(5)简谐运动的周期T==2π
4.简谐运动的对称性
(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,速度大小、动能、势能相等,相对平衡位置的位移大小相等。
(2)振子由P到O所用时间t等于由O到P′所用时间t'
(3)振子往复运动过程通过同一段路程(如OP段)所用时间相等,即tOP=tPO
三、简谐运动的图象
1.简谐运动图象不是质点振动的轨迹,而是振动物体的位移随时间变化的图象(x-t图象)。
2.由简谐运动图象可知质点振动的振幅和周期。
3.由简谐运动图象可确定某时刻质点离开平衡位置的位移。
4.由简谐运动图象可确定某时刻质点的回复力、加速度和速度的方向。
回复力和加速度的方向:总是指向平衡位置,即总是指向t轴。
速度的方向:可以通过下一时刻位移的变化来判定。下一时刻位移增大,则振动质点的速度方向远离t轴;下一时刻位移减小,则振动质点的速度方向指向t轴。
【典例精析1】弹簧振子在一条直线上做简谐运动,第一次先后经过M、N两点时速度v(v≠0)相同,则下列说法中正确的是
A.振子在M、N两点所受回复力相同
B.振子在M、N两点对平衡位置的位移相同
C.振子在M、N两点加速度大小相等
D.从M点到N点,振子先做匀加速运动,后做匀减速运动
【答案】C
【解析】弹簧振子做简谐运动,先后经过M、N两点时速度相同,根据对称性可知M、N两点关于平衡位置对称,两点相对于平衡位置的位移大小相等、方向相反,B错误;根据F=-kx可知,回复力大小相等、方向相反,A错误;振子在M、N两点所受回复力大小相等、方向相反,根据牛顿第二定律可知,加速度大小相等、方向相反,C正确;从M点到N点,回复力先减小后增大,所以振子先做加速度减小的加速运动,后做加速度增大的减速运动,D错误。
【考点】简谐运动的对称性
【典例精析2】如图所示,两木块1、2的质量分别为m、M,竖直轻弹簧劲度系数为k,下端与木块2连接,木块1与弹簧不连接。现将木块1下压一段距离后释放,木块1沿竖直方向做简谐运动,振动过程中,木块1始终没有离开弹簧。求:
(1)木块1振动的振幅的最大值;
(2)木块1以最大振幅振动时,木块2对地面的最大压力。