2017-2018学年高中物理三维设计人教版选修3-4浙江专版:第十一章 第2节 简谐运动的描述
2017-2018学年高中物理三维设计人教版选修3-4浙江专版:第十一章 第2节 简谐运动的描述第2页

  (1)振动特征:一个完整的振动过程。

  (2)物理量特征:位移(x)、加速度(a)、速度(v)三者第一次同时与初始状态相同。

  (3)时间特征:历时一个周期。

  (4)路程特征:振幅的4倍。

  (5)相位特征:增加2π。

  2.简谐运动中振幅和几个常见量的关系

  (1)振幅和振动系统的能量关系:

  对一确定的振动系统来说,系统能量仅由振幅决定,振幅越大,振动系统能量越大。

  (2)振幅与位移的关系:

  振动中的位移是矢量,振幅是标量,在数值上,振幅与某一时刻位移的大小可能相等,但在同一简谐运动中振幅是确定的,而位移随时间做周期性的变化。

  (3)振幅与路程的关系:

  振动中的路程是标量,是随时间不断增大的,其中常用的定量关系--一个周期内的路程为4倍的振幅,半个周期内的路程为2倍的振幅。

  (4)振幅与周期的关系:

  在简谐运动中,一个确定的振动系统的周期(或频率)是固定的,与振幅无关。

  3.弹簧振子四分之一周期内的路程

  一质点做简谐运动的位移图象如图甲所示。O是平衡位置,B、C均为最大位移处,用A表示振幅,T表示周期,s表示时间内经过的路程。

  (1)质点从位置P向平衡位置O运动,然后经过O点运动至Q点,假设从P到Q历时,那么在这段时间内质点运动的路程如何?比较质点由B到O的运动和由P到Q的运动,注意到PO段的运动是相同的;再来比较BP段和OQ段的运动,发现BP段质点运动得慢一些,OQ段质点运动得快一些,而两段运动的时间是相同的,所以\s\up6(——(——)<\s\up6(——(——)。故质点从P运动到Q的路程大于从B运动到O的路程,即s>A。

  (2)质点从Q点向位置C处运动,然后再从C往回运动至M,假设运动时间也是,如图乙所示,那么在这段时间内质点运动的路程如何?比较质点从O至C的运动和从Q到C再到M的运动,注意到QC段的运动是相同的,只需比较OQ段和CM段的运动,容易知道质点在OQ段比CM段运动得快,而运动时间相同,所以\s\up6(——(——)>\s\up6(——(——)。故质点从Q运动到C再到M的路程小于从O运动到C的路程,即s<A。

(3)连续观察质点从P到Q,再经C到M的过程。若运动的总时间为,容易证明,