振幅周期和频率

高二物理简谐振动 振幅、周期、频率 知识精讲 人教版一. 本周教学内容：第九章 第一节 简谐振动 第二节 振幅、周期、频率二. 知识要点：知道什么是简谐运动以与物体做简谐运动回复力特点，理解位移和回复力的概念，理解简谐运动在一次全振动中位移、回复力、加速度和速度的变化情况。

理解弹簧振子概念与实际物体运动抽象为弹簧振子的条件。

理解回复力kx F -=的意义。

知道振幅、周期、频率是描述振动整体特征的物理量，知道它们的物理意义，理解振幅和位移的区别，理解周期和频率的关系，知道什么是固有周期和固有频率。

三. 重点、难点解析： 1. 机械振动：物体〔或物体的一局部〕在某一位置附近做往复运动，叫做机械振动，简称振动。

物体受力满足2条才能做振动①是每当物体离开振动的中心位置就受到回复力作用力；②是运动中其它阻力足够小。

描述振动的名词。

① 平衡位置：物体振动停止时的位置也就是静止平衡的位置。

② 回复力：振动物体离开平衡位置就受到一个指向平衡位置的力，叫回复力。

回复力是力的作用效果命名的。

它可以是一个力，也可以是某个力的分力或者几个力的合力。

只要物体离开平衡位置回复力就不为零，方向指向平衡位置。

③ 振动位移：以平衡位置为原点〔起点〕的位移。

数值为从平衡到振动物体达到的位置的直线距离方向由平衡位置指向物体位置。

④ 一次全振动：物体以一样的速度经某位置，又以一样的速度回到同一位置，叫完成一次全振动。

2. 简谐振动：① 弹簧振子：一轻弹簧连接一质点，质点运动时不受摩擦阻力。

这样的装置叫弹簧振子。

弹簧振子沿水平方向运动过程分析，取水平坐标轴，平衡位置为原点。

弹簧处原长状③ 回复力：kx F -=。

④ 简谐运动的定义：质点在跟偏离平衡位置的位移成正比，并总指向平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐运动。

⑤ 简谐运动的动力学特征：kx F -=。

⑥ 运动学特征：x mka -=是变加速运动。

⑦ 整体特征与运动学量变化规律：位移、加速度、速度都按周期性变化。

三角函数的振幅,周期,频率,相位,初相三角函数是数学中最重要的函数之一，可以用来表示和描述曲线的特征。

它在工程领域有着重要的应用，特别是在音频技术，电力学和信号处理中。

本文旨在介绍三角函数的振幅、周期、频率、相位以及初相，以帮助读者更好地理解由三角函数描述的曲线、频率与相位的概念。

首先，三角函数的振幅是指函数的最大值减去最小值的距离，即振幅定义为A = ( f (t0 + t) - f (t0))，其中t0为函数的最大值，t为函数的最小值。

在数学中，常用振幅来表示三角函数，如A = sin(θ)，表示sin(θ)的振幅为1。

其次，三角函数的周期是指曲线在单位时间内完成的循环次数，一般而言，周期的长短取决与函数的参数。

通常情况下，三角函数的周期为2π，即每隔2π距离（也就是2π时间），曲线会完成一次循环。

接着，三角函数的频率是指曲线在单位时间内完成的循环次数的倒数，频率也就是函数的周期的倒数，即 T = 1/f，其中T为函数的周期，f为函数的频率。

测量电子设备信号时经常会用到频率，例如声音频率为20Hz-20kHz，其中Hz为赫兹，表示频率的单位。

此外，三角函数的相位是指曲线的形状在时间上的位移，即在一个固定的时间段内曲线开始的起点有所变化。

此外，曲线的相位也可以指定曲线在某一点开始的值，有时也指定曲线最高/低点出现时点，相位可以用角度来表示，取值范围为0°-360°，一般而言，用相位可以确定曲线的形状与大小。

最后，三角函数的初相是指函数在原点开始时的相位角度，也就是用角度度量其在曲线起点的位移，通常用Φ表示，取值范围是0°-360°。

初相的变化会导致曲线的形状发生变化，在信号处理中，初相的变化也可能引发信号翻转，从而可以来控制曲线的行为。

综上所述，三角函数振幅、周期、频率、相位以及初相是描述曲线特征的重要参数，准确掌握这些参数能够帮助人们更好地掌握曲线特征，进而更好地运用三角函数的技术，更好地适应工程领域的实际应用。

振动分析中常用的计算公式在振动分析中，有许多常用的计算公式，以下是一些常见的计算公式和它们的应用。

1. 频率（Frequency）计算公式：频率是指振动系统中单位时间内的往复运动次数。

频率的计算公式为：f=1/T其中，f为频率，T为周期，频率的单位是赫兹（Hz）。

2. 周期（Period）计算公式：周期是指振动系统中一个完整循环所需的时间。

周期的计算公式为：T=1/f其中，T为周期，f为频率，周期的单位是秒（s）。

3. 振幅（Amplitude）计算公式：振幅是指振动系统中最大偏离平衡位置的距离。

振幅的计算公式为：A = (x1 + x2 + ... + xn) / n其中，A为振幅，xi为第i个测量值，n为测量次数。

4. 谐振频率（Resonant Frequency）计算公式：谐振频率是指在没有外力作用下，振动系统自然地振动的频率。

谐振频率的计算公式为：f=√(k/m)/(2π)其中，f为谐振频率，k为系统的弹性系数（刚度），m为系统的质量，谐振频率的单位是赫兹（Hz）。

5.等效刚度（Equivalent Stiffness）计算公式：等效刚度是指在多个弹簧（或多个质量）连接的振动系统中，与整个系统的振动特性相同的单个刚度。

等效刚度的计算公式为：keq = k1 + k2 + ... + kn其中，keq为等效刚度，ki为第i个弹簧（或质量）的刚度。

6.等效质量（Equivalent Mass）计算公式：等效质量是指在多个质量连接的振动系统中，与整个系统的振动特性相同的单个质量。

等效质量的计算公式为：meq = m1 + m2 + ... + mn其中，meq为等效质量，mi为第i个质量。

7. 阻尼比（Damping Ratio）计算公式：阻尼比是指振动系统中阻尼力与临界阻尼力之比。

阻尼比的计算公式为：ζ = c / (2√(mk))其中，ζ为阻尼比，c为阻尼系数，m为质量，k为刚度。

8. 动力响应（Dynamic Response）计算公式：动力响应是指系统在受到外界力作用时的振动响应。

振幅、周期和频率例题解析(1)对称法破解周期计算问题．简谐运动具有对称性，如物体在平衡位置两侧的对称点上，回复力大小、加速度大小、位移大小、速度大小、动能和势能都各自分别相等．对称性还表现在过程量的相等上，如从某点到达最大位置和从最大位置再回到这一点所需要的时间相等；质点从某点向平衡位置运动时，到达平衡位置的时间和它从平衡位置再运动到这一点的对称点所用的时间相等；振动物体在关于平衡位置对称的任意两段上运动所需的时间相等．[例1] 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，则质点振动周期的可能值为多大？解析:将物理过程模型化．画出具体化的图景如图9—2—3所示．设质点从平衡位置O 向右运动到M 点，那么质点从O 到M 运动时间为0.13 s ，再由M 经最右端A 返回M 经历时间为0.1 s ；如图9—2—4所示．图9—2—3 图9—2—4 图9—2—5另外有一可能就是M 点在O 点左方，如图9—2—5所示，质点由O 点经最右方A 点后向左经过O 点到达M 点历时0.13 s ，再由M 点向左经最左端A ′点返回M 点历时0.1 s ．根据以上分析，质点振动周期共存在两种可能性．如图9—2—4所示，可以看出O →M →A 历时0.18 s ，根据简谐运动的对称性，可得到T 1＝4×0．18 s ＝0.72 s ．另一种可能如图9—2—5所示，由O →A →M 历时t 1＝0.13 s ，由M →A ′历时t 2＝0.05 s ．设M →O 历时t ，则4(t ＋t 2)＝t 1＋2t 2＋t ．解得t ＝0.01 s ，则T 2＝4(t ＋t 2)＝0.24 s ．所以周期的可能值为0.72 s 和0.24 s ．点评：本题考虑问题要全面，不要漏解，最常丢掉的那个可能周期值为0.24 s ．另外，求解本题必须理解在实际振动过程中，哪一段上所用的时间为一个周期．并且为解问题形象直观，一般要画出过程示意图．(2)2倍振幅法破解振子路程的计算问题．简谐运动的物体，在一个T 内的路程为4个振幅，2T 内的路程为2个振幅，故当物体在Δt ＝n 2T (n ＝1，2，3…)时间内通过的路程s 为：s ＝2nA (n ＝1，2，3…)．这种计算质点振动中通过路程的方法，称作2倍振幅法．［例2］有一振动的弹簧振子，频率为5 Hz ，从振子经平衡位置开始计时，在1 s 内通过的路程为80 cm ，则振子的振幅为________ cm ．解析：由频率f ＝5 Hz ，则知振动周期T ＝f 1＝51＝0．2 s ．在时间Δt ＝1 s 内，完成半振动次数n ＝T t 21∆＝10．则依2倍振幅法 s ＝2nA ＝2×10×A ＝80 cm 所以振幅A ＝n s 210280⨯ cm ＝4 cm ．。

简谐振动周期频率与振幅问题简谐振动是物理学中一个重要的概念，涉及到振动的周期频率和振幅的关系。

本文将深入探讨简谐振动的周期频率与振幅之间的关系，并通过实验验证和数学推导来解释这种关系。

一. 简谐振动的定义与基本特点简谐振动是指物体在一个稳定的平衡位置附近以固定的频率和振幅进行的振动。

其基本特点包括周期性、振幅和频率不变等。

二. 周期频率与振幅的关系根据物理学基本原理，简谐振动的周期和频率与其振幅之间存在一定的关系。

1. 周期与振幅的关系简谐振动的周期是指振动完成一次往复运动所需的时间。

根据实验观测，周期与振幅之间呈现出正相关的关系，即振幅增大，周期也会增大。

这是因为振幅增大会使振动的速度变慢，从而使振动周期延长。

2. 频率与振幅的关系简谐振动的频率是指单位时间内振动的次数。

实验结果表明，频率与振幅之间呈现出正相关的关系，即振幅增大，频率也会增大。

这是因为振幅增大会使振动的速度变快，从而使振动频率增加。

三. 实验验证与数学推导为了验证周期频率与振幅之间的关系，我们可以进行实验。

首先，选取一个简谐振动的系统，如弹簧振子或简单摆，用各种不同的振幅进行实验测量。

然后，记录振动周期和频率的数值，并进行数据处理和分析。

实验结果将证明周期频率与振幅之间的关系。

在数学上，我们可以通过简单的公式推导出周期频率和振幅的关系。

根据简谐振动的数学模型，周期T与角频率ω之间存在如下关系：T = (2π)/ω。

而角频率ω与振动频率f之间有如下关系：ω = 2πf。

结合两个公式，可以得到周期与振动频率之间的关系：T = 1/f。

从上述公式可以看出，周期是振动频率的倒数，也即周期与频率呈倒数关系。

而振幅增大会导致振动频率增大，从而周期相应减小。

这一数学推导与实验结果相吻合，进一步验证了周期频率与振幅之间的关系。

四. 应用与拓展周期频率与振幅的关系在实际应用中具有重要意义。

在弹簧振子、声波传播、电路振荡等领域，频率和振幅的控制和调节对系统的稳定性和性能有着直接影响。

第二节振幅、周期和频率知识要点：一、振幅1、定义：振动物体离开平衡位置的最大距离，叫振幅，振幅是标量，振幅常用A表示，其单位为长度单位：米（m），位移：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段，是矢量，其最大值等于振幅。

2、物理意义：振幅表示振动强弱的物理量。

对于同一个振动系统来说，物体的振幅越大，振动越强，振幅越小，振动越弱。

二、周期和频率1、一次全振动：振动物体从某一初始状态（位移x、速度v）开始，再次回复到初始状态（即位移、速度均与初状态完全相同）所经历的过程，叫完成了一次全振动。

2、周期：振动物体完成一次全振动所用的时间，叫做周期，周期用T表示，单位是秒（s）。

3、频率：单位时间内完成全振动的次数，叫做频率，频率用f表示，单位是赫兹（Hz），1Hz＝1s-1。

4、周期和频率的物理意义：都是表示振动快慢的物理量。

要注意运动快慢与振动快慢的区别，运动快慢可用速率大小来表示，振动快慢则需用周期的长短或频率的大小来表示。

5、固有频率：简谐运动的频率由振动系统本身的性质所决定，与振幅的大小无关。

我们把由振动系统本身性质所决定的频率称为振动系统的固有频率。

三、三者的关系1、振幅是标量，是指物体偏离平衡位置的最大距离，它总是正值。

2、在简谐运动中，振幅跟周期和频率无关，在稳定的振动中，振幅是不变的，而位移是时刻变化的。

3、振动物体在一个全振动过程的路程等于4个振幅，在半个周期内通过的路程等于两个振幅，但在四分之一周期内通过的路程不一定等于一个振幅，与振动的起始时刻有关。

4、在一个周期内振动的路程s与振幅A的关系是s＝4A，在时间Δt内质点通过的路程为Δs＝(Δt/T)·4A＝[Δt/(T/4)]·A。

5、周期和频率都是表示振动快慢的物理量，二都互为倒数关系，即T＝1/f，或f＝1/T。

周期越长，频率越低，振动越慢。

典型例题例1、如图9-11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为一次全振动；B．从O→B→O→C→O为一次全振动；C．从C→O→B→O→C为一次全振动；D．振幅大小为OB。