2019高中物理 第十一章 1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-4

1、自 主 學(xué) 習(xí) 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 合 作 探 究 重 難 疑 點(diǎn) 課 時(shí) 作 業(yè) 解 題 技 巧 素 養(yǎng) 培 優(yōu) 1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解彈簧振子的結(jié)構(gòu)，知道什么 是彈簧振子2.理解振動(dòng)的平衡位置，知道振子位 移的概念(重點(diǎn))3.理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的含義，能從簡(jiǎn) 諧運(yùn)動(dòng)的圖象中了解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 1振子模型 圖1111 如圖1111所示，如果球與桿之間的摩擦可以_， 且彈簧的質(zhì)量與小球的質(zhì)量相比也可以_，則該裝置 為彈簧振子 忽略 忽略 2平衡位置：振子原來(lái)_時(shí)的位置 3機(jī)械振動(dòng) 振子在_附近所做的_運(yùn)動(dòng)， 簡(jiǎn)稱(chēng)_ 4振動(dòng)特點(diǎn)：振動(dòng)是一種往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有 _和_ 靜止 平衡位置 往復(fù)

2、 振動(dòng) 周期性 往復(fù)性 5彈簧振子的位移時(shí)間圖象 圖1112 建立坐標(biāo)系：以小球的_為坐標(biāo)原 點(diǎn)，沿著_方向建立坐標(biāo)軸小球在平 衡位置_時(shí)它對(duì)平衡位置的位移為正，在 _時(shí)為負(fù)如圖1112. 平衡位置 它的振動(dòng) 右邊 左邊 如圖圖1113在彈簧振子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，彈性勢(shì)能最 大的位置有幾個(gè)？動(dòng)能最大的位置有幾個(gè)？ 圖1113 【提示】在彈簧振子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，彈性勢(shì)能最大的 位置有兩個(gè)，分別對(duì)應(yīng)于振子運(yùn)動(dòng)的最左端和最右端動(dòng)能 最大的位置只有一個(gè)，就是彈簧振子運(yùn)動(dòng)到平衡位置時(shí) 1彈簧振子是一種理想化的模型( ) 2彈簧振子的平衡位置都在原長(zhǎng)處( ) 3振動(dòng)的物體可以做直線運(yùn)動(dòng)，也可以做曲 線運(yùn)動(dòng)( )

3、 1定義 如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從_函數(shù)的規(guī)律， 即它的振動(dòng)圖象(xt圖象)是一條_曲線，這樣的振動(dòng) 叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 2特點(diǎn) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的_，其振動(dòng)過(guò)程關(guān) 于_對(duì)稱(chēng)，是一種_運(yùn)動(dòng)彈簧振子的運(yùn)動(dòng) 就是_ 正弦 正弦 振動(dòng) 平衡位置 往復(fù) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象(如圖1114) 圖1114 (1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象是振動(dòng)物體的_的變化規(guī) 律 (2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象是_曲線，從圖象上可直接 看出不同時(shí)刻振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移大小和方向、速度大小和方向的 變化趨勢(shì) 位移隨時(shí)間 正弦(或余弦) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象是否是振動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡？ 【提示】不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象是描述振 動(dòng)物體的位移隨時(shí)間變化的

4、規(guī)律，并不是物體的 運(yùn)動(dòng)軌跡 1彈簧振子的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)( ) 2振子的位移相同時(shí)，速度也相同( ) 3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象都是正弦或余弦曲線( ) 學(xué)生分組探究一對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的理解 第1步探究分層設(shè)問(wèn)，破解疑難 1豎直向上拋運(yùn)動(dòng)是否屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)？ 【提示】不屬于物體在平衡位置附近做 的往復(fù)運(yùn)動(dòng)屬于機(jī)械振動(dòng)，豎直向上拋出的物體 到最高點(diǎn)后返回地面，不具有運(yùn)動(dòng)的往復(fù)性，因 此不屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中振動(dòng)物體通過(guò)某一位置時(shí)，加 速度和速度方向是否一致？ 【提示】不一定振動(dòng)物體通過(guò)某一位置 時(shí)，加速度方向始終指向平衡位置，但速度方向 可能指向平衡位置，也可能背離平衡位置，故加 速度和速度方向不一定一致

5、第2步結(jié)論自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移 位移的表示方法：以平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，以振動(dòng)所在的 直線為坐標(biāo)軸，規(guī)定正方向，則某時(shí)刻振子偏離平衡位置的位 移可用該時(shí)刻振子所在位置的坐標(biāo)來(lái)表示 2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的速度 (1)物理含義：速度是描述振子在平衡位置附近振動(dòng)快慢的 物理量在所建立的坐標(biāo)軸(也稱(chēng)“一維坐標(biāo)系”)上，速度的正 負(fù)號(hào)表示振子運(yùn)動(dòng)方向與坐標(biāo)軸的正方向相同或相反 (2)特點(diǎn)：如圖1115所示為一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的模 型，振子在O點(diǎn)速度最大，在A、B兩點(diǎn)速度為 零 圖1115 第3步例證典例印證，思維深化 如圖1116所示的彈簧振子，O點(diǎn)為它的平衡位置，當(dāng) 振子m離開(kāi)O點(diǎn)，再?gòu)腁點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)，

6、振子離開(kāi)平衡位置的 位移是() A大小為OC，方向向左 B大小為OC，方向向右 C大小為AC，方向向左 圖1115 D大小為AC，方向向右 【思路點(diǎn)撥】簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移有其特定含 義，是由平衡位置指向所在位置的有向線段，與 振子振動(dòng)方向無(wú)關(guān) 【解析】振子離開(kāi)平衡位置，以O(shè)點(diǎn)為起 點(diǎn)，C點(diǎn)為終點(diǎn)，位移大小為OC，方向向右 【答案】B (1)在機(jī)械振動(dòng)中，位移是相對(duì)平衡位置而言 的，規(guī)定平衡位置為位移的起始點(diǎn) (2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)位移的方向是指從平衡位置指向 實(shí)際位置的方向 第4步巧練精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化 1(多選)在圖1117中，當(dāng)振子由A向O運(yùn) 動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是() A振子的位移在減小 B振子的

7、運(yùn)動(dòng)方向向左 圖 1117 C振子的位移方向向左 D振子的位移在增大 【解析】對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)而言，其位移總是相 對(duì)平衡位置O而言，所以C、D錯(cuò)誤；由于振子在 O點(diǎn)右側(cè)由A向O運(yùn)動(dòng)，所以振子的位移方向向右， 位移大小不斷減小故A、B選項(xiàng)正確 【答案】AB 2如圖1118所示為一彈簧振子，O為平衡位置， 以向右為正方向，振子在B、C之間振動(dòng)時(shí)() 圖1118 ABO位移為負(fù)、速度為正 BOC位移為正、速度為負(fù) CCO位移為負(fù)、速度為正 DOB位移為正、速度為負(fù) 【解析】速度方向即振子運(yùn)動(dòng)方向，而振 動(dòng)位移以平衡位置O為初始位置指向振子所在位 置，BO位移向左為負(fù)，速度向右為正；OC 位移向右為正，速度

8、向右為正；CO位移向右為 正，速度向左為負(fù)；OB位移向左為負(fù)，速度向 左為負(fù)，可見(jiàn)本題正確選項(xiàng)為A. 【答案】A 學(xué)生分組探究二簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象及應(yīng)用 第1步探究分層設(shè)問(wèn)，破解疑難 1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的xt圖象與勻速直線運(yùn)動(dòng)的xt 圖象有何相同點(diǎn)？ 【提示】?jī)煞N圖象都反映了位移隨時(shí)間 的變化規(guī)律；根據(jù)圖線上某點(diǎn)切線的斜率可判 斷出某一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度方向及大小 2在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象上位移相等的點(diǎn)加速度 一定相等嗎？ 【提示】一定相等位移和加速度均是矢 量，根據(jù)公式kxma可知點(diǎn)的位移相等，加速度 必然相等 第2步結(jié)論自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1圖象特點(diǎn)：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系 遵從正弦函數(shù)規(guī)律 2振動(dòng)圖象是振

9、子的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律， 根據(jù)振動(dòng)圖象： (1)可直接讀出振子在某一時(shí)刻相對(duì)于平衡位 置的位移大?。?(2)可直接讀出振子正(負(fù))位移的最大值； (3)可判斷某一時(shí)刻振動(dòng)物體的速度方向和加 速度方向，以及它們的大小和變化趨勢(shì) 第3步例證典例印證，思維深化 一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象如圖1119所示， 該質(zhì)點(diǎn)在t3.5 s時(shí)刻() A速度為正、加速度為正 B速度為負(fù)、加速度為負(fù) C速度為負(fù)、加速度為正 圖 1119 D速度為正、加速度為負(fù) 【思路點(diǎn)撥】(1)當(dāng)位移為正值時(shí)，加速度 一定為負(fù)值 (2)當(dāng)位移為正值時(shí)，速度可能為正，也可能 為負(fù) 【解析】由圖象可知，質(zhì)點(diǎn)從正的最大位 移處出發(fā)，向平衡位

10、置運(yùn)動(dòng)，由此知3.5 s時(shí)，質(zhì) 點(diǎn)由平衡位置向正的最大位移處運(yùn)動(dòng)，所以此時(shí) 速度為正，質(zhì)點(diǎn)做減速運(yùn)動(dòng)，加速度為負(fù)，故選 項(xiàng)D正確 【答案】D 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象問(wèn)題的分析方法 (1)要理解xt圖象的意義 (2)充分利用圖象的直觀性，把圖象與振動(dòng)過(guò) 程聯(lián)系起來(lái)，圖象上的一個(gè)點(diǎn)表示振動(dòng)中的一個(gè) 狀態(tài)(位置、振動(dòng)方向等)，圖象上的一段圖線對(duì) 應(yīng)振動(dòng)的一個(gè)過(guò)程，關(guān)鍵是判斷平衡位置、最大 位移及振動(dòng)方向 第4步巧練精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化 1.如圖11110所示為某物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖 象，下列說(shuō)法中正確的是() A由PQ位移在增大 B由PQ速度在增大 C由MN速度是先減小后增大 圖 11110 D由MN位移始終減小

11、 【解析】由圖象可知從PQ物體遠(yuǎn)離平衡 位置向外運(yùn)動(dòng)，位移增大，速度減小，A正確，B 錯(cuò)誤；由MN，物體由正位移處向平衡位置移動(dòng)， 速度增大，位移減小，再由平衡位置沿負(fù)方向運(yùn) 動(dòng)，位移增大，速度減小，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤 【答案】A 2(多選)如圖11111所示是表示一質(zhì)點(diǎn)做 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象，下列說(shuō)法正確的是() At1時(shí)刻振子正通過(guò)平衡 位置向正方向運(yùn)動(dòng) Bt2時(shí)刻振子的位移最大 圖 11111 Ct3時(shí)刻振子正通過(guò)平衡位置向正方向運(yùn)動(dòng) D該圖象是從平衡位置計(jì)時(shí)畫(huà)出的 【解析】從圖象可以看出，t0時(shí)刻，振 子在正的最大位移處，因此是從正的最大位移處 開(kāi)始計(jì)時(shí)畫(huà)出的圖象，D項(xiàng)錯(cuò)誤；t1時(shí)刻以后振子

12、的位移為負(fù)，因此是通過(guò)平衡位置向負(fù)方向運(yùn)動(dòng)， A項(xiàng)錯(cuò)誤；t2時(shí)刻振子在負(fù)的最大位移處，因此可 以說(shuō)是在最大位移處，B項(xiàng)正確；t3時(shí)刻以后，振 子的位移為正，所以該時(shí)刻正通過(guò)平衡位置向正 方向運(yùn)動(dòng)，C項(xiàng)正確 【答案】BC 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性及應(yīng)用 如圖11112所示，物體在A、B間做簡(jiǎn)諧 運(yùn)動(dòng)，O點(diǎn)為平衡位置，C、D兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)， 則有： 11112 (1)空間的對(duì)稱(chēng)性：經(jīng)過(guò)平衡位置兩側(cè)的對(duì)稱(chēng) 點(diǎn)時(shí)位移的大小相等，方向相反；速度的大小相 等，方向有時(shí)相同，有時(shí)相反 (2)時(shí)間的對(duì)稱(chēng)性：不論是從對(duì)稱(chēng)點(diǎn)回到平衡 位置，還是從平衡位置運(yùn)動(dòng)到對(duì)稱(chēng)點(diǎn)，所用時(shí)間 都相等 (2014黃山高二檢測(cè))彈簧振子做

13、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)圖象 如圖11113所示，則() 圖11113 At1、t2時(shí)刻振子的速度大小相等，方向相反 Bt1、t2時(shí)刻振子加速度大小相等，方向相反 Ct2、t3時(shí)刻振子的速度大小相等，方向相反 Dt2、t3時(shí)刻振子的加速度大小相等，方向相同 【解析】從圖線可以看出，t1、t2時(shí)刻振子處于同一 位置，位移大小相同，方向一致，由Fkx知回復(fù)力、 加速度大小相等，方向一致由振動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性，速度大小 相等，方向相反，故A正確，B錯(cuò)誤；t2、t3時(shí)刻振子處于 平衡位置兩邊的對(duì)稱(chēng)位置，位移大小相等，方向相反，則 加速度大小相同，方向相反；由振動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性，速度大小 相等，方向相同，都沿x軸負(fù)方向，故C、D錯(cuò)誤 【答案】A 先看名師指津 (1)位移、速度、加速度都是矢量，當(dāng)振子通 過(guò)某一位置時(shí)，位移和加速度方向是一定的，速 度方向有兩種可能 (2)當(dāng)振子通過(guò)關(guān)于平衡位置對(duì)稱(chēng)的位置時(shí)， 位移、加速度大小相等，方向相反，而速度方向 可能相同，也可能相反 再演練應(yīng)用 (2014海口檢測(cè))一彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，以下說(shuō) 法正確的是() A若位移為負(fù)值，則速度一定為正值，加速度也 一定為正值 B振子每次經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)，加速度相同，速度 也一定相同 C振子每次通過(guò)同一位置時(shí)，其速度不一定相同， 但加速度一定相同 D振子在平衡位置兩