以求某一时刻质点的位移x。
2.简谐运动的相位及相位差的理解
(1)ωt+φ表示相位,描述做周期性运动的物体在各个不同时刻所处的不同状态,是描述不同振动的振动步调的物理量。它是一个随时间变化的量,相当于一个角度,相位每增加2π,意味着物体完成了一次全振动。
(2)相位差是指两个相位之差,在实际应用中经常用到的是两个具有相同频率的简谐运动的相位差,它反映出两个简谐运动的步调差异。
设两频率相同的简谐运动的振动方程分别为x1=A1sin(ωt+φ1),x2=A2sin(ωt+φ2),它们的相位差Δφ=(ωt+φ2)-(ωt+φ1)=φ2-φ1。可见,其相位差恰好等于它
们的初相之差,因为初相是确定的,所以频率相同的两个简谐运动有确定的相位差。
(3)若Δφ=φ2-φ1>0,则称B的相位比A的相位超前Δφ或A的相位比B的相位落后Δφ; 若Δφ=φ2-φ1<0,则称B的相位比A的相位落后|Δφ|或A的相位比B的相位超前|Δφ|。
①同相:表明两个振动物体步调相同,相差位Δφ=0;
②反相:表明两个振动物体步调完全相反,相位差Δφ=π。
[试身手]
2.两个简谐运动的表达式分别为x1=4asin(4πbt+),x2=2asin(4πbt+)。求它们的振幅之比,各自的频率。
解析:它们的振幅之比==;
它们的频率相同,都是f===2b。
答案:2∶1 频率均为2b
描述简谐运动的物理量 [典例1] 弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点间做简谐运动,B、C相距20 cm,某时刻振子处于B点,经过0.5 s,振子首次到达C点,求:
(1)振子的振幅;
(2)振子的周期和频率;
(3)振子在5 s内通过的路程及位移大小。
[思路点拨] 对做简谐运动的弹簧振子而言,离平衡位置最远的两个点关于平衡位置对称,其距离为2A。一个全振动的时间叫做周期,周期和频率互为倒数关系。简谐运动的位移是振子离开平衡位置的距离。要注意各物理量之间的区别与联系。