簡諧運動的描述
1.圖像法
(1)圖像特征
①簡諧運動的圖像是一條正弦函數曲線,是正弦曲線、餘弦曲線還是一般的正弦曲線,取決于質點初始時刻的位置,即初相位。
②圖像反映的是位移随時間的變化規律,随時間的增加而延伸,圖像不代表質點運動的軌迹。
③任一時刻在圖線上對應點的切線的斜率絕對值表示該時刻振子的速度大小,斜率正負表示速度的方向,斜率為正時,表示振子的速度沿x軸正方向;斜率為負時,表示振子的速度沿x軸負方向。
(2)圖像信息
①由圖像可以看出質點振動的振幅、周期、初相位。
②可以确定某時刻質點離開平衡位置的位移。
③可以确定某時刻質點所受的回複力、加速度和速度的方向。
a.回複力和加速度的方向:因回複力總是指向平衡位置,故回複力和加速度的方向在圖像上總是指向t軸。
b.速度的方向:某時刻速度的方向既可以通過該時刻在圖像上對應點的切線的斜率來判斷,還可以通過下一時刻位移的變化來判斷,若下一時刻位移增加,速度方向就是遠離t軸;若下一時刻位移減小,速度方向就是指向t軸。
④可以确定某段時間質點的位移、回複力、加速度、速度、動能、勢能等的變化情況。
2.解析法
簡諧運動的表達式為x=Asin(ωt+φ),它是用解析的方法描述簡諧運動,與圖像法相比,更适合利用三角函數的知識作定量計算。
3.簡諧運動兩種描述方法的比較
(1)簡諧運動圖像即xt圖像是描述質點振動情況的一種手段,直觀反映了質點的位移x随時間t變化的規律。
(2)x=Asin(ωt+φ)是用函數表達式的形式表示質點的振動情況。
(3)兩者對同一個簡諧運動的描述是一緻的。常解決的兩類問題:一是根據振動方程作出振動圖像;二是根據振動圖像讀出振幅、周期、初相,寫出位移的函數表達式。第二類問題的難點是求出初相位,可以結合振動圖像及簡諧運動表達式解三角函數方程得出,同時要注意初相位的正負。
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