简谐运动的图像和公式ppt课件.ppt

1.知道所有简谐运动的图像都是正弦知道所有简谐运动的图像都是正弦(或余弦或余弦)曲线曲线.2.会根据简谐运动的图像找出物体振动的周期和振幅，会根据简谐运动的图像找出物体振动的周期和振幅，并能分析有关问题并能分析有关问题.3.理解简谐运动的表达式，能从该表达式中获取振幅、理解简谐运动的表达式，能从该表达式中获取振幅、周期周期(频率频率)、相位、初相等相关信息、相位、初相等相关信息.u 学习目标定位学习目标定位学习探究区一、简谐运动的图像一、简谐运动的图像 二、简谐运动的表达式及相位差二、简谐运动的表达式及相位差 一、简谐运动的图像u 问题设计问题设计返回返回1.我们研究直线运动时，经常使用我们研究直线运动时，经常使用xt图像和图像和vt图像来描述物图像来描述物体的运动，对于简谐运动也可以用运动图像来描述它的运动情况体的运动，对于简谐运动也可以用运动图像来描述它的运动情况.甲、乙两同学合作模拟简谐运动的甲、乙两同学合作模拟简谐运动的xt图像图像如图如图1所示，取一张白纸，在正中间画一所示，取一张白纸，在正中间画一条直线条直线OO，将白纸平铺在桌面上，甲，将白纸平铺在桌面上，甲同学用手使铅笔尖从同学用手使铅笔尖从O点沿垂直于点沿垂直于OO方向振动画线，乙同学沿方向振动画线，乙同学沿OO方向水平向右匀速拖动白纸方向水平向右匀速拖动白纸.图图1返回返回(1)(1)白纸不动时，甲同学画出的轨迹是怎样的？白纸不动时，甲同学画出的轨迹是怎样的？(2)乙同学匀速向右拖动白纸时，甲同学画出的轨迹又是怎乙同学匀速向右拖动白纸时，甲同学画出的轨迹又是怎样的？样的？答案答案(1)是一条垂直于是一条垂直于OO的直线的直线.(2)轨迹如图，类似于正弦曲线轨迹如图，类似于正弦曲线.一、简谐运动的图像返回返回2.绘制简谐运动的绘制简谐运动的xt图像图像如图如图2所示，使漏斗在竖直平面内做小角度摆动，所示，使漏斗在竖直平面内做小角度摆动，并垂直于摆动平面匀速拉动薄板，则细沙在薄板并垂直于摆动平面匀速拉动薄板，则细沙在薄板上形成曲线上形成曲线.若以振子的平衡位置为坐标原点，沿若以振子的平衡位置为坐标原点，沿着振动方向建立着振动方向建立x轴，垂直于振动方向建立轴，垂直于振动方向建立t轴，轴，则这些曲线就是振子的位移则这些曲线就是振子的位移时间图像时间图像.(1)为什么这就是振子的位移为什么这就是振子的位移时间图像？时间图像？(2)位移位移时间图像与什么函数图像类似？时间图像与什么函数图像类似？图图2一、简谐运动的图像返回返回答案答案(1)以单摆为例，当单摆摆动时，薄板从左向右匀速运以单摆为例，当单摆摆动时，薄板从左向右匀速运动动.所以薄板运动的距离与时间成正比所以薄板运动的距离与时间成正比.因此可用薄板运动的距因此可用薄板运动的距离代表时间轴，图像上每一个点的位置反映了不同时刻振子离代表时间轴，图像上每一个点的位置反映了不同时刻振子离开平衡位置的位移，即位移随时间变化的规律离开平衡位置的位移，即位移随时间变化的规律.(2)与正弦与正弦(或余弦或余弦)函数图像类似函数图像类似.一、简谐运动的图像u 要点提炼要点提炼返回返回1.如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像动图像(xt图像图像)是一条是一条 ，这样的振动叫做简谐运动，这样的振动叫做简谐运动，它是最简单、最基本的振动它是最简单、最基本的振动.弹簧振子的运动就是弹簧振子的运动就是 .2.图像的应用图像的应用(1)确定位移及变化确定位移及变化从简谐运动图像可直接读出不同时刻从简谐运动图像可直接读出不同时刻t的的 值，从最大位移处值，从最大位移处向平衡位置运动过程中位移减小，从平衡位置向最大位移处运向平衡位置运动过程中位移减小，从平衡位置向最大位移处运动过程中位移增大动过程中位移增大.正弦曲线正弦曲线简谐运动简谐运动位移位移一、简谐运动的图像返回返回(2)确定各时刻速度的大小和方向确定各时刻速度的大小和方向方法一：切线斜率法方法一：切线斜率法.切线斜率的绝对值表示速度大小，切线斜率的正负表示速度切线斜率的绝对值表示速度大小，切线斜率的正负表示速度方向方向.方法二：根据实际情况判断方法二：根据实际情况判断.速度的方向结合质点的实际运动方向判断速度的方向结合质点的实际运动方向判断.一、简谐运动的图像返回返回速度的大小根据位移情况判断：在平衡位置，质点速度速度的大小根据位移情况判断：在平衡位置，质点速度 ；在最大位移处，质点速度为；在最大位移处，质点速度为 .在从平衡位置向最大在从平衡位置向最大位移处运动的过程中，速度位移处运动的过程中，速度 ；在从最大位移处向平衡；在从最大位移处向平衡位置运动的过程中，速度位置运动的过程中，速度 .最大最大0减小减小增大增大一、简谐运动的图像二、简谐运动的表达式及相位差 u 问题设计问题设计返回返回1.将两个相同的单摆向同一方向拉开相同的角度，然后同时释放将两个相同的单摆向同一方向拉开相同的角度，然后同时释放.两个单摆的振动有什么特点？它们的相位差是多大？两个单摆的振动有什么特点？它们的相位差是多大？答案答案它们同时到达同侧的最大位移处，也同时到达平衡位置，它们同时到达同侧的最大位移处，也同时到达平衡位置，它们总是它们总是“步调一致步调一致”，相位相同，相位差为，相位相同，相位差为0.2.将两个摆长相同的单摆向相反方向拉开相同的角度，然后同时将两个摆长相同的单摆向相反方向拉开相同的角度，然后同时释放，观察两个单摆的振动有什么特点？它们的相位差是多大？释放，观察两个单摆的振动有什么特点？它们的相位差是多大？答案答案它们各时刻的位移总是相反，相位差为它们各时刻的位移总是相反，相位差为.二、简谐运动的表达式及相位差 返回返回3.正弦函数正弦函数yAsin (t)的表达式中，的表达式中，A、分别表示什分别表示什么意义？么意义？答案答案A代表简谐运动的振幅；代表简谐运动的振幅；叫做简谐运动的叫做简谐运动的“圆频率圆频率”，它与周期它与周期T、频率、频率f的关系为的关系为 、2f；(t)代表简谐代表简谐运动的相位，运动的相位，是初相位是初相位.二、简谐运动的表达式及相位差 对表达式对表达式xAsin (t)的理解的理解1.式中式中x表示振动质点相对于平衡位置的位移；表示振动质点相对于平衡位置的位移；t表示振动的时间表示振动的时间.2.A表示振动质点偏离平衡位置的最大距离，即表示振动质点偏离平衡位置的最大距离，即 .3.称做简谐运动的圆频率，它也表示简谐运动振动的快慢，与称做简谐运动的圆频率，它也表示简谐运动振动的快慢，与周期周期T及频率及频率f的关系：的关系： .所以表达式也可写成：所以表达式也可写成：u 要点提炼要点提炼返回返回振幅振幅2f二、简谐运动的表达式及相位差 返回返回4.t代表了做简谐运动的质点在代表了做简谐运动的质点在t时刻处在一个运动周期中的时刻处在一个运动周期中的哪个状态，所以哪个状态，所以t代表简谐运动的相位；其中代表简谐运动的相位；其中是是t0时的相时的相位，称为初相位或初相位，称为初相位或初相.相位是一个角度，单位是相位是一个角度，单位是 或或 .5.相位差相位差若两个简谐运动的表达式为若两个简谐运动的表达式为x1A1sin (t1)，x2A2sin (t2)，则相位差为，则相位差为 .当当 时，两振动质点振动步调一致时，两振动质点振动步调一致.当当 时，两振动质点振动步调完全相反时，两振动质点振动步调完全相反.弧度弧度度度(t2)(t1)210返回返回一、对简谐运动的图像的理解一、对简谐运动的图像的理解 典例精析例例1如图如图3所示是某质点做简谐运动的振动图像，根据图像中所示是某质点做简谐运动的振动图像，根据图像中的信息，回答下列问题：的信息，回答下列问题：图图3(1)质点离开平衡位置的最大距离是多少？质点离开平衡位置的最大距离是多少？(2)在在1.5 s和和2.5 s两个时刻，质点向哪个方向运动？两个时刻，质点向哪个方向运动？(3)质点在第质点在第2秒末的位移是多少？在前秒末的位移是多少？在前4秒内的路程是多少？秒内的路程是多少？返回返回一、对简谐运动的图像的理解一、对简谐运动的图像的理解 典例精析解析解析由题图上的信息，结合质点的振动过程可知由题图上的信息，结合质点的振动过程可知(1)质点离开平衡位置的最大距离就是质点离开平衡位置的最大距离就是x的最大值，为的最大值，为10 cm；(2)在在1.5 s后质点位移逐渐减小，因此质点是向平衡位置运动，后质点位移逐渐减小，因此质点是向平衡位置运动，在在2.5 s后质点位移逐渐增大，因此质点是背离平衡位置运动；后质点位移逐渐增大，因此质点是背离平衡位置运动；(3)第第2秒末质点在平衡位置，因此位移为零秒末质点在平衡位置，因此位移为零.质点在前质点在前4秒内完秒内完成一个周期性运动，其路程为成一个周期性运动，其路程为10 cm440 cm.答案答案见解析见解析返回返回一、对简谐运动的图像的理解一、对简谐运动的图像的理解 典例精析例例2如图如图4所示为某质点做简谐运动的图像，下列说法中正所示为某质点做简谐运动的图像，下列说法中正确的是确的是()图图4A.A、B两点速度方向相同两点速度方向相同 B.B、C两点速度方向相同两点速度方向相同C.从从B至至C速度先增大后减小速度先增大后减小 D.从从B至至C速度先减小后增大速度先减小后增大返回返回一、对简谐运动的图像的理解一、对简谐运动的图像的理解 典例精析解析解析A、B在平衡位置同一侧的同一位置，速度大小相等，在平衡位置同一侧的同一位置，速度大小相等，方向相反，方向相反，A项错；项错；B、C在平衡位置两侧，且距离平衡位置在平衡位置两侧，且距离平衡位置距离相等，质点先经过距离相等，质点先经过B后经过后经过C，故，故B、C两点速度大小、方两点速度大小、方向均相等，向均相等，B项正确；质点在平衡位置速度最大，故质点从项正确；质点在平衡位置速度最大，故质点从B至至C的过程中，速度先增大后减小，的过程中，速度先增大后减小，C项正确，项正确，D项错误项错误.答案答案BC返回返回二、对简谐运动的表达式的理解二、对简谐运动的表达式的理解 典例精析例例3一个小球和轻质弹簧组成的系统，按一个小球和轻质弹簧组成的系统，按x15sin (8t ) cm的规律振动的规律振动.(1)求该振动的周期、频率、振幅和初相求该振动的周期、频率、振幅和初相.(2)另一简谐运动表达式为另一简谐运动表达式为x25sin (8t ) cm，求它们，求它们的相位差的相位差.返回返回典例精析二、对简谐运动的表达式的理解二、对简谐运动的表达式的理解 返回返回典例精析针对训炼针对训炼有两个振动，其表达式分别是有两个振动，其表达式分别是x14sin (100t ) cm，x25sin (100t ) cm，下列说法正确的是，下列说法正确的是()A.它们的振幅相同它们的振幅相同B.它们的周期相同它们的周期相同C.它们的相位差恒定它们的相位差恒定 D.它们的振动步调一致它们的振动步调一致解析解析它们的振幅分别是它们的振幅分别是4 cm、5 cm，故不同；，故不同；都是都是100 rad/s，所以周期所以周期(T )都是都是 s；由；由(100t )(100t ) 得相位差得相位差(为为 )恒定；恒定；0，即振动步调不一致，即振动步调不一致.二、对简谐运动的表达式的理解二、对简谐运动的表达式的理解 BC返回返回课堂要点小结 自我检测区12341.(对简谐运动的图像的理解对简谐运动的图像的理解)关于简谐运动的图像，下列说法关于简谐运动的图像，下列说法中正确的是中正确的是( )A.表示质点振动的轨迹，是正弦或余弦曲线表示质点振动的轨迹，是正弦或余弦曲线B.由图像可判断任一时刻质点相对平衡位置的位移方向由图像可判断任一时刻质点相对平衡位置的位移方向C.表示质点的位移随时间变化的规律表示质点的位移随时间变化的规律D.由图像可判断任一时刻质点的速度方向由图像可判断任一时刻质点的速度方向解析解析振动图像表示质点的位移随时间的变化规律，不是运振动图像表示质点的位移随时间的变化规律，不是运动轨迹，动轨迹，A错，错，C对；对；由图像可以判断某时刻质点的位移和速度方向，由图像可以判断某时刻质点的位移和速度方向，B、D正确正确.1234BCD2. (对简谐运动的图像的理解对简谐运动的图像的理解)如图如图5所示是某一质所示是某一质点做简谐运动的图像，下列说法正确的是点做简谐运动的图像，下列说法正确的是()A.在第在第1 s内，质点速度逐渐增大内，质点速度逐渐增大B.在第在第1 s内，质点加速度逐渐增大内，质点加速度逐渐增大C.在第在第1 s内，质点的回复力逐渐增大内，质点的回复力逐渐增大D.在第在第4 s内质点的动能逐渐增大内质点的动能逐渐增大E.在第在第4 s内质点的势能逐渐增大内质点的势能逐渐增大F.在第在第4 s内质点的机械能逐渐增大内质点的机械能逐渐增大1234图图5解析解析在第在第1 s内，质点由平衡位置向正向最大位移处运动，内，质点由平衡位置向正向最大位移处运动，速度减小，位移增大，回复力和加速度都增大；在第速度减小，位移增大，回复力和加速度都增大；在第4 s内，内，质点由负向最大位移处向平衡位置运动，速度增大，位移减质点由负向最大位移处向平衡位置运动，速度增大，位移减小，动能增大，势能减小，但机械能守恒小，动能增大，势能减小，但机械能守恒.答案答案BCD12343.(简谐运动的表达式简谐运动的表达式)物体物体A做简谐运动的振动位移做简谐运动的振动位移xA3sin (100t ) m，物体，物体B做简谐运动的振动位移做简谐运动的振动位移xB5sin (100t ) m.比较比较A、B的运动的运动()A.振幅是矢量，振幅是矢量，A的振幅是的振幅是6 m，B的振幅是的振幅是10 mB.周期是标量，周期是标量，A、B周期相等为周期相等为100 sC.A振动的频率振动的频率fA等于等于B振动的频率振动的频率fBD.A的相位始终超前的相位始终超前B的相位的相位1234解析解析振幅是标量，振幅是标量，A、B的振动范围分别是的振动范围分别是6 m、10 m，但振幅分别为但振幅分别为3 m、5 m，A错；错；A、B的周期的周期T s 6.28102 s，B错；错；因为因为TATB，故，故fAfB，C对；对；= D对对.答案答案CD12344.(简谐运动的图像与表达式简谐运动的图像与表达式)根据如图根据如图6所示的某振子的振动图所示的某振子的振动图像，完成下列各题：像，完成下列各题：图图6(1)算出下列时刻振子相对平衡位置的位移算出下列时刻振子相对平衡位置的位移.t10.5 s；t21.5 s.(2)将位移随时间的变化规律写成将位移随时间的变化规律写成xAsin (t)的形式并指出的形式并指出振动的初相位的大小振动的初相位的大小.12341234