2017-2018学年粤教版选修3-4初识简谐运动 第1课时 学案(1)
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弹簧振子是一个理想化的模型,是理想化处理后的弹簧和小球组成的系统。实际振子若:

(1)弹簧的质量比小球的质量小得多,可以认为质量集中于振子(小球);

(2)小球体积较小,可以认为是一个质点;

(3)阻力足够小,可以忽略;

(4)振子的往复运动处在弹簧的弹性限度内时;

就可以看作弹簧振子。

2.简谐运动的描述及特征

振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离,是标量对某一简谐运动而言,振幅为定值,而位移却时刻改变.周期是一次全振动的时间.

根据一次全振动确定周期,根据周期或单位时间内完成全振动的次数确定频率.简谐运动中的位移是相对平衡位置而言的,解题中容易把释放处当作位移起点.

简谐运动的主要特征是周期性、对称性:

(1)周期性--简谐运动的物体经过一个周期或n个周期后,能回复到原来的状态,因此,在处理实际问题中,要注意到多解的可能性或需要写出解答结果的通式.

(2)对称性--简谐运动的物体具有对平衡位置的对称性,例如,在平衡位置两侧对称点的位移大小、速度大小、加速度大小都分别相等;不计阻力时,振动过程在平衡位置两侧的最大位移值相等.

3.简谐运动的多解性

简谐运动的往复性、对称性和周期性带来多种可能.

简谐运动的周期性,是指做简谐运动的物体经过一个周期或几个周期后,能回到原来的状态即原有的速度、位移、加速度等,这样解题时必须全面考虑.对称性是指简谐运动的物处于对平衡位置对称的位置上时,位移、速度、加速度、回复力大小相等、方向相反,这正是解决具体问题必须考虑的.

振动中运动情况完全相同的两状态的时间间隔为nT,其中n=1,2,3...

振动情况相反的两状态的时间间隔为(n+)T,其中n=0,1,2,3,...

【例题】表1-1-1是用频闪照相的办法得到的一组简谐运动的实验数据.表中t0=0.11 s是相邻两次闪光的时间间隔、x表示振子偏离平衡位置(x=0)的大小,起始时间(t=0),振子被拉伸到左侧距平衡位置20 mm处.

得到下表

表1-1-1:第一个1/2周期

时间t 0 t0 2t0 3t0 4t0 5t0 6t0 位移x/mm -20.0 -17.8 -10.1 0.1 10.3 17.7 20.0 第二个1/2周期

时间t 6t0 7t0 8t0 9t0 10t0 11t0 12t0 位移x/mm 20.0 17.7 10.3 0.1 -10.1 -17.8 -20.0 试做出振子位移随时间变化的曲线.

解答:以纵轴表示位移x,横轴表示时间t,根据上表的数据在坐标平面上画出各个点,并用平滑曲线将各点连接起来,我们得到一条余弦曲线(图1-1-1).