高中物理(新教材)選修一課件12-2-簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述人教版

高中物理(新教材)選修一課件12-2-簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述人教版目錄CONTENTS簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)基本概念簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)描述方法彈簧振子模型分析單擺模型分析受迫振動(dòng)與共振現(xiàn)象簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)在生活中的應(yīng)用01簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)基本概念簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)定義簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)定義與特點(diǎn)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體在平衡位置附近做周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其位移、速度、加速度等物理量都隨時(shí)間按正弦或余弦規(guī)律變化。物體在一條直線上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如果物體在與位移成正比的恢復(fù)力的作用下，其加速度與位移成正比且方向相反，這樣的振動(dòng)稱為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)周期做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體完成一次全振動(dòng)所需的時(shí)間稱為振動(dòng)的周期，用T表示，單位是秒(s)。振動(dòng)頻率單位時(shí)間內(nèi)物體完成全振動(dòng)的次數(shù)稱為振動(dòng)的頻率，用f表示，單位是赫茲(Hz)。頻率與周期互為倒數(shù)關(guān)系，即f=1/T。振動(dòng)周期與頻率振幅相位初相位振幅、相位及初相位振動(dòng)物體離開平衡位置的最大距離稱為振幅，用A表示。振幅反映了振動(dòng)的強(qiáng)弱程度，振幅越大，振動(dòng)越強(qiáng)。描述周期性運(yùn)動(dòng)在各個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)的物理量。對(duì)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，相位是指物體振動(dòng)的位移和速度之間的相對(duì)關(guān)系，用ωt+φ0表示，其中ω為角頻率，t為時(shí)間，φ0為初相位。振動(dòng)物體在t=0時(shí)刻的相位稱為初相位，用φ0表示。初相位反映了振動(dòng)起始時(shí)刻的狀態(tài)，不同的初相位會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)狀態(tài)的不同。02簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)描述方法用圖像的方式表示振動(dòng)物體離開平衡位置的位移隨時(shí)間的變化關(guān)系。振動(dòng)圖像在平面直角坐標(biāo)系中，以橫軸表示時(shí)間，縱軸表示位移，根據(jù)振動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，描繪出振動(dòng)物體的振動(dòng)圖像。振動(dòng)圖像的繪制通過振動(dòng)圖像可以直觀地了解振動(dòng)物體的振幅、周期、頻率等振動(dòng)特性。振動(dòng)圖像的應(yīng)用振動(dòng)圖像法

旋轉(zhuǎn)矢量法旋轉(zhuǎn)矢量在平面內(nèi)，以一定長(zhǎng)度為半徑畫一個(gè)圓，取該圓上一點(diǎn)作為矢量的端點(diǎn)，該矢量繞圓心旋轉(zhuǎn)時(shí)，其端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的軌跡。旋轉(zhuǎn)矢量的繪制根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，確定矢量的長(zhǎng)度和旋轉(zhuǎn)角速度，然后在平面內(nèi)繪制出旋轉(zhuǎn)矢量。旋轉(zhuǎn)矢量的應(yīng)用通過旋轉(zhuǎn)矢量法可以方便地描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移、速度、加速度等物理量，以及它們之間的相位關(guān)系。用三角函數(shù)或指數(shù)函數(shù)等數(shù)學(xué)形式表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。數(shù)學(xué)表達(dá)式根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的定義和規(guī)律，選擇合適的數(shù)學(xué)形式，如正弦函數(shù)、余弦函數(shù)等，建立簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。數(shù)學(xué)表達(dá)式的建立通過數(shù)學(xué)表達(dá)式可以精確地計(jì)算簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移、速度、加速度等物理量，以及它們之間的定量關(guān)系。同時(shí)，數(shù)學(xué)表達(dá)式也是進(jìn)一步研究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)表達(dá)式的應(yīng)用數(shù)學(xué)表達(dá)式法03彈簧振子模型分析忽略摩擦、空氣阻力等次要因素，將振動(dòng)物體抽象為質(zhì)點(diǎn)，彈簧抽象為無質(zhì)量的理想彈簧。理想化模型平衡位置振動(dòng)周期振動(dòng)物體在振動(dòng)過程中所受回復(fù)力為零的位置，即彈簧原長(zhǎng)位置。振動(dòng)物體完成一次全振動(dòng)所需的時(shí)間，與振幅無關(guān)，由振動(dòng)物體本身性質(zhì)決定。030201彈簧振子模型建立在振動(dòng)過程中，只有重力或彈力做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒。機(jī)械能守恒在平衡位置附近，動(dòng)能最大，勢(shì)能最??；在最大位移處，動(dòng)能最小，勢(shì)能最大。動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化振動(dòng)能量以波的形式在介質(zhì)中傳播，傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直。能量傳遞彈簧振子能量轉(zhuǎn)化與守恒01020304簡(jiǎn)諧振動(dòng)實(shí)例受迫振動(dòng)與共振阻尼振動(dòng)與減幅振動(dòng)波的干涉與衍射彈簧振子在實(shí)際問題中應(yīng)用單擺、復(fù)擺、扭擺等均可視為簡(jiǎn)諧振動(dòng)，可用彈簧振子模型進(jìn)行分析。當(dāng)外界驅(qū)動(dòng)力頻率接近系統(tǒng)固有頻率時(shí)，系統(tǒng)振幅顯著增大，產(chǎn)生共振現(xiàn)象。考慮摩擦、空氣阻力等因素時(shí)，振動(dòng)幅度逐漸減小，最終停止振動(dòng)。利用波的疊加原理分析波的干涉現(xiàn)象；當(dāng)波遇到障礙物或小孔時(shí)發(fā)生衍射現(xiàn)象。04單擺模型分析實(shí)際單擺模型考慮空氣阻力、懸線質(zhì)量及形變，重物形狀及大小對(duì)擺動(dòng)的影響。理想單擺模型忽略空氣阻力、懸線質(zhì)量及形變，將重物視為質(zhì)點(diǎn)，且只在二維平面內(nèi)擺動(dòng)。單擺條件擺角很?。ㄍǔＰ∮?°），以確保擺動(dòng)過程中重力沿弧線的分力近似等于回復(fù)力。單擺模型建立及條件根據(jù)簡(jiǎn)諧振動(dòng)周期公式及單擺受力分析，推導(dǎo)出單擺周期公式T=2π√(L/g)，其中L為擺長(zhǎng)，g為重力加速度。周期公式推導(dǎo)利用單擺周期公式可計(jì)算不同擺長(zhǎng)、重力加速度下的單擺周期，進(jìn)而研究單擺運(yùn)動(dòng)規(guī)律。周期公式應(yīng)用單擺周期公式推導(dǎo)及應(yīng)用驗(yàn)證單擺周期公式的正確性，探究影響單擺周期的因素。鐵架臺(tái)、細(xì)線、秒表、游標(biāo)卡尺、重物（如小球）等。單擺實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)步驟1.安裝實(shí)驗(yàn)器材，將細(xì)線一端固定在鐵架臺(tái)上，另一端懸掛重物，調(diào)整細(xì)線長(zhǎng)度使重物自然下垂時(shí)位于鐵架臺(tái)中心。2.使用游標(biāo)卡尺測(cè)量重物的直徑，多次測(cè)量取平均值以減小誤差。單擺實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作3.使重物偏離平衡位置一小角度（小于5°），釋放后開始計(jì)時(shí)，記錄重物經(jīng)過最低點(diǎn)的次數(shù)和所用時(shí)間。4.改變細(xì)線長(zhǎng)度或重物質(zhì)量，重復(fù)步驟3多次實(shí)驗(yàn)以獲取足夠數(shù)據(jù)。5.分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算單擺周期并與理論值進(jìn)行比較，得出結(jié)論。單擺實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作05受迫振動(dòng)與共振現(xiàn)象受迫振動(dòng)定義01物體在周期性驅(qū)動(dòng)力作用下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。受迫振動(dòng)特點(diǎn)02物體做受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，而與物體固有頻率無關(guān)。驅(qū)動(dòng)力頻率與物體固有頻率的關(guān)系03當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于物體固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大，產(chǎn)生共振現(xiàn)象；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率與物體固有頻率相差較大時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅較小。受迫振動(dòng)概念及特點(diǎn)共振現(xiàn)象產(chǎn)生條件驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率。共振現(xiàn)象的危害共振現(xiàn)象可能導(dǎo)致物體的振幅迅速增大，從而造成物體的破壞或損傷。例如，橋梁、建筑物等在地震、風(fēng)等外力作用下可能產(chǎn)生共振現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞或坍塌。共振現(xiàn)象產(chǎn)生條件及危害在建筑物、橋梁等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過改變結(jié)構(gòu)的固有頻率或增加阻尼等措施，以避免與外力頻率相同而產(chǎn)生共振現(xiàn)象。例如，在建筑物中設(shè)置隔震支座、減震器等裝置，以減小地震對(duì)建筑物的影響。防止共振現(xiàn)象實(shí)例音響設(shè)備中利用共振原理來增強(qiáng)聲音的效果。在音響設(shè)備中，揚(yáng)聲器振膜的振動(dòng)經(jīng)過共鳴腔的放大和共振作用，被人耳聽到。通過調(diào)整共鳴腔的形狀和大小，可以改變音響設(shè)備的音效特點(diǎn)。利用共振現(xiàn)象實(shí)例防止和利用共振現(xiàn)象實(shí)例06簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)在生活中的應(yīng)用鐘擺、秋千等生活中常見例子鐘擺鐘擺的周期性擺動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的一個(gè)典型例子。鐘擺的擺動(dòng)周期與擺長(zhǎng)、重力加速度有關(guān)，通過調(diào)整擺長(zhǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘走時(shí)的精確控制。秋千秋千的擺動(dòng)也是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)形式。在秋千擺動(dòng)過程中，重力和繩子的張力共同作用，使秋千做周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在音樂中，音調(diào)的高低與聲波的振動(dòng)頻率有關(guān)。簡(jiǎn)諧振動(dòng)產(chǎn)生的聲波經(jīng)過樂器或電子設(shè)備的調(diào)制，可以形成不同音調(diào)的音符。音調(diào)控制節(jié)拍是音樂中時(shí)間的基本單位，與簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期性密切相關(guān)。通過調(diào)整簡(jiǎn)諧振動(dòng)的頻率和幅度，可以控制音樂的節(jié)奏和速度。節(jié)拍控制音樂中音調(diào)和節(jié)拍控制原理隔震技術(shù)在建筑工程中，隔震技術(shù)利用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的原理來減少地震對(duì)建筑物的影響。通過在建筑物下方設(shè)置隔震支座