2.2 振动的描述 课件-2024-2025学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

第2章 机械运动 第1节 振动的描述 汇报人： 1 请同学们说一下生活中常见的一些简谐振动，并说明这些简谐振动有什么不同？ 摆线上各点的振动是简谐振动 音叉叉股上各点的振动是简谐振动 弹簧片上各点的振动是简谐振动 新课导入 作者编号：43999 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。本节我们将学习描述振动特征的物理量，并用图像和公式描述简谐运动。 新课导入 作者编号：43999 1.知道振幅、周期和频率的概念,了解固有周期和固有频率。 2.掌握简谐运动图像的物理意义和应用。 3.掌握简谐运动的公式,了解相位的概念。 学习目标 学习目标 作者编号：43999 一、振动特征的描述 静止位置 振幅 ：即平衡位置 振动物体离开平衡位置的最大距离。 （1）定义： （3）单位: 在国际单位制中，单位是米（m）。 （2）特点：振幅的2倍表示振动物体运动范围的大小。 （4）物理意义： 振幅是描述振动强弱的物理量。 O O C B 1.振幅 新知学习 作者编号：43999 振幅 位移 定义 振动物体离开平衡位置的最大距离 从平衡位置指向振子所在位置的有向线段 二者关系 振幅等于位移的最大值 标矢性 标量 矢量 （5）振幅和位移的区别 O C B 一、振动特征的描述 新知学习 作者编号：43999 2.周期T和频率f C P （1）振动的周期性，是指振动物体经过一段时间之后又重新回到原来的 ，而且这种情况有规律的 出现。 (2)全振动：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， ，我们说物体完成了一次 。 振动路径上任一点P P→B→O→C→O →P 完成一次全振动 P→O→C→O→B →P 完成一次全振动 状态 重复 重新回到原来状态 全振动 一、振动特征的描述 新知学习 作者编号：43999 (3)周期 ①定义：物体完成一次 所经历的时间称为周期。用T表示。 ②物理意义：表示振动的 。 (4)频率 ①定义：在一段时间内，物体完成 的次数与这段时间之比称为频率。用 f 表示。 ②物理意义：表示振动的 。 ③单位：赫兹，符号为Hz。 (4)周期和频率的关系： 全振动 快慢 全振动 快慢 一、振动特征的描述 新知学习 作者编号：43999 (5)固有周期(固有频率)： ①定义：物体仅在 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)。 ②特点：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 。 一面锣、一根弦、一座桥、一幢楼……都有自己的固有周期和固有频率。 发声体的固有频率不同，发出的声音的音调也不同。 回复力 无关 一、振动特征的描述 新知学习 作者编号：43999 用数码照相机拍摄竖直方向弹簧振子的运动录像，得到分帧照片，依次排列得到图像。 t x O 思考：如何理解这就是振子的位移时间图象? 描述了振子在各时刻时相对于平衡位置的位移。 二、简谐运动的位移图像 新知学习 作者编号：43999 二、简谐运动的位移图像 1.通过实验描绘弹簧振子做简谐运动时的振动图像 纸上的图像可视为振子在振动过程中的位移—时间图像。 新知学习 作者编号：43999 第一个 周期： 时间t(s) 0 t0 2t0 3t0 4t0 5t0 6t0 位移x(cm) -20.0 -17.8 -10.1 0.1 10.3 17.7 20.0 第二个 周期： 时间t(s) 6t0 7t0 8t0 9t0 10t0 11t0 12t0 位移x(cm) 20.0 17.7 10.3 0.1 -10.1 -17.8 -20.0 利用描点法 2.x－t图像的建立 二、简谐运动的位移图像 新知学习 作者编号：43999 简谐运动的振动图像是一条正弦（或余弦）曲线。 3.x－t图像的特点 4.x－t图像的意义 5.x－t图像直接反映的信息(如图所示) 它能直观地表示做简谐运动物体的位移随时间按正弦（或余弦）规律变化的情况。 (1)振幅A：曲线在纵轴方向上的 等于振幅A。 (2)周期T：曲线中相邻两个相同状态间隔的时间等于周期T。 最大值 二、简谐运动的位移图像 新知学习 作者编号：43999 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t x B P O P′ C 6.从振动图像看周期 ①从经过平衡位置到下一次以相同速度经过平衡位置 ②从到达最大位移到下一次以相同速度到达最大位移 ③从任意位置到下一次以相同速度到达该位置 T 2T 二、简谐运动的位移图像 新知学习 作者编号：43999 二、简谐运动的位移公式 1.简谐运动的一般表达式为 表示振动质点相对于平衡位置的位移，表示振动时间． （2）表示简谐运动的振幅． （3）叫作简谐运动的角速度或圆频率，表示简谐运动的快慢. 新知学习 作者编号：43999 二、简谐运动的位移公式 2.简谐运动的表达式的特点 t/s x/m       振幅 圆频率 相位 新知学习 作者编号：43999 二、简谐运动的位移公式 3.相位：当(ωt＋φ)确定时，x＝Asin (ωt＋φ)的函数值也就确定了，即物体做简谐运动的位置状态就确定了。物理学中把(ωt＋φ)叫作相位。 φ是t＝0时的相位，称为初相位或初相。 4.相位差：指两个简谐运动的相位之差，可以反映出两个简谐运动的步调差异，经常用到的是两个具有相同频率的简谐运动的相位差。 两个具有相同ω的简谐运动，设其初相分别为φ1和φ2，其相位差 Δφ＝(ωt＋φ2)－(ωt＋φ1)＝φ2－φ1. （1）若Δφ=（ φ2 － φ1 ）>0， 则2的相位比1的超前； （2）若Δφ =（ φ2 － φ1 ）<0， 则2的相位比1的落后。 新知学习 作者编号：43999 二、简谐运动的位移公式 甲与乙的相位差为0，同相 步调一致 乙与丙的相位差为π， 反相 步调相反 特别提醒： 同相： Δφ＝0时，两运动步调完全相同 反相： Δφ＝π(或－π)时，两运动步调相反 甲 乙 丙 新知学习 作者编号：43999 1. 一质点做简谐运动的位移—时间图线如图所示．关于此质点的振动，下列说法中正确的是(　　) A．质点做简谐运动的表达式为cm B．在0.5～1.0 s时间内，质点向x轴正向运动 C．在1.0～1.5 s时间内，质点的动能在增大 D．在1.0～1.5 s时间内，质点的加速度在增大 D 【解析】由图像可知，质点振幅为5 cm，振动周期2.0 s，则＝π.因此，振动方程为cm；0.5～1.0 s时间内，质点向轴负向运动；1.0～1.5 s时间内，质点由平衡位置向轴负向运动，速度逐渐减小，动能逐渐减小，加速度逐渐增大．选项ABC错误，D正确． 课堂练习 当堂检测 作者编号：43999 2. 如图,点为弹簧振子的平衡位置,小球在间做无摩擦的往复运动。若小球从点第一次运动到点历时0.1 s,则小球振动的周期为 (　　) A.0.1 s　　　　　　　 B.0.2 s C.0.3 s D.0.4 s D 【解析】振子从点第一次运动到点的时间为0.1 s,对应的时间为一个周期的 ,故该弹簧振子的周期为0.4 s,D正确。 课堂练习 当堂检测 作者编号：43999 3. 某质点做简谐运动,其位移随时间变化的关系式为=10sin cm,下列说法正确的是 (　　) A.该质点振动周期为4 s B.该质点振幅10 cm C.第1 s 末和第5 s 末质点的位移相同 D.2 s 内质点通过的路程一定为10 cm B 【解析】根据10sin cm得: rad/s,则该质点振动周期 =8 s,则A错误。该质点振幅10 cm,则B正确。将1 s和 s分别代入x=10sin cm得,位移分别为10sin cm和-10sin cm,则C错误。由于t=2 s= ,所以2 s内质点通过的路程可能小于一个振幅,也可能大于或等于一个振幅,则D错误。故选B。 课堂练习 当堂检测 作者编号：43999 课堂小结 课堂总结 作者编号：43999 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Asineq \f(2π,T)t $$