第十一章機(jī)械振動(dòng)

1、第十一章 機(jī)械振動(dòng)1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)【學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求】物理觀念：1.知道什么是彈簧振子，知道振子的平衡位置和位移的概念.2.知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)間圖象的物理意義，知道其圖象是一條正弦曲線科學(xué)思維：會(huì)根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)間圖象分析振子的位移和速度的變化情況科學(xué)探究：通過對(duì)比振子和勻速直線運(yùn)動(dòng)物體的位移時(shí)間圖象，弄清圖象的物理意義及應(yīng)用【學(xué)習(xí)過程】一、課程預(yù)習(xí)內(nèi)容及要求一、彈簧振子1平衡位置：振子原來 時(shí)的位置2機(jī)械振動(dòng)：振子在 附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱振動(dòng)3彈簧振子： 和彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)二、彈簧振子的位移時(shí)間圖象(xt圖象)1用橫坐標(biāo)表示振子運(yùn)動(dòng)的 ，縱坐標(biāo)表示振子離開 位置的位移(x)，描繪出的圖象就是

2、 隨 變化的圖象，即xt圖象，如圖1所示圖12振子的位移：振子相對(duì) 位置的位移三、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及其圖象簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)：質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從 的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖象(xt圖象)是一條 曲線1判斷下列說法的正誤(1)豎直放于水面上的圓柱形玻璃瓶的上下運(yùn)動(dòng)是機(jī)械振動(dòng)( )(2)物體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)都是機(jī)械振動(dòng)( )(3)彈簧振子的位移是從平衡位置指向振子所在位置的有向線段( )(4)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象表示質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的軌跡是正弦曲線( )2如圖2所示的彈簧振子，O點(diǎn)為它的平衡位置，當(dāng)振子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)，振子離開平衡位置的位移是_(選填“OC”“AC”或“CO”)，從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中，位移變_(選填“小”或“

3、大”)，速度變_(選填“小”或“大”)圖2二、課堂探究、交流,方法歸納 一、彈簧振子如圖所示的裝置，把小球向右拉開一段距離后釋放，可以觀察到小球左右運(yùn)動(dòng)了一段時(shí)間，最終停止運(yùn)動(dòng)(1)小球的運(yùn)動(dòng)具有什么特點(diǎn)？為什么小球最終停止運(yùn)動(dòng)？(2)在橫桿上涂上一層潤(rùn)滑油，重復(fù)剛才的實(shí)驗(yàn)，觀察到的結(jié)果與第一次實(shí)驗(yàn)有何不同？(3)猜想：如果小球受到的阻力忽略不計(jì)，彈簧的質(zhì)量比小球的質(zhì)量小得多，也忽略不計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何？1平衡位置：振子原來靜止時(shí)的位置平衡位置不一定是中心位置(如圖3所示物體的振動(dòng))，物體經(jīng)過平衡位置時(shí)不一定處于平衡狀態(tài)(如圖4所示物體的振動(dòng))圖3圖42彈簧振子是一種理想化模型實(shí)際物體可看成彈簧

4、振子的條件：(1)不計(jì)摩擦阻力和空氣阻力(2)不計(jì)彈簧的質(zhì)量(3)物體可視為質(zhì)點(diǎn)(4)彈簧的形變?cè)趶椥韵薅葍?nèi)3彈簧振子的振動(dòng)分析(1)位移及其變化位移指相對(duì)平衡位置的位移，由平衡位置指向振子所在的位置當(dāng)振子從平衡位置向最大位移處移動(dòng)時(shí)，位移增大；當(dāng)振子由最大位移處向平衡位置移動(dòng)時(shí)，位移減小(2)速度及其變化振子在平衡位置處速度最大，在最大位移處速度為零振子由平衡位置向最大位移處運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度減小；振子由最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度增大(3)加速度及其變化水平彈簧振子所受彈簧的彈力是振子受到的合力，豎直彈簧振子所受的重力與彈力之和是振子受到的合力不論是水平彈簧振子還是豎直彈簧振子，均滿足：在平

5、衡位置處所受的合力為零，加速度為零；而在最大位移處所受的合力最大，加速度最大例1(多選)在圖5中，當(dāng)振子由A向平衡位置O運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說法正確的是()圖5A振子的位移變小B振子的運(yùn)動(dòng)方向向左C振子的位移方向向左D振子的位移變大例2如圖6所示為一個(gè)水平方向的彈簧振子，小球在MN間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，O是平衡位置關(guān)于小球的運(yùn)動(dòng)情況，下列描述正確的是()圖6A小球經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)速度為零B小球經(jīng)過M點(diǎn)與N點(diǎn)時(shí)有相同的加速度C小球從M點(diǎn)向O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中，加速度增大，速度增大D小球從O點(diǎn)向N點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中，加速度增大，速度減小二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及其圖象甲、乙兩同學(xué)合作模擬彈簧振子的xt圖象：如圖所示，取一張白紙，在正中間畫一條

6、直線OO，將白紙平鋪在桌面上，甲同學(xué)用手使鉛筆尖從O點(diǎn)沿垂直于OO方向振動(dòng)畫線，乙同學(xué)沿OO方向水平向右勻速拖動(dòng)白紙(1)白紙不動(dòng)時(shí)，甲同學(xué)畫出的軌跡是怎樣的？(2)乙同學(xué)向右慢慢勻速拖動(dòng)白紙時(shí)，甲同學(xué)畫出的軌跡又是怎樣的？(3)沿OO方向與垂直O(jiān)O方向分別建立坐標(biāo)軸，說說兩坐標(biāo)軸可表示什么物理量？圖線上點(diǎn)的坐標(biāo)表示什么？用什么方法判斷上述圖象是否為正弦曲線？1對(duì)xt圖象的理解xt圖象上的x坐標(biāo)表示振子相對(duì)平衡位置的位移，也表示振子的位置坐標(biāo)它反映了振子位移隨時(shí)間變化的規(guī)律注意xt圖象不是振子的運(yùn)動(dòng)軌跡2圖象的應(yīng)用(1)可直接讀出不同時(shí)刻t的位移x值位于t軸上方的x值表示位移為正，位于t軸下方

7、的x值表示位移為負(fù)，如圖7甲所示(2)判斷任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向看下一相鄰時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置，如圖乙中a點(diǎn)，下一相鄰時(shí)刻離平衡位置遠(yuǎn)，故a點(diǎn)此刻向x方向運(yùn)動(dòng)甲乙圖7(3)速度的大小和方向，根據(jù)圖象上某點(diǎn)的切線的斜率判斷圖象上某點(diǎn)的斜率的大小表示速度大小，斜率的正負(fù)表示運(yùn)動(dòng)的方向在平衡位置，切線斜率最大，質(zhì)點(diǎn)速度最大；在最大位移處，切線斜率為零，質(zhì)點(diǎn)速度為0.在從平衡位置向最大位移處運(yùn)動(dòng)的過程中，速度減??；在從最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)的過程中，速度增大例3如圖8甲所示為一彈簧振子的振動(dòng)圖象，規(guī)定向右的方向?yàn)檎较?，試根?jù)圖象分析以下問題：甲 乙圖8(1)如圖乙所示，振子振動(dòng)的起始位置是_，從起始位置

8、開始，振子向_(填“右”或“左”)運(yùn)動(dòng)(2)在圖乙中，找出圖甲中的O、A、B、C、D各點(diǎn)對(duì)應(yīng)振動(dòng)過程中的哪個(gè)位置？即O對(duì)應(yīng)_，A對(duì)應(yīng)_，B對(duì)應(yīng)_，C對(duì)應(yīng)_，D對(duì)應(yīng)_(3)在t2 s時(shí)，振子的速度方向與t0時(shí)振子的速度方向_；12 s內(nèi)振子的速度大小的變化情況是_(4)振子在前4 s內(nèi)的位移等于_例4如圖9所示，彈簧振子在M、N之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)以平衡位置O為原點(diǎn)，建立Ox軸向右為x軸正方向若振子位于N點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)，則其振動(dòng)圖象為()圖9三、適時(shí)檢測(cè)1(對(duì)機(jī)械振動(dòng)的理解)(多選)關(guān)于機(jī)械振動(dòng)的位移和平衡位置，以下說法中正確的是()A做機(jī)械振動(dòng)的物體必有一個(gè)平衡位置B機(jī)械振動(dòng)的位移總是以平衡位置為起點(diǎn)

9、的位移C機(jī)械振動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)的路程越大，發(fā)生的位移也越大D機(jī)械振動(dòng)的位移是指振動(dòng)物體偏離平衡位置最遠(yuǎn)時(shí)的位移2.(對(duì)彈簧振子的理解)如圖10所示，一彈簧振子在一條直線上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，第一次先后經(jīng)過M、N兩點(diǎn)時(shí)速度v(v0)相同，那么下列說法正確的是()圖10A振子在M、N兩點(diǎn)所受彈簧彈力相同B振子在M、N兩點(diǎn)對(duì)平衡位置的位移相同C振子在M、N兩點(diǎn)加速度大小相等D從M點(diǎn)到N點(diǎn)，振子先做勻加速運(yùn)動(dòng)，后做勻減速運(yùn)動(dòng)3.(彈簧振子的位移時(shí)間圖象)(多選)(2017·長(zhǎng)沙高二檢測(cè))如圖11所示是用頻閃照相的方法獲得的彈簧振子的位移時(shí)間圖象，下列關(guān)于該圖象的說法正確的是()圖11A該圖象的坐標(biāo)原點(diǎn)是建立在彈簧振子小球的平衡位置B從圖象可以看出小球在振動(dòng)過程中是沿t軸方向移動(dòng)的C為了顯示小球在不同時(shí)刻偏離平衡位置的位移，讓底片沿垂直x軸方向做勻速運(yùn)動(dòng)D圖象中小球的疏密顯示出相同時(shí)間內(nèi)小球位置變化快慢不同4.(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)