人教版高中物理選修34第十一章第1節(jié)簡諧運(yùn)動(dòng)課件

Copyright?2014SimonPPT.AllRightsReserved.機(jī)械振動(dòng)高中物理選修·選修3-4第十一章機(jī)械振動(dòng)：是指物體或質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近所作有規(guī)律

的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。高中階段主要學(xué)習(xí)最簡單的機(jī)械振動(dòng)——簡諧運(yùn)動(dòng)【可以是某個(gè)力或合外力】由指向質(zhì)點(diǎn)【簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和圖像】簡諧運(yùn)動(dòng)的“五大”特征2s時(shí)間內(nèi)，振子的位移均為0.簡諧運(yùn)動(dòng)的“五大”特征如圖，一輕彈簧一端固定，另一端連接一物塊構(gòu)成彈簧振子，該物塊是由a、b兩個(gè)小物塊粘在一起組成的．物塊在光滑水平面上左右振動(dòng)，振幅為A0，周期為T0.(1)由圖象可以看出質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅、．振動(dòng)物體完成一次所需的時(shí)間[單擺周期公式的應(yīng)用]振動(dòng)物體內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)如圖，一輕彈簧一端固定，另一端連接一物塊構(gòu)成彈簧振子，該物塊是由a、b兩個(gè)小物塊粘在一起組成的．物塊在光滑水平面上左右振動(dòng)，振幅為A0，周期為T0.A．當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí)，它的振動(dòng)周期是0.【簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和圖像】1．[受迫振動(dòng)](2017·江西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)如圖所示，曲軸上掛一個(gè)彈簧振子，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，曲軸可帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)．開始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，讓振子自由振動(dòng)，測得其頻率為2Hz.④振子往復(fù)過程中通過同一段路程(如OP段)所用時(shí)間相等，tOP＝tPO.B．當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí)，它的振動(dòng)頻率是4Hz由指向質(zhì)點(diǎn)彈簧振子或單擺(0≤5°)①回復(fù)力和加速度的方向：因回復(fù)力總是指向，故回①共振曲線：如圖所示，橫坐標(biāo)為驅(qū)動(dòng)力頻率f，縱坐標(biāo)為振幅A.2．平衡位置：物體在振動(dòng)過程中為零的位置．【簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和圖像】(1)由圖象可以看出質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅、．自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振關(guān)系的比較簡諧振動(dòng)基本特征簡諧振動(dòng)圖像受迫振動(dòng)與共振課后習(xí)題內(nèi)容組成本節(jié)研究簡諧振動(dòng)常見的物理模型：①單擺：②彈簧振子：水平振動(dòng)豎直振動(dòng)0102簡諧運(yùn)動(dòng)的基本特征1．簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律：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(x-t圖象)是一條

．2．平衡位置：

物體在振動(dòng)過程中

為零的位置．【平衡位置為回復(fù)力為零的位置，而非一定是合外力為零的位置】正弦函數(shù)

正弦曲線

回復(fù)力

補(bǔ)充說明：

(1)定義：使物體返回到

的力.【可以是某個(gè)力或合外力】

03(2)方向：總是指向

．【合外力并不一定為零】

(3)來源：屬于

力，可以是某一個(gè)力，也可以是幾個(gè)力的合力

或某個(gè)力的分力．

3．回復(fù)力平衡位置

平衡位置

效果

044．描述簡諧運(yùn)動(dòng)的物理量

物理量定義意義位移由

指向質(zhì)點(diǎn)

的有向線段描述質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)中某時(shí)刻的位置相對于

的位移。無論從何時(shí)開始計(jì)時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)位移為4A，半個(gè)周期內(nèi)位移為2A。振幅振動(dòng)物體離開平衡位置的____________

描述振動(dòng)的

和能量平衡位置

所在位置

最大距離

強(qiáng)弱

平衡位置

05物理量定義意義周期振動(dòng)物體完成一次

所需的時(shí)間描述振動(dòng)的

，兩者互為倒數(shù)：T＝

頻率振動(dòng)物體

內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)相位ωt＋φ描述周期性運(yùn)動(dòng)在各個(gè)時(shí)刻所處的不同狀態(tài)全振動(dòng)

單位時(shí)間

快慢

4．描述簡諧運(yùn)動(dòng)的物理量

(1)動(dòng)力學(xué)特征：F＝－kx，“－”表示回復(fù)力的方向與位移方向相

反，k是比例系數(shù)，不一定是彈簧的勁度系數(shù)．

(2)運(yùn)動(dòng)學(xué)特征：簡諧運(yùn)動(dòng)的加速度與物體偏離平衡位置的位移成正

比，而方向相反，為變加速運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，

x、F、a、Ep均增大，v、Ek均減小，靠近平衡位置

時(shí)則相反．

(3)周期性特征：相隔T或nT的兩個(gè)時(shí)刻振子處于同一位置且振動(dòng)狀

態(tài)相同．065.簡諧運(yùn)動(dòng)的“五大”特征

07(4)對稱性特征：①相隔或整周期T的兩個(gè)時(shí)刻，振子位置關(guān)于平衡位置對稱，

位移、速度、加速度大小相等，方向相反．②如圖所示，振子經(jīng)過關(guān)于平衡位置O對稱的兩點(diǎn)P、P′(OP＝OP）

時(shí)，速度的大小、動(dòng)能、勢能相等，相對于平衡位置的位移大

小相等．③振子由P到O所用時(shí)間等于由O到P′所用時(shí)間，即tPO＝tOP′.④振子往復(fù)過程中通過同一段路程(如OP段)所用時(shí)間相等，tOP＝tPO.5.簡諧運(yùn)動(dòng)的“五大”特征

08(5)能量特征：振動(dòng)的能量包括動(dòng)能Ek和勢能Ep，簡諧運(yùn)動(dòng)過程中，系

統(tǒng)動(dòng)能與勢能相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．5.簡諧運(yùn)動(dòng)的“五大”特征

[題組突破訓(xùn)練]091．[簡諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)]如圖所示，彈簧振子在BC間振動(dòng)，O為平衡位置，BO＝OC＝5cm.若振子從B到C的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是1s，則下列說法中正確的是(

)A．振子從B經(jīng)O到

C完成一次全振動(dòng)B．振動(dòng)周期是2s，振幅是5cmC．經(jīng)過兩次全振動(dòng)，振子通過的路程是20cmD．從B開始經(jīng)過3s，振子通過的路程是30cmE．振子從B到O的時(shí)間與從O到C的時(shí)間相等BDE102．[簡諧運(yùn)動(dòng)對稱性的應(yīng)用]

一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置O點(diǎn)附近做機(jī)械振動(dòng)．若從O點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過3s質(zhì)點(diǎn)第一次經(jīng)過M點(diǎn)(如圖所示)；再繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，又經(jīng)過2s它第二次經(jīng)過M點(diǎn)，則該質(zhì)點(diǎn)第三次經(jīng)過M點(diǎn)還需要的時(shí)間是________s.[題組突破訓(xùn)練]113．[簡諧運(yùn)動(dòng)的能量問題]

如圖，一輕彈簧一端固定，另一端連接一物塊構(gòu)成彈簧振子，該物塊是由a、b兩個(gè)小物塊粘在一起組成的．物塊在光滑水平面上左右振動(dòng)，振幅為A0，周期為T0.當(dāng)物塊向右通過平衡位置時(shí)，a、b之間的粘膠脫開；以后小物塊a振動(dòng)的振幅和周期分別為A和T，則A________A0，T________T0.(均選填“>”“<”或“＝”)[題組突破訓(xùn)練]12[題組突破訓(xùn)練]4.[單擺周期公式的應(yīng)用]

如圖所示，在水平地面上有一段光滑圓弧形槽，弧的半徑是R，所對圓心角小于10°，現(xiàn)在圓弧的右側(cè)邊緣M處放一個(gè)小球A，使其由靜止下滑，則：(1)小球由M至O的過程中所需時(shí)間t為多少？(2)若在MN圓弧上存在兩點(diǎn)P、Q，且P、Q關(guān)于O對稱，且已測

得小球A由P到達(dá)Q所需時(shí)間為Δt，則小球由Q至N的最短時(shí)

間為多少？振動(dòng)物體的機(jī)械能_______(1)動(dòng)力學(xué)特征：F＝－kx，“－”表示回復(fù)力的方向與位移方向相

反，k是比例系數(shù)，不一定是彈簧的勁度系數(shù)．

(2)運(yùn)動(dòng)學(xué)特征：簡諧運(yùn)動(dòng)的加速度與物體偏離平衡位置的位移成正

比，而方向相反，為變加速運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，

x、F、a、Ep均增大，v、Ek均減小，靠近平衡位置

時(shí)則相反．

(3)周期性特征：相隔T或nT的兩個(gè)時(shí)刻振子處于同一位置且振動(dòng)狀

態(tài)相同．4．描述簡諧運(yùn)動(dòng)的物理量(3)可以確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的回復(fù)力、和速度的方向．直觀地反映了驅(qū)動(dòng)力頻率對某振動(dòng)系統(tǒng)受迫振動(dòng)振幅4s時(shí)間內(nèi)，振子通過的路程均為0.C．C的振幅比B的振幅大如圖，一輕彈簧一端固定，另一端連接一物塊構(gòu)成彈簧振子，該物塊是由a、b兩個(gè)小物塊粘在一起組成的．物塊在光滑水平面上左右振動(dòng)，振幅為A0，周期為T0.描述振動(dòng)的和能量若下一時(shí)刻位移增加，速度方向就是遠(yuǎn)離t軸；描述質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)中某時(shí)刻的位置相對于的位移。表示某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的______②速度的方向：速度的方向可以通過下一時(shí)刻位移的變化來判定，1．簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律：質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從的規(guī)律，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置O點(diǎn)附近做機(jī)械振動(dòng)．若從O點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過3s質(zhì)點(diǎn)第一次經(jīng)過M點(diǎn)(如圖所示)；復(fù)力和加速度的方向在圖象上總是指向t軸；x＝Asin(ωt＋φ)：其中A代表，ω＝2πf表示簡諧運(yùn)動(dòng)的快慢，描述質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)中某時(shí)刻的位置相對于的位移。若下一時(shí)刻位移增加，速度方向就是遠(yuǎn)離t軸；時(shí)，速度的大小、動(dòng)能、勢能相等，相對于平衡位置的位移大C．當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，彈簧振子的振幅增大如圖，一輕彈簧一端固定，另一端連接一物塊構(gòu)成彈簧振子，該物塊是由a、b兩個(gè)小物塊粘在一起組成的．物塊在光滑水平面上左右振動(dòng)，振幅為A0，周期為T0.本節(jié)研究簡諧振動(dòng)常見的物理模型：(1)由圖象可以看出質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅、．振動(dòng)物體完成一次所需的時(shí)間13分析簡諧運(yùn)動(dòng)各物理量變化的方法

求解簡諧運(yùn)動(dòng)問題的有效方法就是緊緊抓住一個(gè)模型——水平方向振動(dòng)的彈簧振子，熟練掌握振子的振動(dòng)過程以及振子振動(dòng)過程中各物理量的變化規(guī)律，遇到簡諧運(yùn)動(dòng)問題，頭腦中立即呈現(xiàn)出一幅彈簧振子振動(dòng)的圖景，再把問題一一對應(yīng)、分析求解.【方法技巧】【簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和圖像】141．簡諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式x＝Asin(ωt＋φ)：其中A代表

，ω＝2πf表示簡諧運(yùn)動(dòng)的快慢，

ωt＋φ代表簡諧運(yùn)動(dòng)的相位，φ叫作初相.振幅

2.簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像15圖象

橫軸表示振動(dòng)______

縱軸表示某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的______

物理意義表示振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移隨______的變化規(guī)律【簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和圖像】時(shí)間

位移

時(shí)間

163.圖象信息(1)由圖象可以看出質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅、

．(2)可以確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的

．(3)可以確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的回復(fù)力、

和速度的方向．

①回復(fù)力和加速度的方向：因回復(fù)力總是指向

，故回

復(fù)力和加速度的方向在圖象上總是指向t軸；

②速度的方向：速度的方向可以通過下一時(shí)刻位移的變化來判定，

若下一時(shí)刻位移增加，速度方向就是遠(yuǎn)離t軸；若下一時(shí)刻位移

減小，速度方向就是指向t軸．【簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和圖像】周期

位移

加速度

平衡位置

課堂訓(xùn)練171．[簡諧運(yùn)動(dòng)公式的理解]

一彈簧振子的位移y隨時(shí)間t變化的關(guān)系式為y＝0.1sin2.5πt，位移y的單位為m，時(shí)間t的單位為s.則(

)A．彈簧振子的振幅為0.1mB．彈簧振子的周期為1.25sC．在t＝0.2s時(shí)，振子的運(yùn)動(dòng)速度為零D．在任意0.2s時(shí)間內(nèi)，振子的位移均為0.1mE．在任意0.4s時(shí)間內(nèi)，振子通過的路程均為0.2m2.[振動(dòng)圖象的理解]

如圖所示，彈簧振子在M、N之間做簡諧運(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(

)A18課堂訓(xùn)練受迫振動(dòng)和共振191．受迫振動(dòng)：系統(tǒng)在

作用下的振動(dòng)．做受迫振動(dòng)的物體，它

做受迫振動(dòng)的周期(或頻率)等于

的周期(或頻率)

而與物體的固有周期(或頻率)

關(guān)．

驅(qū)動(dòng)力：周期性的外力2．共振：(1)共振現(xiàn)象：做受迫振動(dòng)的物體，它的固有頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率越接近，其振幅就越大，當(dāng)二者

時(shí)，振幅達(dá)到最大，這就是共振現(xiàn)象．【共振：一種特殊的受迫振動(dòng)】驅(qū)動(dòng)力

驅(qū)動(dòng)力

無

相等

20①共振曲線：如圖所示，橫坐標(biāo)為驅(qū)動(dòng)力頻率f，縱坐標(biāo)為振幅A.

直觀地反映了驅(qū)動(dòng)力頻率對某振動(dòng)系統(tǒng)受迫振動(dòng)振幅

的影響，由圖可知，f與f0越接近，振幅A

；

當(dāng)f＝f0時(shí)，振幅A

．②受迫振動(dòng)中系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化：受迫振動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械能不守恒，系統(tǒng)

與外界時(shí)刻進(jìn)行能量交換．（2）共振的理解受迫振動(dòng)和共振越大

最大

21

自由振動(dòng)受迫振動(dòng)共振受力情況僅受回復(fù)力受驅(qū)動(dòng)力作用受驅(qū)動(dòng)力作用振動(dòng)周期或頻率由

性質(zhì)決定，

即固有周期

T0或固有

頻率f0

由

的周期或頻率決定，即T

＝T驅(qū)或f

＝f驅(qū)

T驅(qū)＝T0或f驅(qū)＝f0系統(tǒng)本身

驅(qū)動(dòng)力

3.自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振關(guān)系的比較②如圖所示，振子經(jīng)過關(guān)于平衡位置O對稱的兩點(diǎn)P、P′(OP＝OP）描述周期性運(yùn)動(dòng)在各個(gè)時(shí)刻所處的不同狀態(tài)現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min，則()與外界時(shí)刻進(jìn)行能量交換．C．經(jīng)過兩次全振動(dòng)，振子通過的路程是20cm表示振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移隨______的變化規(guī)律【可以是某個(gè)力或合外力】描述振動(dòng)的和能量②速度的方向：速度的方向可以通過下一時(shí)刻位移的變化來判定，1．簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律：質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從的規(guī)律，若下一時(shí)刻位移增加，速度方向就是遠(yuǎn)離t軸；4．描述簡諧運(yùn)動(dòng)的物理量分析簡諧運(yùn)動(dòng)各物理量變化的方法3．[簡諧運(yùn)動(dòng)的能量問題]的影響，由圖可知，f與f0越接近，振幅A；【簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和圖像】B．彈簧振子的周期為1.1．受迫振動(dòng)：系統(tǒng)在作用下的振動(dòng)．做受迫振動(dòng)的物體，它簡諧運(yùn)動(dòng)的“五大”特征2s時(shí)，振子的運(yùn)動(dòng)速度為零【簡諧運(yùn)