【A-Level物理】重難點解析 | 簡諧運動（上）

首先我們來看什么是波動（oscillation）：

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

也就是說，是圍繞一個平衡位置的前后運動，在我們蕩秋千時，最低的點，就是這個equilibrium position。

現在我們來看如何形容一個oscillation：

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

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

頻率（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.

此圖為例，最高點叫peak，最低點叫trough，一個周期是一個完整的波動所占用的時間（T）；

peak到橫軸的距離，就是最大的displacement，叫做amplitude；

頻率等于周期分之一（f＝1/T），單位為赫茲Hz，很多時候會用角速度ω（angular frequency），ω＝2πf，單位為radians；

至于相位，我們把一個完整的周期當成2π，那么比如圖中的peak的相位就是π／2.

相位差呢，是針對兩個或多個波動來說的，兩個信號上同樣的點（比如兩個peak）之間的相位差就是兩個信號的相位差。

描述完波動，我們來看簡諧運動。

舉個例子：最經典的，就是鐘擺，圍繞著中間的平衡位置一直波動，那么這種波動和普通的波動區別在哪，滿足哪些條件才能被稱為簡諧運動呢？

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)

以上是滿足簡諧運動的條件，很容易考到，尤其是第三點，在判斷是否是簡諧運動的時候很重要，因為很多運動都可以滿足前兩個條件，所以一定要看使物體回到平衡位置的力是否是指向一個固定的點的，比如：

在這張圖中，運動的小球受到繩子的拉力T，重力G，在任何一個位置，受到的合力都是指向平衡位置的那個點的，所以這是個簡諧運動。