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巧用向心力水平分量推导弹簧振子角频率公式

2018-12-27张俊恩李德安

物理教学探讨 2018年9期
关键词:角频率恢复力向心力

张俊恩 李德安

摘 要:关于弹簧振子角频率公式的来源,一般利用弹簧振子振动的微分方程推导。然而,高中课程还没涉及高等数学微积分,所以高中生不太理解微分方程推導的弹簧振子振动的角频率公式。利用匀速圆周运动的向心力公式可以推导出弹簧振子的角频率公式,学生也很容易理解。

关键词:向心力;恢复力;角频率(ω)

中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2018)9-0059-1

如图1所示,质点m在水平面内以O点为圆心,A为轨迹半径,ω的角速度逆时针做匀速圆周运动,初始位置在P点;可以发现t时刻到B点,质点在水平x轴的投影点的位移x=Acos(ωt+φ),质点水平投影点所做的运动是简谐振动。所以,质点水平方向所受的力是指向x轴O点的恢复力(即质点所受向心力F=mω2A的水平分量)Fx=-mω2Acos(ωt+φ)=-mω2x,因为恢复力的方向与位移x的方向相反,故多一个负号。质点所受向心力的水平分力Fx如图2。

参考文献:

[1]人民教育出版社,课程教材研究所,物理课程教材研究开发中心.物理选修3-4[M].北京:人民教育出版社,2007.

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