体是否振动无关。 批注❺：直观地表示做简谐运动的物体，其位移随时间按正弦(或余弦)规律变化的情况，在图像上可表示出振幅A和周期T(如图所示)。 批注❻：(1)x表示振动的质点相对于平衡位置的位移，t表示振动时间。 (2)A表示简谐运动的振幅。 (3)ω叫作简谐运动的角速度(或圆频率)，表示简谐运动的快慢，ω＝＝2πf。 [对应学生用书P32] 探究点一　对振动特征描述的理解　(科学思维之提升) ►情境探究 如图所示为理想弹簧振子，O点为它的平衡位置，其中A、A′点关于O点对称。 (1)从某一时刻振子经过O点开始计时，至下一次再经过O点的时间是一个振动周期吗？ 提示：不是。经过一个周期，振子一定从同一方向再次经过O点，即经过一个周期，振子的位移、速度第一次均与初始时刻相同。 (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的位移相同吗？经过的路程相同吗？ 提示：周期相同，振动的周期决定于振动系统本身，与振幅无关；位移相同，均为0；路程不相同，一个周期内振子通过的路程与振幅有关。 (3)弹簧振子完成一次全振动经过的路程与振幅之间存在怎样的关系？ 提示：路程等于4倍的振幅。 ►探究归纳 1．全振动的四个特征 (1)物理量特征：完成一次全振动后，位移(x)、加速度(a)、速度(v)三者第一次同时与初始状态相同。 (2)时间特征：历时一个周期。 (3)路程特征：振幅的4倍。 (4)相位特征：增加2π。 2．振幅与位移、路程、周期的关系 (1)振幅与位移：振动中的位移是矢量，振幅是标量。在数值上，振幅与振动物体的最大位移大小相等，但在同一简谐运动中振幅是确定的，而位移随时间周期性地变化。 (2)振幅与路程：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倍振幅，半个周期内的路程为2倍振幅。 (3)振幅与周期：在简谐运动中，一个确定的振动系统周期(或频率)是固定的，与振幅无关。 ►对点例练 (2021·陕西西安高新第二中学高二期中)如