弹簧振子给质量和劲度系数,单摆给摆长和重力加速度,算出周期、频率、角频率、最大速度与最大加速度,并写出振动方程。
弹簧振子:T = 2π√(m/k)单摆:T = 2π√(L/g)ω = 2π/T,f = 1/Tx = A sin(ωt + φ)单摆摆长单位 m;小角度(一般小于 5°)条件下单摆才近似做简谐振动。
| 图像特征 | 物理含义 |
|---|---|
| 峰值 | 振幅 A |
| 两个相邻峰值的时间差 | 周期 T |
| 与 t 轴交点 | 振子经过平衡位置,速度最大 |
| 斜率最大处 | 平衡位置,速度最大 |
| 曲率最大处 | 最大位移处,加速度最大 |
弹簧振子的周期 T=2π√(m/k) 只由质量和劲度系数决定;单摆的周期 T=2π√(L/g) 只由摆长和重力加速度决定,与摆球质量、振幅(小角度下)都无关——这就是等时性。
把单摆搬到月球,g 变小,周期变长;把摆长缩短到原来的 1/4,周期变为原来的一半。这类比例题用公式直接比更快。
不成立。摆角大于约 5° 后,周期会随振幅增大而变长,公式只是小角度近似。
无关。水平放置、竖直悬挂的周期都是 2π√(m/k),重力只改变平衡位置,不改变周期。
平衡位置处回复力为零、势能最小、动能最大。由 v=Aω 可直接算,不需要知道具体时刻。
会。a_max = Aω²,振幅越大、频率越高,最大加速度越大,这也是精密仪器要防振的原因。