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高二物理:描述简谐运动的物理量

来源:101教育网整理 2017-09-26 字体大小: 分享到:

高二物理:描述简谐运动的物理量

1、振幅A

如果我们要乘车,我想大家都愿意坐小汽车,而不坐拖拉机,因为拖拉机比小汽车颠簸得厉害。

演示:在铁架台上悬挂一竖直方向的弹簧振子,分别把振子从平衡位置向下拉不同的距离,让振子振动。

现象:①两种情况下,弹簧振子振动的范围大小     

振子振动的强弱     

在物理学中,我们用振幅来描述物体的振动强弱。

1)物理意义:振幅是描述振动强弱的物理量。

将音叉的下部与讲桌接触,用橡皮槌敲打音叉,一次轻敲,一次重敲,听它发出的声音的强弱。

2)定义:振动物体离开平衡位置的最大距离,叫做振动的振幅。

3)单位:在国际单位制中,振幅的单位是米(m)。

4)振幅和位移的区别:

振幅是指振动物体离开平衡位置的最大距离;而位移是振动物体所在位置与平衡位置之间的距离。

对于一个给定的振动,振子的位移是时刻变化的,但振幅是不变的。

位移是矢量,振幅是标量。

振幅等于最大位移的数值。

5)振幅的两倍(2A)表示振动物体运动范围

   注意

       T内通过的路程一定是4A T/2内通过的路程一定是2A T/4内通过的路程不一定是A

2、周期和频率:

1)全振动

image.png

O点开始,一次全振动的完整过程为:O→A→O→A′→O

A点开始,一次全振动的完整过程为:               

A'点开始,一次全振动的完整过程为:                

在判断是否为一次全振动时不仅要看是否回到了原位置,而且到达该位置的振动状态(速度)也必须      ,才能说完成了一次全振动。只有物体振动状态再次恢复到与起始时刻完全相同时,物体才完成一次全振动。

振动物体以相同的速度相继通过同一位置所经历的过程,也就是连续的两次位置和振动状态都相同时所经历的过程,叫做一次全振动。

一次全振动是简谐运动的最小运动单元,振子的运动过程就是这一单元运动的不断重复。

2)周期和频率

演示:在两个劲度系数不同的弹簧下挂两个质量相同的小球,让这两个弹簧振子以相同的振幅振动,观察到振子振动的快慢不同。

为了描述简谐运动的快慢,引入了周期和频率。

周期:做简谐运动的物体完成一次全振动所需的时间,叫做振动的周期,单位:s

频率:单位时间内完成的全振动的次数,叫频率,单位:Hz1Hz=1 S1

周期和频率之间的关系:T=1/f

研究弹簧振子的周期

问题:猜想弹簧振子的振动周期可能由哪些因素决定?

演示:两个不同的弹簧振子,初相位相同(弹簧不同,振子小球质量也不同)。

现象:两个弹簧振子的振动不同步,说明它们的周期不相等。

猜想:影响弹簧振子周期的因素可能有:振幅、振子的质量、弹簧的劲度系数。

注意事项:

a.介绍秒表的正确读数及使用方法。

b.应选择振子经过平衡位置的时刻作为开始计时的时刻。

c.振动周期的求解方法:T=image.png t表示发生n次全振动所用的总时间。

实验验证:弹簧一端固定,另一端系着小球,让小球在竖直方向上振动。

实验一:用同一弹簧振子,质量不变,振幅较小与较大时,测出振动的周期T1T1

结论:弹簧振子的振动周期与振幅大小无关。

实验二:用同一弹簧,拴上质量较小和较大的小球,在振幅相同时,分别测出振动的周期T2T2,并进行比较。

结论:弹簧振子的振动周期与振子的质量有关,质量较小时,周期较小。

实验三:保持小球的质量和振幅不变,换用劲度系数不同的弹簧,测出振动的周期T3T3′

结论:弹簧振子的振动周期与弹簧的劲度系数有关,劲度系数较大时,周期较小。

综合结论: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。

(简谐运动的周期公式T=2πimage.png,式中m为振子的质量,k为比例常数)

固有周期和固有频率

对一个确定的振动系统,振动的周期和频率只与振动系统本身有关,所以把周期和频率叫做该振动固有周期和固有频率。


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