2.2振动的描述 课件-2025-2026学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦简谐运动的描述，从生活中常见的简谐振动实例（如音叉、弹簧振子）引入，通过问题引导学生思考振动特性，逐步构建振幅、周期、频率等物理量概念，衔接位移图象与公式，形成完整知识脉络。 其亮点在于融合物理观念与科学思维培养，通过对比位移与振幅、定义全振动等深化理解，“做一做”实验（测量不同振幅下的周期）落实科学探究。例题（如振动图象的位移、路程计算）助力知识应用，既降低学生理解难度，又为教师提供结构化教学支持。

第2节 振动的描述 课堂引入 问题： 有些物体的振动可以近似为简谐运动，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？ ？ 掌握简谐运动振幅的物理意义。  掌握简谐运动周期、频率的物理意义。  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 （1）振幅：描述简谐运动的物理量——振幅 一、 振动特征的描述 静止位置：即平衡位置 振子振动范围的大小，就是振幅的两倍2A。  意义：振幅是描述振动强弱的物理量，常用字母A表示。 位移：表示振动质点某时刻离开平衡位置的大小与方向。 定义：振动物体离开平衡位置的最大距离，叫做振动的振幅，单位是m。 描述简谐运动的物理量——振幅 如图，在竖直弹簧振子的简谐运动中 O点为平衡位置，小球运动的最高点 和最低点分别是M点和M’点 其振幅为：A=XOM 区分振幅和位移 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。 对于一个给定的振动： （2）周期和频率 经过一个周期，振动物体的振动状态完全恢复 描述简谐运动的物理量——周期和频率 周期T：做简谐运动的物体完成一次全振动所需的时间，单位：s。 一次全振动：振动物体从某一初始状态开始，再次回到初始状态（即位移、速度均与初态完全相同）所经历的过程。 频率f：单位时间内完成的全振动的次数，单位：Hz。 定义：做简谐运动的物体完成一次全振动所需的时间。 周期T: 物理意义：描述振动快慢的物理量。 简谐运动的振幅 单位：国际单位秒（s）。 经过一个周期，振动物体的振动状态完全恢复 定义：单位时间内完成全振动的次数，单位：Hz。 频率 f: 物理意义：描述振动快慢的物理量。 周期和频率之间的关系： 周期越小，频率越大，运动越快。 O A B C D （请点击小球） 一次全振动：振动物体从某一初始状态开始，再次回到初始状态（即位移、速度均与初态完全相同）所经历的过程。 简谐运动的周期公式： 简谐运动的周期和频率由振动系统本身的因素决定，与振幅无关。 做一做 测量小球振动的周期 如图弹簧上端固定，下端悬挂钢球。把钢球从平衡位置向下拉一段距离 A，放手让其运动，A 就是振动的振幅。用停表测出钢球完成 n 个全振动所用的时间 t，nt 就是振动的周期。n 的值取大一些可以减小测量误差。再把振幅减小为原来的一半，用同样的方法测量振动的周期。 测量小球振动的周期 影响简谐运动周期大小的因素 (1)弹簧振子：弹簧振子是指小球和弹簧所组成的系统，是一种理想化模型。 (2)振子模型：常见的有水平弹簧振子和竖直弹簧振子。如图所示，图中球与杆之间的摩擦力及空气阻力可以忽略，且弹簧的质量与小球的质量相比可以忽略。 弹簧振子的周期由振动系统本身的质量和劲度系数决定，而与振幅无关，所以常把周期和频率叫做固有周期和固有频率。 【思考探究】 如图甲所示，使漏斗在一个固定的竖直平面内摆动(摆角很小，可认为是简谐运动)，漏斗内装有细沙，沿垂直于该平面的OO1方向匀速拉动薄板，请思考以下问题： (1)细沙在薄板上形成什么形状的曲线？ (2)以速度v拉动木板时，我们得到的是乙图中的哪幅图？以速度2v拉动木板时，我们得到的是乙图中的哪幅图？ 二、简谐运动的位移图象 简谐运动图象 1.图像的含义：表示做简谐运动的某一质点各个时刻的位移，不是振动质点的运动轨迹. 2.图像的识别：如图所示 (1)比较质点任意时刻的位移大小和方向. (2)比较质点任意时刻的速度大小和方向. 例1、如图所示是某质点做简谐运动的振动图象，根据图象中的信息 ，回答下列问题： 质点在第2s末的位移是多少？ 质点在第2s内的位移是多少？ 前4s内的路程和平均速度各为多少？ 零 第2s内 -10cm x＝10+10+10+10 cm＝40 cm s＝0 cm 三、简谐运动的位移公式 振幅 圆频率 初相位 相位 1．式中x表示振动质点相对平衡位置的位移． 2．式中A表示振幅． 3．式中ω叫做圆频率，描述的都是振动的快慢 4．式中(ωt＋φ)表示相位，相当于一个角度，相位每增加2π，意味着物体完成了一次全振动． 5．式中φ表示t＝0时简谐运动质点所处的状态，称为初相位或初相． 6．相位差：即某一时刻的相位之差．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. 特别提醒：相位差的取值范围一般为－π≤Δφ≤π，当Δφ＝0时两运动步调完全相同，称为同相，当Δφ＝π(或－π)时，两运动步调相反，称为反相． 三、简谐运动的表达式 例4、(多选)物体A做简谐运动的振动位移xA＝3sin(100t＋ )m,物体B做简谐运动的振动位移xB＝5sin(100t＋ )m,比较A、B的运动(　　) A．振幅是矢量，A的振幅是6 m，B的振幅是10 m B．周期是标量，A、B的周期都是100 s C．A振动的频率fA等于B振动的频率fB D．A的相位始终超前B的相位 A是3m，B是5m A是3m，B是5m CD 例2、一物体沿x轴做简谐运动，振幅为8 cm，频率为0.5 Hz，在t＝0时位移是4 cm.且向x轴负向运动，试写出用正弦函数表示的振动方程． 解析 x＝Asin(ωt＋φ) A＝8cm f＝0.5Hz x＝0.08 sin(πt＋φ)m ω＝2πf=π 将t＝0时，x＝0.04 m代入得 0.04＝0.08 sinφ 解得初相φ＝ 或 . 位移在减小 所求振动方程为： 1、(多选)如图所示，弹簧振子以O为平衡位置，在BC间振动，则 (　　) A．从B→O→C→O→B为一次全振动 B．从O→B→O→C→B为一次全振动 C．从C→O→B→O→C为一次全振动 D．OB的大小不一定等于OC 路程为4个振幅 一定 AC 2、两个简谐运动分别为x1＝4asin(4πbt＋ )和x2＝2asin(4πbt＋ )，求它们的振幅之比，各自的频率，以及它们的相位差。 解析 振幅之比＝ x＝Asin(ωt＋φ) 两者频率均为： 两者相位差为： 两振动为反相 3、一质点在平衡位置O附近做简谐运动，从它经过平衡位置起开始计时，经0.13 s质点第一次通过M点，再经0.1 s第二次通过M点，则质点振动周期是多少？ 解析 (1)若质点从O点向右运动到M点， 如甲、乙图所示 O→M→A历时0.18s 根据对称性可得到周期T1＝4×0.18 s＝0.72 s (2)若质点从O点向左运动到M点，如丙图所示 由O→A→M历时t1＝0.13 s 由M→A历时t2＝0.05 s， 谢谢观看 $