高中物理第十一章機(jī)械振動(dòng)1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)課堂合作探究學(xué)案新人教版選修

1、1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)課堂合作探究問題導(dǎo)學(xué)一、彈簧振子活動(dòng)與探究11如圖甲中彈簧振子水平放置時(shí)，思考其在平衡位置的受力情況怎樣？乙圖中豎直放置時(shí)又是怎樣的？2物理模型是從生活實(shí)際中抽象出來(lái)的理想模型，它是忽略次要因素、突出主要因素而形成的。在彈簧振子模型中，忽略的次要因素是什么？突出的主要因素又是什么？與同學(xué)討論分析后得出結(jié)論。遷移與應(yīng)用1如圖所示，彈簧下端懸掛一鋼球，上端固定，它們組成一個(gè)振動(dòng)的系統(tǒng)，用手把鋼球向上托起一段距離，然后釋放，鋼球便上下振動(dòng)起來(lái)，若以豎直向下為正方向，下列說(shuō)法正確的是（）A鋼球運(yùn)動(dòng)所能達(dá)到的最低處為平衡位置B鋼球原來(lái)靜止時(shí)的位置為平衡位置C鋼球振動(dòng)到距原靜止位置下方3 cm處

2、時(shí)位移為3 cmD鋼球振動(dòng)到距原靜止位置上方2 cm處時(shí)位移為2 cm1彈簧振子是一種理想化模型，應(yīng)滿足以下條件：（1）質(zhì)量：彈簧質(zhì)量比振子（小球）質(zhì)量小得多，可以認(rèn)為質(zhì)量只集中于振子（小球）上；（2）體積：彈簧振子中與彈簧相連的小球的體積要足夠小，可以認(rèn)為小球是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)；（3）阻力：在振子振動(dòng)過程中，忽略彈簧與小球受到的各種阻力；（4）彈性限度：振子從平衡位置拉開的最大位移在彈簧的彈性限度內(nèi)。2物體原來(lái)靜止時(shí)的位置為其平衡位置。振動(dòng)物體的位移都是以平衡位置為參考點(diǎn)，物體在平衡位置正方向上，位移為正，反之為負(fù)。二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及其圖象活動(dòng)與探究21回憶先前學(xué)過的位移的概念，然后再分析一下振動(dòng)系統(tǒng)中

3、的位移又有什么特殊的地方。2教材中介紹了哪些獲取振動(dòng)系統(tǒng)位移時(shí)間圖象的方法？3教材記錄振動(dòng)的繪圖中，為什么都要?jiǎng)蛩倮瓌?dòng)紙帶？4試探究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移方向和速度方向特點(diǎn)。遷移與應(yīng)用2如圖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，下列有關(guān)該圖象的說(shuō)法正確的是（）A該圖象的坐標(biāo)原點(diǎn)建立在彈簧振子的平衡位置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，應(yīng)讓底片沿垂直t軸方向勻速運(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1振動(dòng)圖象描述的是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化關(guān)系，而非質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡。比如彈簧振子沿一直線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其軌跡為一直

4、線，而它的振動(dòng)圖象卻是正弦曲線。2從簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象上可以獲取以下信息簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象是正弦（或余弦）曲線，圖象的橫軸表示時(shí)間、縱軸表示位移，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、速度的方向和速度大小的變化趨勢(shì)。例如：若遠(yuǎn)離平衡位置，則速度越來(lái)越小，加速度、位移越來(lái)越大，若靠近平衡位置，則速度越來(lái)越大，加速度、位移越來(lái)越小，如圖中振子在P1點(diǎn)，從正位移向著平衡位置運(yùn)動(dòng)，則速度為負(fù)且增大，位移、加速度正在減小，振子在P2點(diǎn)向負(fù)位移遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng)，則速度為負(fù)且減小，位移、加速度正在增大。三、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性活動(dòng)與探究3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)具有明顯的對(duì)稱性，你能找出哪些具有對(duì)稱性的物理量？遷移與應(yīng)用

5、3一水平彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是（）A加速度增大時(shí)，速度必增大B加速度增大時(shí)，速度必減小C位移相同時(shí)，速度必相同D速度相同時(shí)，位移必相同1靈活應(yīng)用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性會(huì)使問題簡(jiǎn)化。2解答這類問題時(shí)要特別注意位移、速度、加速度的矢量性。當(dāng)堂檢測(cè)1下列運(yùn)動(dòng)中屬于機(jī)械振動(dòng)的是（）A人趴在地上做俯臥撐B水塘里的蘆葦在微風(fēng)作用后的左右擺動(dòng)C五星紅旗迎風(fēng)飄揚(yáng)D釣魚時(shí)浮標(biāo)在水中的上下浮動(dòng)2如圖（a），一彈簧振子在AB間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，O為平衡位置。如圖（b）是振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的位移時(shí)間圖象。則關(guān)于振子的加速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。下列四個(gè)圖象中正確的是（）3有一彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，則下列說(shuō)法正確的是（）A

6、加速度最大時(shí)，速度最大B速度最大時(shí)，位移最大C位移最大時(shí)，加速度最大D位移為零時(shí)，加速度最大4手機(jī)是常用的通信工具，當(dāng)來(lái)電話時(shí)，它可以用振動(dòng)來(lái)提示人們。振動(dòng)原理很簡(jiǎn)單：是一個(gè)微型電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸上的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)就跟著振動(dòng)起來(lái)。其中葉片的形狀你認(rèn)為是下圖中的（）5如圖，小球套在光滑水平桿上，與彈簧組成彈簧振子，O為平衡位置，小球在O附近的AB間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，設(shè)向右為正方向，則：（1）速度由正變負(fù)的位置在_點(diǎn)。（2）位移為負(fù)向最大的位置在_點(diǎn)。答案：課堂合作探究【問題導(dǎo)學(xué)】活動(dòng)與探究1：1答案：甲圖中水平放置且振子處在平衡位置時(shí)，小球在豎直方向上受到桿的支持力和自身的重力，二力平衡，

7、水平方向上不受力。豎直放置時(shí)，小球在豎直方向上受到彈簧的彈力和自身的重力，二力平衡，水平方向不受力。兩種情況下處于平衡位置時(shí)彈簧的受力不同，但小球所受的合力都為零。彈簧振子的平衡位置是合力為零的位置，不一定是彈簧處于原長(zhǎng)的位置。2答案：彈簧振子模型忽略的次要因素是球與桿的摩擦、彈簧的質(zhì)量（即所謂的“輕彈簧”），突出的主要因素是彈簧的彈性和球的質(zhì)量。遷移與應(yīng)用1：BC解析：振子平衡位置的定義為振子原來(lái)靜止時(shí)的位置，故A錯(cuò)，B對(duì)。振子的位移為從平衡位置指向某時(shí)刻所在位置的有向線段，據(jù)題意可判斷C對(duì)，D錯(cuò)?；顒?dòng)與探究2：1答案：以前學(xué)過的位移是指物體（質(zhì)點(diǎn)）相對(duì)初始位置的位置變化，用從初位置指向末位

8、置的有向線段來(lái)表示，不同時(shí)間內(nèi)的位移不一定相同。振動(dòng)系統(tǒng)中的位移是專指振子偏離平衡位置的位移，所以其起始點(diǎn)定位在平衡位置。這種特定位移的方向是由平衡位置指向某時(shí)刻振子的位置，所以偏離平衡位置的位移的方向總是背離平衡位置，大小為平衡位置到該位置的距離。2答案：（1）頻閃照相法；（2）用傳感器與計(jì)算機(jī)結(jié)合獲取圖象的方法。3答案：因?yàn)閯蛩倮瓌?dòng)紙帶時(shí)，紙帶的位移與時(shí)間成正比，即xvt，這樣，一定的位移就對(duì)應(yīng)確定的時(shí)間，所以只有勻速拉動(dòng)紙帶，才能用紙帶移動(dòng)的距離表示時(shí)間。4答案：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移是指離開平衡位置的位移，所以位移的方向總是背離平衡位置指向外側(cè)，只要振動(dòng)物體通過同一位置，其位移的方向是一定的，

9、而速度的方向就是運(yùn)動(dòng)方向，在振動(dòng)物體經(jīng)歷同一位置（除最大位移處）時(shí)，速度的方向有兩種可能：指向平衡位置或背離平衡位置。遷移與應(yīng)用2：AD解析：從圖象中能看出坐標(biāo)原點(diǎn)在平衡位置，A對(duì)。橫軸是由底片勻速運(yùn)動(dòng)得到的，已經(jīng)轉(zhuǎn)化為時(shí)間軸，小球只在x軸上振動(dòng)，所以B、C錯(cuò)。因圖象中相鄰小球之間所經(jīng)時(shí)間相同，密處說(shuō)明位置變化慢，D正確?；顒?dòng)與探究3：答案：如圖所示，物體在A與B間運(yùn)動(dòng)，O點(diǎn)為平衡位置，C和D兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱，則有：1時(shí)間的對(duì)稱（1）振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)來(lái)回通過相同的兩點(diǎn)間的時(shí)間相等，即tDBtBD。（2）質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過關(guān)于平衡位置對(duì)稱的等長(zhǎng)的兩線段時(shí)間相等，即tCOtOD。圖中tOBtBOtOAtAO，tOD

10、tDOtOCtCO，tDBtBDtACtCA。2速度的對(duì)稱（1）物體連續(xù)兩次經(jīng)過同一點(diǎn)（如D點(diǎn)）的速度大小相等，方向相反。（2）物體經(jīng)過關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱的兩點(diǎn)（如C與D）的速度大小相等，方向可能相同，也可能相反。3位移和加速度的對(duì)稱（1）物體經(jīng)過同一點(diǎn)（如C點(diǎn)）時(shí)，位移和加速度均相同。（2）物體經(jīng)過關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱的兩點(diǎn)（如C與D）時(shí)，位移與加速度均是大小相等，方向相反。遷移與應(yīng)用3：B解析：如圖所示，振子在A、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，O點(diǎn)為平衡位置，C、D關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱。由圖可知，當(dāng)振子遠(yuǎn)離平衡位置O運(yùn)動(dòng)時(shí)，位移增大，加速度增大，而速度減小；當(dāng)振子向平衡位置O運(yùn)動(dòng)時(shí)，位移減小，加速度減小，而速度增大。所以在簡(jiǎn)

11、諧運(yùn)動(dòng)過程中，速度和加速度的變化趨勢(shì)總是相反的。選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確。振子由O向B運(yùn)動(dòng)經(jīng)過D點(diǎn)時(shí)和由B向O運(yùn)動(dòng)經(jīng)過D點(diǎn)時(shí)，位移相同，速度大小相等，但方向相反，說(shuō)明位移相同時(shí)，速度不一定相同。選項(xiàng)C錯(cuò)誤。振子由B向O運(yùn)動(dòng)經(jīng)過D點(diǎn)時(shí)和由O向A運(yùn)動(dòng)經(jīng)過C點(diǎn)時(shí)，速度大小相等，方向相同，而位移雖然大小相等，但方向相反，說(shuō)明速度相同時(shí)，位移不一定相同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！井?dāng)堂檢測(cè)】1BD解析：物體在平衡位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是機(jī)械振動(dòng)，顯然以上A、C兩種說(shuō)法中涉及的物體的運(yùn)動(dòng)不符合這一定義。2C解析：彈簧振子的加速度aeq f(k,m)x，即大小與偏離平衡位置的位移成正比，方向總與位移方向相反，C正確。3C解析：振子的加速度最大時(shí)，振子