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

该高中物理课件聚焦机械振动的描述，涵盖振幅、周期、频率、位移图像及相位等核心知识点。通过生活中简谐振动实例（音叉、弹簧片等）提问导入，引导学生从具体现象过渡到抽象概念，结合对比表格（振幅与位移、路程）和实验操作（测量小球振动周期）搭建学习支架。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，通过“测量小球振动周期”实验及视频验证固有周期，用匀速圆周运动投影类比简谐运动建构模型，结合相位差分析培养推理能力。采用实例辨析（如振幅与位移对比）和例题练习，帮助学生深化物理观念，教师可借助结构化资源提升教学效率。

第二章 机械振动 第2节 振动的描述 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 一：振动特征的描述 振幅 振幅 O 振动 （1）定义：振动物体离开平衡位置的最大距离，常用字母A表示，国际单位：m。 振幅的两倍 2A 表示振动物体运动范围的大小。 ∣OM∣＝∣OM′∣＝A （2）物理意义： 表示振动物体振动强弱的物理量，振幅越大，表示振动越强。 ★注意：振幅是标量，只有大小，没有方向，它等于振子最大位移的大小。 振幅与位移、路程的比较 振幅 位移 路程 定义 矢、标性 变化 联系 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 运动轨迹的长度 标量 矢量 标量 在稳定的振动系统中不发生变化 大小和方向随时间做周期性变化 随时间增加 (1)振幅等于位移最大值的数值；(2)振子在一个周期内的路程等于4个振幅；而振子在一个周期内的位移等于零。 （1）全振动 如果从振动物体向右通过O的时刻开始计时，它将运动到M，然后向左回到O，又继续向左运动到达M′，之后又向右回到O。这样一个完整的振动过程称为一次全振动。 M′ M O x P0 若从图中P0点向右运动开始计时，经历的一次全振动应为P0→M→P0→O→M′→O→P0。 M′ M O x 注意：不管以哪里作为开始研究的起点。做简谐运动的物体完成一次全振动的时间总是相同的。 2.周期和频率 ①定义：物体完成一次全振动所经历的时间。 （2）周期 ②物理意义：描述振动快慢的物理量。 简谐运动的周期 ③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 ①定义：物体在单位时间内完成全振动的次数，单位：Hz。 （3）频率 ②物理意义：描述振动快慢的物理量。 ③周期和频率之间的关系： 周期越小，频率越大，运动越快。 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 ，放手让其运动， 就是振动的振幅。用停表测出钢球完成 个全振动所用的， 就是振动的周期。 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 测量小球振动的周期视频 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。 建立平面直角坐标系，横坐标表示时间t，纵坐标表示弹簧振子相对 的位移x。根据数据所得的图像为弹簧振子做简谐运动的 ，也称为 。 平衡位置 位移—时间图像 振动图像 1.描点法 二：简谐运动的位移图像 为什么要匀速拖动白纸？ 2.描图记录法 用纸带上相同位移表示相等的时间。 (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。 （1）x－t图像的特点 简谐运动的振动图像是一条正弦(或余弦)曲线。 （2） x－t图像的意义 能直观地表示做简谐运动物体的 随时间按正弦(或余弦)规律变化的情况。 （3） x－t图像直接反映的信息(如图所示) 位移 最大值 简谐运动物体的位移x与运动时间t之间满足正弦（或余弦）函数关系，位移时间图像是一个正弦 （或余弦） 曲线，那么你能写出它的表达式吗？ 三：简谐运动的位移公式 说明：角速度ω叫作简谐运动的 ，表示简谐运动的 ， ω＝＝ (与周期T和频率f的关系)。 圆频率 快慢 2πf 固定在竖直圆盘上的小球 P 随着圆盘以角速度ω做匀速圆周运动，一束平行光自上而下照射小球，在圆盘下方的屏上可观察到小球投影的运动。 观察到的现象: 小球投影以圆盘圆心在屏上的投影为平衡位置，以小球做圆周运动的半径为振幅（用A表示），来回振动。小球运动一周，投影完成一次全振动。 平行光 思考与讨论1：匀速圆周运动与简谐运动有联系吗？ 思考与讨论2： x=Asinωt 中的ω是角速度吗？ 以圆盘圆心O的投影为坐标原点，建立如图所示的坐标系，以小球 P 在圆盘最上端的时刻作为计时零点，则小球P在 x 轴上的投影偏离点O 的位移随时间变化的关系为: 小球在屏上投影的运动为简谐运动 角速度ω常被称为简谐运动的圆频率。它与简谐运动周期之间的关系为 相位：描述周期性运动在某个时刻的状态。表示物体振动的步调。 初相： φ （t = 0 时的相位） x1 = A2sin（t + 1 ） x2 = A2sin（t + 2 ） 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 。 （1）取值范围：－πΔφ π. （3）Δφ 0，表明两振动步调完全相同，称为同相。 Δφπ，表明两振动步调完全相反，称为反相。 （2）Δφ > 0，表示振动2比振动1超前。 Δφ < 0，表示振动2比振动1滞后。 解：(1)B、C 相距 20 cm，知小球的振幅为 10 cm； 经过 B 点时开始计时，经过 0.5 s 首次到达 C 点，知周期为1 s ； 由ω＝2πf 知，ω＝2π；小球的初相位为 ； 综上知小球的振动表达式为 例题：如图，弹簧振子的平衡位置为 O 点，在 B、C两点之间做简谐运动。B、C 相距 20 cm。小球经过 B 点时开始计时，经过 0.5 s 首次到达 C 点。 (1)画出小球在第一个周期内的 x-t 图像。 (2)求 5 s 内小球通过的路程及 5 s 末小球的位移。 (2)由于振动的周期 T ＝ 1s， 所以在时间 t ＝ 5s 内，小球一共做了 5 次全振动。 振动物体在一个周期内的路程一定为 4A= 0.4 m， 所以小球运动的路程为 s ＝ 5×0.4 m ＝ 2 m ； 经过 5 次全振动后，小球正好回到 B 点，所以小球的位移为 0.1 m。 1. 有一个在光滑水平面内的弹簧振子，第一次用力把弹簧压缩x后释放让它振动，第二次把弹簧压缩2x后释放让它振动，则先后两次振动的周期之比和振幅之比分别为（　　） A．1∶1，1∶1 B．1∶1，1∶2 C．1∶4，1∶4 D．1∶2，1∶2 B 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 3.周期为2 s的简谐运动，在30 s内通过的路程是60 cm，则在此时间内振子经过平衡位置的次数和振子的振幅分别为(　　) A.15次　2 cm B.30次　1 cm C.15次　1 cm D.60次　2 cm B 4.(多选)物体A做简谐运动的振动方程是xA=3sinm，物体B做简谐运动的振动方程是xB=5sinm。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周期相等，都为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 CD $