简谐运动及其特征物理量
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简谐运动的特征、表达式、图像的理解与应用一、简谐运动的基本特征:对简谐运动的理解受力特点回复力F=-kx,F(或a)的大小与x的大小成正比,方向相反运动特点靠近平衡位置时,a、F、x都减小,v增大;远离平衡位置时,a、F、x都增大,v减小能量振幅越大,能量越大.在运动过程中,动能和势能相互转化,系统的机械能守恒周期性做简谐运动的物体的位移、回复力、加速度和速度均随时间做周期性变化,变化周期就是简谐运动的周期T;动能和势能也随时间做周期性变化,其变化周期为T2对称性(1)如图所示,做简谐运动的物体经过关于平衡位置O对称的两点P、P′(OP=OP′)时,速度的大小、动能、势能相等,相对于平衡位置的位移大小相等(2)物体由P到O所用的时间等于由O到P′所用时间,即t PO=t OP′(3)物体往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等,即t OP=t PO(4)相隔T2或2n+1T2(n为正整数)的两个时刻,物体位置关于平衡位置对称,位移、速度、加速度大小相等,方向相反二、简谐运动的图象1.简谐运动的数学表达式:x=A sin(ωt+φ)2.根据简谐运动图象可获取的信息(1)振幅A、周期T(或频率f)和初相位φ(如图所示).(2)某时刻振动质点离开平衡位置的位移.(3)某时刻质点速度的大小和方向:曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度的大小和速度的方向,速度的方向也可根据下一时刻物体的位移的变化来确定.(4)某时刻质点的回复力、加速度的方向:回复力总是指向平衡位置,回复力和加速度的方向相同,在图象上总是指向t轴.(5)某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势能的变化情况.3.简谐运动的对称性(如图)(1)相隔Δt =nT (n =1,2,3…)的两个时刻,弹簧振子在同一位置,位移和速度都相同。
(2)相隔Δt =(n +12)T (n =0,1,2…)的两个时刻,弹簧振子的位置关于平衡位置对称,位移等大反向(或都为零),速度也等大反向(或都为零)。
高中物理知识点总结-简谐运动
简谐运动(1)定义:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动,叫做简谐运动.(2)简谐运动的特征:回复力F=-kx,加速度a=-kx/m,方向与位移方向相反,总指向平衡位置.简谐运动是一种变加速运动,在平衡位置时,速度最大,加速度为零;在最大位移处,速度为零,加速度最大.(3)描述简谐运动的物理量①位移x: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振幅A:振动物体离开平衡位置的最大距离,是标量,表示振动的强弱.③周期T和频率f:表示振动快慢的物理量,二者互为倒数关系,即T=1/f.(4)简谐运动的图像①意义:表示振动物体位移随时间变化的规律,注意振动图像不是质点的运动轨迹.②特点:简谐运动的图像是正弦(或余弦)曲线.③应用:可直观地读取振幅A、周期T以及各时刻的位移x,判定回复力、加速度方向,判定某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况.。
简谐运动的描述知识集结知识元简谐运动的振幅、周期和频率知识讲解2.相关物理量:①振幅A:振动物体离开平衡位置的最大距离。
②周期T:做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间。
③频率f:单位时间内完成全振动的次数。
④相位:描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态。
3.受力特征:①做简谐运动的质点受到的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比,并且总是指向平衡位置,通常将这种力称为回复力。
②回复力:F=-kx③若质点受到的回复力为F=-kx,则质点的运动为简谐运动。
4.运动特征位移x:方向始终背离平衡位置,每经过平衡位置位移方向发生改变;远离平衡位置时位移增大,靠近平衡位置时位移减小。
速度v:每经过最大距离处速度方向发生改变,远离平衡位置时速度方向和位移方向相同,靠近平衡位置时速度方向和位移方向相反。
加速度,方向与位移方向相反,总指向平衡位置.简谐运动是一种变加速运动.在平衡位置时,速度最大,加速度为零;在最大位移处,速度为零,加速度最大。
5.振动能量简谐运动过程中动能和势能相互转化,机械能守恒.振动能量与振幅有关,振幅越大,能量越大。
6.周期性:简谐运动是一种复杂的非匀变速运动,要结合牛顿运动定律、动量定理、动能定理、机械能守恒定律来分析解决简谐运动的问题。
(1)简谐运动的对称性:振动物体在振动的过程中,在关于平衡位置对称的位置上,描述物体振动状态的物理量(位移、速度、加速度、动量、动能、势能等)大小相等。
(2)简谐运动的周期性:振动物体完成一次全振动(或振动经过一个周期),描述物体振动状态的物理量(位移、速度、加速度、动量、动能、势能等)又恢复到和原来一样。
简谐运动的周期是由振动系统的特性决定的,与振幅无关。
弹簧振子的周期只决定于弹簧的劲度系数和振子的质量,与其放置的环境和方式无关。
例题精讲简谐运动的振幅、周期和频率例1.如图所示,一质点在x轴上以O为平衡位置做简谐运动,其振幅为8cm,周期为4s。
t=0时物体在x=4cm处,向x轴负方向运动,则()A.质点在t=1.0s时所处的位置为x=+4cmB.质点在t=1.0s时所处的位置为x=-4cmC.由起始位置运动到x=-4cm处所需的最短时间为sD.由起始位罝运动到x=-4cm处所需的最短时间为s例2.如图所示,一质点在平衡位置O点附近做简谐运动,若从质点通过O点时开始计时,经过0.9s质点第一次通过M点,再继续运动,又经过0.6s质点第二次通过M点,该质点第三次通过M点需再经过的时间可能是()A.1s B.1.2s C.2.4s D.4.2s例3.如图1所示,弹簧振子以O点为平衡位置,在A、B两点之间做简谐运动。
1. 简谐运动:(1)简谐运动:)简谐运动:物体在跟位移大小成正比,且总是指向平衡位置的力作用下的振动。
受力特征:kx F -=对简谐运动的理解:① 简谐振动是最简单最基本的振动简谐振动是最简单最基本的振动②简谐运动的位移按正弦规律变化,所以它不是匀变速运动,而是变力作用下的非匀变速运动。
③简谐运动具有重复性的运动轨迹,若轨迹不重复,则一定不是简谐运动。
简谐运动。
(2)描述简谐运动的)描述简谐运动的物理量物理量 平衡位置:做往复运动的物体能够静止的位置,叫作平衡位置。
的位置,叫作平衡位置。
振动:物体(或其一部分)在平衡位置附近所做的往复运动,对振动的三点透析:振动的轨迹:振动物体可能作直线运动,振动物体可能作直线运动,也可能做也可能做也可能做曲线曲线运动,运动,所以其轨迹可能是所以其轨迹可能是直线或曲线。
振动的特征:往复性。
振动的特征:往复性。
振动的条件:每当物体离开平衡位置后,它就受到一个指向平衡位置的力,该力使物体产生回到平衡位置的效果(即回复力)、并将其看作受到的阻力足够小。
此时认为它做自由振动。
振幅A :定义:振动物体离开平衡位置的最大距离,叫作振动的振幅(或省略作振幅)振幅(或省略作振幅)单位:m (米)(米)物理意义:反映振动的强弱和振动的空间范围,对同一系统,振幅越大,系统的能量越大。
大。
振幅和位移的区别1. 振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离,位移是振动物体相对平衡位置的位置变化2. 振幅时表示振动强弱的物理量,位移表示的是某一时刻振动质点的位置。
3. 振幅是标量,位移是矢量周期T :定义:做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间。
定义:做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间。
单位:s 物理意义:表示振动的快慢,周期越长表示物体振动的越慢,周期越短表示物体振动得越快。
方法规律做简谐运动的物体,某一振动过程是否为一次全振动,可以从两个角度判断,一是看物体经过某点时的特征物理量,如果物体的位移和速度都回到原值(大小、方向两方面),物体完成了一次全振动,即物体从一个方向回到出发点,二是看物体在这段时间内通过的路程是否等于振幅的4倍。
简谐运动的三个特征量简谐运动是物理学中一种重要的运动形式,它具有周期性、振幅恒定、振动方向与加速度方向相反三个特征量。
下面将从定义、特征量的含义和物理意义等方面进行详细阐述。
一、简谐运动的定义简谐运动是指物体在一个固定平衡位置附近做周期性振动的运动形式。
在简谐运动中,物体沿着一条直线或者绕着一个固定轴旋转,且振幅大小恒定。
简谐运动是许多自然现象和技术应用中常见的一种基本形式。
二、简谐运动的三个特征量1. 周期性周期性是指简谐运动在一个完整周期内所经历的时间是相同的。
这意味着在每个周期内,物体会从其最大位移到达其最小位移,再回到最大位移,并重复这个过程。
因此,在简谐运动中,一个完整的周期所需时间是一个常数。
2. 振幅恒定振幅指物体从平衡位置偏离的最大距离,也就是在振荡过程中物体离开平衡位置时能达到的最大距离。
在简谐运动中,振幅大小是恒定的,即物体在振动过程中始终保持相同的振幅大小。
3. 振动方向与加速度方向相反在简谐运动中,物体的振动方向始终与其加速度方向相反。
这意味着当物体离开平衡位置时,它会受到一个指向平衡位置的加速度;当物体回到平衡位置时,它会受到一个指向平衡位置的减速度。
这种特征量也被称为“恢复力”。
三、简谐运动特征量的物理意义1. 周期性周期性是简谐运动最基本的特征量之一。
周期性可以帮助我们计算出简谐运动所需时间,并且可以用来描述许多自然现象和技术应用中的周期性变化。
2. 振幅恒定振幅恒定意味着在简谐运动过程中,物体始终保持相同的振幅大小。
这个特征量可以帮助我们计算出物体在振荡过程中所具有的最大能量,并且可以用来描述许多技术应用中需要保持稳定状态的情况。
3. 振动方向与加速度方向相反振动方向与加速度方向相反的特征量也称为“恢复力”。
恢复力是简谐运动中非常重要的一个特征量,它可以帮助我们计算出物体在振荡过程中所受到的力,并且可以用来描述许多自然现象和技术应用中需要保持平衡状态的情况。
总之,简谐运动是物理学中一种基本的运动形式,具有周期性、振幅恒定、振动方向与加速度方向相反三个特征量。