高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第2节 振动的描述备课课件ppt

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第2节 振动的描述备课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了振动特征的描述，是标量，物体振动周期越短，频率越高，表明物体振动越快，物体振动周期越长，振幅反映振动的强弱，圆频率，初相位等内容，欢迎下载使用。

说话或唱歌时，用手摸着喉部，能感觉到声带的振动(图2-7)。
声音大小发生变化，声带的振动也有变化。
一般情况下，女生的音调比男生高。
这些现象表明振动具有不同的特征
如何科学地描述振动呢?
本节我们将学习描述振动特征的物理量
并用图像和公式描述简谐运动
既然振动是来回往复的运动，物体离开平衡位置的位移存在最大值。物理学中，把振动物体离开平衡位置的最大距离称为振幅。用A表示。
振幅是表示振动强弱的物理量。如图2-8所示，物体以点O为平衡位置在B、C间做简谐运动，振子的振幅就等于线段 OB或OC 的长度。
振幅的两倍（2A）表示振动物体运动范围单位:米(m)
简谐运动OA = OB
振幅和偏离平衡位置位移的区别：①振幅是标量，位移是矢量②给定的一个振动，振幅是确定的，而位移不断变化③振幅等于最大位移的大小
声音大小由发声体振动的振幅决定，振幅越大，发出的声音就越大。当声音增大时，用手摸着喉部，就能感觉到声带振动增强。生产生活中，我们也常常利用增大振幅的方法来增大音量。例如，扬声器纸盆振动的振幅越大，音量越大(图2-9)
振动的另一特点是周期性。所谓周期性，就是振动物体经过一段时间之后又重新回到原来状态，而且这种情况有规律地出现。
—描述振动快慢的物理量
图 2-8中，做简谐运动的物体由点B经过点O到达点 C，再由点C经过点O返回点B，重新回到原来状态，我们就说物体完成了一次全振动。
振动物体从某一初始状态开始，再次回到初始状态（即位移、速度均与初态完全相同）所经历的过程。
物体完成一次全振动所经历的时间称为周期。周期是表示振动快慢的物理量。问题1：O—D—B—D—O是一个周期吗？
问题2：若从振子经过C向右起，经过怎样的运动才叫完成一次全振动？
频率越低表明物体振动越慢
周期、频率则反映振动的快慢
物体振动的周期、频率与振幅有关吗
大量研究表明，若物体仅在回复力作用下振动时，振动的周期、频率与振幅的大小无关，只由振动系统本身的性质决定。其振动的周期(或频率)，称为固有周期(或固有频率)。固有周期和固有频率是振动系统本身的属性，与物体是否振动无关，如一面锣、一根绷紧的弦、一座桥梁、一幢楼宇都具有各自的固有周期和固有频率。
发声体的固有频率不同，发出声音的音调也不同。例如，一般情况下，女生声带振动的固有频率比男生大，因此女生的音调比男生高。
钢琴能发出高低不同的声音，是每根琴弦的固有频率不同，弹奏时键槌击打不同的弦的缘故(图 2-10)。
2.简谐运动的位移图像
用振幅A、周期T和频率f来描述简谐运动，只能从整体上把握振动的强弱和快慢程度。然而，做简谐运动物体的运动情况每时每刻都在变化，我们可用位移-时间图像形象直观地描述位移随时间变化的情况。
以弹簧振子的简谐运动为例。表 2-2是一个周期内某弹振子的位移随时间变化的数据。
间接得到的物理量：频率ƒ： ƒ=1/T 任一时刻加速度的方向:总指向平衡位置。任一时刻速度的方向：看斜率（看发展）
某段时间内等变化情况。
建立平面直角坐标系，横坐标表示时间t，纵坐标表示弹簧振子相对于平衡位置的位移x。根据数据所得的图像(图 2-11)为弹簧振子做简谐运动的位移一时间图像，也称为振动图像。振动图像还可通过实验的方法直接描绘出来。
简谐运动的图像是一条正弦（或余弦）曲线，说明简谐运动的位移随时间按正弦（或余弦）曲线规律变化。如何用公式来定量地表示这种变化呢？
描绘简谐运动的振动图像如图2-12所示，
弹簧和小球分别套在光滑横杆上，弹簧左端与小球相连，右端固定在支架上形成一个弹簧振子。在球底部固定一毛笔头，笔头下放一纸板。使小球偏离平衡位置并释放，其振动可视为简谐运动。沿图示方向匀速拉动纸板，笔头会在纸板上画出一图像。请分析该图像。
毛笔所画图像可视为小球在振动过程中的位移时间图像实验和理论都表明，简谐运动的振动图像是一条正弦(或余弦)曲线，它能直观地表示做简谐运动物体的位移随时间按正弦(或余弦)规律变化的情况。在振动图像上还可表示出振幅A和周期T。
曲线在纵轴方向上的最大值等于振幅A，相邻两个相同状态间隔的时间等于周期T(图 2-13)
3.简谐运动的位移公式
如果以平衡位置为坐标原点，用x代表振动物体偏离平衡位置的位移，以物体沿x轴正方向运动至平衡位置的时刻作为计时零点，由简谐运动的图像可知物体的位移x与时间之间的关系可表达为
上式称为简谐运动的位移公式。
1、公式中的A 代表什么?2、ω叫做什么?它和T、f之间有什么关系?3、公式中的相位用什么来表示?4、什么叫简谐振动的初相?
为了更好地理解简谐运动的位移公式，我们来观察下面的实验。图 2-14 是演示勾速圆周运动与简谐运动关系的实验示意图。
固定在竖直圆盘上的小球P随着圆盘以角速度ω做匀速圆周运动，一束平行光自上而下照射小球，在圆盘下方的屏上可观察到小球投影的运动。小球投影以圆盘圆心在屏上的投影为平衡位置，以小球做圆周运动的半径为振幅(用A表示)，来回振动，
若以圆盘圆心O的投影为坐标原点，建立如图 2-15 所示的坐标系，
以小球P在圆盘最上端的时刻作为计时零点则小球尸在x轴上的投影偏离点0的位移随时间变化的关系为x=Asinωt。
将此公式与简谐运动的位移公式对比，不难发现小球在屏上投影的运动为简谐运动。角速度常被称为简谐运动的圆频率，它与简谐运动周期之间的关系为
实际上经常用到的是两个相同频率的简谐运动的相位差，简称相差
(2)速度可通过位移图像求解根据位移关系式画出x-t图像，将该图像与弹簧振子报动过程对比，可得如图 2-16 所示的对应图像。
第1s末弹簧振子向正方向运动，远离平衡位置，而第3s末弹簧振子向负方向运动，靠近平衡位置，两个时刻的速度方向相反，B错误。第3s末至第5s末的速度方向一直为负，D正确。从图像还可看出，第3s末至第4s末的位移方向为正，第4s末至第5s末的位移方向为负，C错误所以，答案为 AD
讨论 做简谐运动物体的位移随时间变化情况，可通过将时间代入位移公式计算进行判断:还可通过x-t图像进行判断。速度随时间变化情况，可根据x-t图像判断出物体运动的方向，再结合振动过程速度的变化特征进行判断;还可由x-t图像的切线斜率进行判断。
请列举并说明你运用上述判断方法的案例。
由公式和图像都可确定简谐运动的物体在t时刻对应的位移x，反之也可确定位移为x时所对应的时刻t。简谐运动的x-t图像与其他运动的x-t图像的分析方法相同。将该图像结合振动过程，还可定性判断物体运动的速度、加速度、回复力等物理量的变化情况。
简谐运动的x-t图像还包含了加速度和回复力等信息。请分析上述例题第3s末与第 5s末弹簧振子的加速度、受到的回复力、动能和系统的弹性势能是否相同。
简谐运动的相位将两个相同的弹簧振子拉离平衡位置，然后同时释放。两个振子总是同时到达平衡位量和位移最大处，即总是步调一致(同步)。
将一个振子拉伸，另一个振子推压，然后同时释放，两个弹簧振子运动的步调正好相反(图2-17)
因此，要详细地描述简谐运动，除了振幅和周期外，还需要引入“相位”的概念。一般情况下，位移与时间的关系式可写成式中，wt+φ0是简谐运动的相位， φ0是简谐运动的初相位。
我们常通过计算两个简谐运动的相位差来比较两个振动的先后顺序。当两个振动的相位差是 2π的整数倍时，两个振动的步调一致:当两个振动的相位差为π的奇数倍时两个振动的步调正好相反。
1.如图所示，将三根粗细不同的橡皮筋绕到杯子上，做成一个“弦乐器”。橡皮筋不要相互接触。分别拨动每根橡皮筋，找出哪根发出的声音音调最低，哪根发出的声音音调最高。橡皮筋振动的频率可能与哪些因素有关?与振幅有关吗?
最粗的橡皮筋发出的声音音调最低,最细的橡皮筋发出的声音音调最高。橡皮筋振动的频率可能与橡皮筋粗细有关。橡皮筋振动的频率与振幅无关。
2.一质点做简谐运动的x-t图像如图所示。
下列说法正确的是A.该图像是从乎衡位置开始计时画出的B.t1时刻振子正通过平衡位置向正方向运动C.t2时刻振子的位移最大D.t3时刻振子正通过平衡位置向正方向运动
3.心电图仪通过一系列的传感手段，可将与人心跳对应的生物电流情况记录在匀速运动的坐标纸上。医生通过心电图，测量相邻两波峰间隔的时间，便可计算出1min 内人心脏跳动的次数(即心率)。
同一台心电图仪正常工作时测得被检者甲、乙的心电图分别如图(a)(b)所示。
若医生测量时记下被检者甲每分钟心跳 60次，则可推知乙每分钟心跳的次数和这台心电图仪输出坐标纸的走纸速度大小分别为A.48 次，25 mm/s B.48 次，36 mm/sC.75 次，45 mm/s D.75 次，25 mm/s
4.关于固有频率，下列说法正确的是A.振幅越大，固有频率越小B.所有物体的固有频率都相同C.物体不振动时，固有频率为0D.固有频率是由振动系统本身决定的
5.小王在湖边欲乘游船，当日风浪较大，游船上下浮动。若把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，则其振幅为 20cm，周期为3.0s。当船上升到最高点时，甲板刚好与码头地面平齐。在地面与甲板的高度差不超过10cm时，游客能舒服地登船。求在一个周期内，小王能舒服地登船的时间有多少。
一个周期内y>10cm所对应的时间间隔可根据三角函数的知识求出,为t=1s,即一个周期内,小王能舒服地登船的时间为1s。
6.一质点在平衡位置O附近做简谐运动。从它经过平衡位置起开始计时，经0.13s，质点第一次通过点 M;再经 0.1s，质点第二次通过点 M。质点振动周期的可能值为多大?质点的振动周期存在两种可能性。如图甲所示,由O→M的时间为t1=0.13s