高中物理 · 振动

简谐振动与单摆 · 周期只看 m、k、L、g

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)
振动参数弹簧 / 单摆

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。

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计算结果等待输入
周期 T
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周期 T
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频率 f
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角频率 ω
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最大速度
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计算过程
  1. 填入数据后点「计算」,这里给出代入过程。
简谐振动图像读什么
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

周期与振幅无关,只与系统本身有关

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。

振动方程怎么读

  • x = A sin(ωt + φ):A 是振幅,ω 是角频率,φ 是初相
  • ω = 2π/T,所以 t 每增加一个 T,相位增加 2π
  • 速度 v = Aω cos(ωt+φ),最大值 Aω
  • 加速度 a = −Aω² sin(ωt+φ),最大值 Aω²

常见问题

单摆周期公式对大角度还成立吗?

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。

弹簧振子的周期和重力有关吗?

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。

最大速度为什么在平衡位置?

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。

振幅会影响最大加速度吗?

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。

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