【A-Level物理】重难点解析 | 简谐运动（上）

首先我们来看什么是波动（oscillation）：

Oscillation is a repeating back and forth movement on either side of an equilibrium position.

也就是说，是围绕一个平衡位置的前后运动，在我们荡秋千时，最低的点，就是这个equilibrium position。

现在我们来看如何形容一个oscillation：

振幅（Amplitude）：the maximum displacement from the equilibrium position.

周期（Period）：the time taken for one complete oscillation.

频率（frequency）: the number of oscillations per unit time.

相位（phase）: it describes the point that an oscillating mass has reached within the complete cycle of an oscillation.

相位差(phase difference)：the degree by which one oscillation leads or lags behind another oscillation.

此图为例，最高点叫peak，最低点叫trough，一个周期是一个完整的波动所占用的时间（T）；

peak到横轴的距离，就是最大的displacement，叫做amplitude；

频率等于周期分之一（f＝1/T），单位为赫兹Hz，很多时候会用角速度ω（angular frequency），ω＝2πf，单位为radians；

至于相位，我们把一个完整的周期当成2π，那么比如图中的peak的相位就是π／2.

相位差呢，是针对两个或多个波动来说的，两个信号上同样的点（比如两个peak）之间的相位差就是两个信号的相位差。

描述完波动，我们来看简谐运动。

举个例子：最经典的，就是钟摆，围绕着中间的平衡位置一直波动，那么这种波动和普通的波动区别在哪，满足哪些条件才能被称为简谐运动呢？

1. A mass that oscillates

2. A position where the mass is in equilibrium

3. A restoring force that acts to return the mass to its equilibrium position (the force is directly proportional to displacement from equilibrium position and directed towards the equilibrium position or a fixed point)

以上是满足简谐运动的条件，很容易考到，尤其是第三点，在判断是否是简谐运动的时候很重要，因为很多运动都可以满足前两个条件，所以一定要看使物体回到平衡位置的力是否是指向一个固定的点的，比如：

在这张图中，运动的小球受到绳子的拉力T，重力G，在任何一个位置，受到的合力都是指向平衡位置的那个点的，所以这是个简谐运动。