【課件】簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 課件 -2022-2023學(xué)年高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊(cè)

學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解什么是機(jī)械振動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。2、正確理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)x-t圖象的物理含義。3、知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象是?條正弦或余弦曲線。2.1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)生活中一些相對(duì)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)：蕩秋千來回?cái)[動(dòng)鐘擺來回?cái)[動(dòng)這些運(yùn)動(dòng)有沒有共同點(diǎn)呢？1、圍繞著“中心”位置運(yùn)動(dòng)2、運(yùn)動(dòng)具有往復(fù)性定義：物體或物體的一部分在某一個(gè)（中心）位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱為機(jī)械振動(dòng)，簡(jiǎn)稱振動(dòng)。撥動(dòng)琴弦

一、彈簧振子1.定義:小球和彈簧所組成的系統(tǒng)稱作彈簧振子，有時(shí)也把這樣的小球稱做彈簧振子或簡(jiǎn)稱振子。O點(diǎn)為平衡位置：物體原來靜止時(shí)的位置2.條件:（1）忽略摩擦力等各種阻力；（2）小球看成質(zhì)點(diǎn)；

（3）忽略彈簧質(zhì)量;

（4）彈簧始終在彈性限度內(nèi)。理想模型

豎直彈簧振子：將小球下拉或者上托之后放開，小球總是在豎直方向的平衡位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)。2、彈簧振子的分類（按振動(dòng)方向分）（1）水平彈簧振子（2）豎直彈簧振子水平彈簧振子：把小球拉向右方，然后放開，它就在水平方向的平衡位置附近運(yùn)動(dòng)起來。練習(xí)、（2022·黑龍江·高二期末）（多選）下列運(yùn)動(dòng)屬于機(jī)械振動(dòng)的是（）A．說話時(shí)聲帶的運(yùn)動(dòng)B．彈簧振子在豎直方向的上下運(yùn)動(dòng)C．體育課上同學(xué)進(jìn)行25米折返跑D．豎立于水面上的圓柱形玻璃瓶的上下運(yùn)動(dòng)ABD練習(xí)、（2022·全國(guó)·高二專題練習(xí)）（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)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AB不一定。如圖所示，豎直彈簧振子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)，其振動(dòng)的平衡位置不在彈簧的原長(zhǎng)位置，而是在彈力與重力的合力為零的位置。水平彈簧振子的平衡位置在彈簧的原長(zhǎng)位置。要想更好的描述彈簧振子運(yùn)動(dòng)的情況，首先就要知道它的位置隨時(shí)間變化的關(guān)系。思考彈簧振子的平衡位置一定在彈簧的原長(zhǎng)位置嗎？二、彈簧振子的位移—時(shí)間圖象1．彈簧振子的位移(1)振子在某時(shí)刻的位移：從平衡位置指向振子在該時(shí)刻位置的有向線段；若規(guī)定振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置右側(cè)時(shí)位移為正，則它在平衡位置左側(cè)時(shí)位移為負(fù)。(2)振子在某段時(shí)間內(nèi)的位移：由初位置指向末位置的有向線段。例如：振子在MM′之間振動(dòng)，O為平衡位置，振子的在某時(shí)刻的位移x情況：O→M:M→O:O→M′:M′→O:x的大小增大，方向始終向右。x的大小減小，方向始終向右。x的大小增大，方向始終向左。x的大小減小，方向始終向左。振子在某時(shí)刻的位移與在某段時(shí)間內(nèi)的位移的區(qū)別通常說的振子的位移是指某時(shí)刻的位移，即振子相對(duì)平衡位置的位移.因此在研究振動(dòng)時(shí)，字母x具有雙重含義：它既表示小球的位置(坐標(biāo))，又表示振子在某時(shí)刻的位移。深入理解振子在Δt＝t2－t1時(shí)間內(nèi)的位移為xMN，水平向左如圖，振子在AA′之間振動(dòng)，O為平衡位置，t1時(shí)刻振子在M點(diǎn)的位移為xM水平向右t2時(shí)刻振子在N點(diǎn)的位移為xN水平向左二、彈簧振子的位移—時(shí)間圖像新課講授怎樣才能得到小球的位移與時(shí)間的關(guān)系？方法一：毛筆描跡法新課講授方法二：頻閃照相法底片勻速運(yùn)動(dòng)方向0xt

因?yàn)閿z像底片做勻速運(yùn)動(dòng)，底片運(yùn)動(dòng)的距離與時(shí)間成正比。因此，可用底片運(yùn)動(dòng)的距離代表時(shí)間軸，振子的頻閃照片反映了不同時(shí)刻振子離開平衡位置的位移，也就是位移隨時(shí)間變化的規(guī)律。新課講授方法三：用傳感器和計(jì)算機(jī)描繪圖像用橫坐標(biāo)表示物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t，縱坐標(biāo)表示振動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)過程中相對(duì)平衡位置(原點(diǎn)O)的位移x(規(guī)定在O點(diǎn)右邊為正)，建坐標(biāo)系振動(dòng)圖像反映了振子的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律。小球的位置坐標(biāo)反映了小球相對(duì)于平衡位置的位移。這些圖中畫出的小球運(yùn)動(dòng)的x—t圖象很像正弦曲線，是不是這樣呢？如何驗(yàn)證？假定圖像為正弦曲線，測(cè)量它的振幅與周期，寫出正弦函數(shù)表達(dá)式。表達(dá)式計(jì)時(shí)開始位移為0，隨后位移增加并為正；將每一個(gè)點(diǎn)的位移時(shí)間（測(cè)量值）數(shù)值代入表達(dá)式中，比較測(cè)量值與函數(shù)值是否相等，若可視相等，則為正弦曲線。結(jié)論：彈簧振子的振動(dòng)圖像是一條正弦曲線

2、圖像信息：（1）橫坐標(biāo)—時(shí)間（周期）（2）縱坐標(biāo)—位移和路程（3）斜率—速度的大小和方向（5）最大位移處—位移最大，速度為0（4）平衡位置—位移為0，速度最大1、圖象意義:表示一個(gè)振子不同時(shí)刻所在的位置或者一個(gè)振子位移隨時(shí)間的變化規(guī)律。位移：方向始終背離平衡位置，每經(jīng)過平衡位置位移方向發(fā)生改變；遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)位移增大，靠近平衡位置時(shí)位移減小。速度：遠(yuǎn)離平衡位置（位移增大）時(shí)速度方向和位移方向相同，靠近平衡位置（位移減?。r(shí)速度方向和位移方向相反。遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)速度減小，靠近平衡位置時(shí)速度增大。(1)任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)位移的大小和方向?？聪乱粫r(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置,如圖乙中a點(diǎn),下一時(shí)刻離平衡位置更遠(yuǎn),故a點(diǎn)此刻向上振動(dòng)。圖乙中b點(diǎn),下一時(shí)刻離平衡位置更近,故b此刻向上振動(dòng)。3、圖象的應(yīng)用:如圖甲所示，質(zhì)點(diǎn)在t1、t2時(shí)刻的位移分別為x1和-x2。(2)任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向:簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性：如圖，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)間對(duì)稱

tOB＝tBO＝tOA＝tAO

tOD＝tDO＝tOC＝tCO

tDB＝tBD＝tAC＝tCA(2)速度大小的對(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兩點(diǎn)）的速度大小相等，方向可能相同，也可能相反.練習(xí)、（2022·全國(guó)·高一課時(shí)練習(xí)）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)間圖像，下列有關(guān)該圖像的說法正確的是（）A．該圖像的坐標(biāo)原點(diǎn)是隨意選取的B．從圖像中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軸的方向勻速運(yùn)動(dòng)D．圖像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CD練習(xí)、（2022·全國(guó)·高一課時(shí)練習(xí)）（多選）關(guān)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像，下列說法中正確的是（）A．表示質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的軌跡是正弦或余弦曲線B．由圖像可判斷任一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平衡位置的位移方向C．表示質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律D．由圖像可判斷任一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度方向BCD三、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1．定義：如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖象(x－t圖象)是一條正弦曲線，這樣的振動(dòng)叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。4．性質(zhì)：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種周期性的變加速運(yùn)動(dòng)。2．特點(diǎn)：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的振動(dòng)，其振動(dòng)過程關(guān)于平衡位置對(duì)稱，是一種周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。3．典例：（1）彈簧振子（2）音叉5．能量：總的機(jī)械能保持守恒。練習(xí)、關(guān)于彈簧振子的運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的是（）A．勻速直線運(yùn)動(dòng) B．勻減速直線運(yùn)動(dòng)C．勻加速直線運(yùn)動(dòng)D．變速直線運(yùn)動(dòng)D

練習(xí)、如圖，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)，以向右為正方向建立x軸。若振子位于N點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)，則其振動(dòng)圖像為（）課堂練習(xí)B練習(xí)、（2022·云南高二階段練習(xí)）(多選)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，若以豎直向下為正方向，下列說法正確的是()A．鋼球的最低處為平衡位置B．鋼球原來靜止時(shí)的位置為平衡位置C．鋼球振動(dòng)到距原靜止位置下方3cm處時(shí)位移為3cmD．鋼球振動(dòng)到距原靜止位置上方2cm處時(shí)位移為-2cmBCD

練習(xí)、（2022·湖北高二階段練習(xí)）彈簧振子以O(shè)點(diǎn)為平衡位置，在水平方向上的A、B兩點(diǎn)間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，以下說法正確的是（）A．振子在A、B兩點(diǎn)時(shí)的速度為零，位移不為零B．振子在通過O點(diǎn)時(shí)速度的方向?qū)l(fā)生改變C．振子所受的彈簧彈力方向總