高中物理魯科版 (2019)選擇性必修 第一冊第2節(jié) 振動的描述優(yōu)秀ppt課件

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1、回復(fù)力與位移成正比而方向相反，總是指向平衡位置。
2、簡諧運(yùn)動是一種理想化的運(yùn)動，振動過程中無阻力，所以振動系統(tǒng)機(jī)械能守恒。
3、簡諧運(yùn)動是一種非勻變速運(yùn)動。
4、簡諧運(yùn)動具有周期性。
5、簡諧運(yùn)動具有對稱性。
說話或唱歌時，用手摸著喉部，能感覺到聲帶的振動。聲音大小發(fā)生變化，聲帶的振動也有變化。
一般情況下，女生的音調(diào)比男生高。
如何科學(xué)的描述振動呢？
振動是來回往復(fù)的運(yùn)動，物體離開平衡位置的位移存在最大值。
①定義：物理學(xué)中，把振動物體離開平衡位置的最大距離稱為振幅，用A表示。
②物理意義：描述振動強(qiáng)弱的物理量。
③振幅是標(biāo)量，大小等于最大位移的大小。
④音量的大小由發(fā)聲體振動的振幅決定。振幅越大，音量越大。
振幅越大，機(jī)械能越大。
振動具有周期性。
做簡諧運(yùn)動的物體由點(diǎn)A經(jīng)過點(diǎn)O到B,再由點(diǎn) B 經(jīng)過點(diǎn) O 返回點(diǎn)A，重新回到原來狀態(tài)的過程稱為一次全振動。
若從C點(diǎn)開始計時，一次全振動要怎樣算？
物體完成一次全振動所經(jīng)歷的時間稱為周期。
(3)、頻率( f )
在一段時間內(nèi)，物體完成全振動的次數(shù)與這段時間之比稱為頻率。
周期與頻率是表示振動快慢的物理量
振幅反映振動的強(qiáng)弱，周期、頻率則反映振動的快慢。那么，物體振動的周期、頻率與振幅有關(guān)嗎？
振動的周期、頻率與振幅無關(guān)
現(xiàn)象：兩振動的振幅不同，但周期相同。
物體如果只在回復(fù)力的作用下振動時，振動的周期、頻率只由自身的性質(zhì)決定。
物體只在回復(fù)力的作用下振動時，振動的周期稱為固有周期
物體只在回復(fù)力的作用下振動時，振動的頻率稱為固有頻率
固有周期和固有頻率是物體自身的屬性。與是否物體振動無關(guān)。
一面鑼、一根弦、一座橋、一幢樓……都有自己的固有周期和固有頻率。
發(fā)聲體的固有頻率不同，發(fā)出的聲音的音調(diào)也不同。
女生的聲帶固有頻率比男生大，所以發(fā)出的聲調(diào)比男生高；鋼琴能發(fā)出多種聲音，是因?yàn)槠鋬?nèi)部有很多條弦，每條弦的固有頻率不同。
簡諧振動的物體每時每刻運(yùn)動狀態(tài)都在變化，用什么方法可以形象的將其每時每刻的運(yùn)動狀態(tài)描述出來呢？
②記錄位移與時間的對應(yīng)數(shù)據(jù)
③建立平面直角坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)表示時間t，縱坐標(biāo)表示彈簧振子相對于平衡位置的位移 x。根據(jù)數(shù)據(jù)所得的圖像為彈簧振子做簡諧運(yùn)動的位移一時間圖像，也稱為振動圖像。
2、通過實(shí)驗(yàn)方法描繪圖像
描繪簡諧運(yùn)動的振動圖像
如圖所示，彈簧和小球分別套在光滑橫桿上，彈簧左端與小球相連，右端固定在支架上，形成一個彈簧振子。在球底部固定一毛筆頭，筆頭下放一紙板。使小球偏離平衡位置并釋放，其振動可視為簡諧運(yùn)動。沿圖示方向勻速拉動紙板，筆頭會在紙板上畫出一圖像。
圖像是一條正弦（ 或余弦 ）曲線
4、每個時刻物體的位移
5、每個時刻回復(fù)力與加速度的大小和方向
6、每個時刻速度的大小與方向
用圖像斜率判斷速度大小
如果以平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，用x代表振動物體偏離平衡位置的位移，以物體沿x軸正方向運(yùn)動至平衡位置的時刻作為計時零點(diǎn)，簡諧運(yùn)動的圖像如圖。
②如果從正方向最大位移處開始計時，則：
①如果從平衡位置向正方向運(yùn)動開始計時，則：
固定在豎直圓盤上的小球 P 隨著圓盤以角速度ω做勻速圓周運(yùn)動，一束平行光自上而下照射小球，在圓盤下方的屏上可觀察到小球投影的運(yùn)動。
小球投影以圓盤圓心在屏上的投影為平衡位置，以小球做圓周運(yùn)動的半徑為振幅（用A表示），來回振動。小球運(yùn)動一周，投影完成一次全振動。
以圓盤圓心O的投影為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立如圖所示的坐標(biāo)系，以小球 P 在圓盤最上端的時刻作為計時零點(diǎn)，則小球在 x 軸上的投影偏離點(diǎn)O 的位移隨時間變化的關(guān)系為:
小球在屏上投影的運(yùn)動為簡諧運(yùn)動
角速度ω常被稱為簡諧運(yùn)動的圓頻率。
某彈簧振子做簡諧運(yùn)動，其位移隨時間變化的關(guān)系式為 單位為 cm, 則彈簧振子
A.第 1 s 末與第 3 s 末的位移相同B.第 1 s 末與第 3 s 末的速度相同C.第 3 s 末至第 5 s 末的位移方向都相同D.第 3 s 末至第 5 s 末的速度方向都相同
( 1 ) 位移可通過位移公式求解
求得t=1s與t=3s兩時刻位移相同
( 2 ) 速度可通過位移圖像求解
第 1s末彈簧振子向正方向運(yùn)動，遠(yuǎn)離平衡位置，而第 3s 末彈簧振子向負(fù)方向運(yùn)動，靠近平衡位置，兩個時刻的速度方向相反，B 錯誤。 第 3s 末至第 5s末的速度方向一直為負(fù)，D 正確。 從圖像還可看出，第3s末至第 4s末的位移方向?yàn)檎?，?s末至第 5s 末的位移方向?yàn)樨?fù)，C錯誤。
請分析例題第 3s 末與第 5s 末彈簧振子的加速度、受到的回復(fù)力、動能和系統(tǒng)的彈性勢能是否相同。
方向指向平衡位置。所以大小相等，方向相反。
速度大小相等，動能相等；
由圖可知第3s末與第5s末
彈簧形變量相同，彈性勢能相等；
將兩個相同的彈簧振子拉離平衡位置，然后同時釋放。兩個振子總是同時到達(dá)平衡位置和位移最大處，即總是步調(diào)一致（ 同步 ）。
將一個振子拉伸（甲），另一個振子推壓（乙），然后同時釋放，兩個彈簧振子運(yùn)動的步調(diào)正好相反。
③一般情況下，位移與時間的關(guān)系式可寫成
④通過計算兩個簡諧運(yùn)動的相位差可以比較兩個振動的先后順序
當(dāng)兩個振動的相位差是2π的整數(shù)倍時，兩個振動的步調(diào)一致；當(dāng)兩個振動的相位差為π的奇數(shù)倍時，兩個振動的步調(diào)正好相反。