简谐运动的描述
1.图像法
(1)图像特征
①简谐运动的图像是一条正弦函数曲线,是正弦曲线、余弦曲线还是一般的正弦曲线,取决于质点初始时刻的位置,即初相位。
②图像反映的是位移随时间的变化规律,随时间的增加而延伸,图像不代表质点运动的轨迹。
③任一时刻在图线上对应点的切线的斜率绝对值表示该时刻振子的速度大小,斜率正负表示速度的方向,斜率为正时,表示振子的速度沿x轴正方向;斜率为负时,表示振子的速度沿x轴负方向。
(2)图像信息
①由图像可以看出质点振动的振幅、周期、初相位。
②可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。
③可以确定某时刻质点所受的回复力、加速度和速度的方向。
a.回复力和加速度的方向:因回复力总是指向平衡位置,故回复力和加速度的方向在图像上总是指向t轴。
b.速度的方向:某时刻速度的方向既可以通过该时刻在图像上对应点的切线的斜率来判断,还可以通过下一时刻位移的变化来判断,若下一时刻位移增加,速度方向就是远离t轴;若下一时刻位移减小,速度方向就是指向t轴。
④可以确定某段时间质点的位移、回复力、加速度、速度、动能、势能等的变化情况。
2.解析法
简谐运动的表达式为x=Asin(ωt+φ),它是用解析的方法描述简谐运动,与图像法相比,更适合利用三角函数的知识作定量计算。
3.简谐运动两种描述方法的比较
(1)简谐运动图像即xt图像是描述质点振动情况的一种手段,直观反映了质点的位移x随时间t变化的规律。
(2)x=Asin(ωt+φ)是用函数表达式的形式表示质点的振动情况。
(3)两者对同一个简谐运动的描述是一致的。常解决的两类问题:一是根据振动方程作出振动图像;二是根据振动图像读出振幅、周期、初相,写出位移的函数表达式。第二类问题的难点是求出初相位,可以结合振动图像及简谐运动表达式解三角函数方程得出,同时要注意初相位的正负。
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