2.1簡諧運(yùn)動課件高二上學(xué)期物理人教版選擇性

第一章動量守恒定律2.1

簡諧運(yùn)動人教版（2019）高中物理選擇性必修第一冊新課導(dǎo)入1新課講解3學(xué)習(xí)目標(biāo)2經(jīng)典例題4課堂練習(xí)5本課小結(jié)6目錄鐘擺來回?cái)[動水中浮標(biāo)上下浮動樹梢在風(fēng)中搖擺這些運(yùn)動的共同點(diǎn)是什么？思考新課導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道機(jī)械振動、平衡位置、彈簧振子的概念。2.掌握簡諧運(yùn)動的特點(diǎn),會根據(jù)回復(fù)力的特點(diǎn)判斷物體是否做簡諧運(yùn)動。3.會用動力學(xué)的方法分析簡諧運(yùn)動中位移、速度、回復(fù)力和加速度的變化規(guī)律。4.會用能量守恒的觀點(diǎn)分析彈簧振子中動能、勢能、總能量的變化規(guī)律。一、機(jī)械振動

一切發(fā)聲的物體都在振動,比如蜜蜂翅膀抖動和古箏琴弦振動,那么振動是怎樣產(chǎn)生的?提示:由于發(fā)聲的物體總是存在一個(gè)指向平衡位置的回復(fù)力作用,因而產(chǎn)生了振動。思考2.回復(fù)力:(1)方向:總是指向平衡位置。(2)作用效果:總是要把物體拉回到平衡位置。(3)來源:回復(fù)力可由振動物體受到的某一個(gè)力來提供,也可由振動物體受到的幾個(gè)力的合力來提供。1.定義:物理學(xué)中將物體(或物體的某一部分)在某一位置附近的往復(fù)運(yùn)動稱為機(jī)械振動,簡稱振動。這個(gè)位置稱為平衡位置。一、機(jī)械振動3.平衡位置:振動物體所受回復(fù)力為0的位置。(1)彈簧振子：彈簧振子是指小球和彈簧所組成的系統(tǒng)，是一種理想化模型。(2)振子模型：常見的有水平彈簧振子和豎直彈簧振子。如圖所示，圖中球與桿之間的摩擦力及空氣阻力可以忽略，且彈簧的質(zhì)量與小球的質(zhì)量相比可以忽略。彈簧振子的振動1、彈簧振子二、簡諧運(yùn)動及其特征

二、簡諧運(yùn)動及其特征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，即它的振動圖象（x—t圖象）是一條正弦曲線，這樣的振動叫做簡諧運(yùn)動。如：彈簧振子的運(yùn)動。2、簡諧運(yùn)動簡諧運(yùn)動是最簡單、最基本的振動。2、簡諧運(yùn)動的圖象橫坐標(biāo)——時(shí)間；縱坐標(biāo)——偏離平衡位置的位移二、簡諧運(yùn)動及其特征

③能量特征:機(jī)械能守恒。

3、簡諧運(yùn)動的特征二、簡諧運(yùn)動及其特征

（1）簡諧運(yùn)動的回復(fù)力

（2）簡諧運(yùn)動的位移①振動位移可用從平衡位置指向振子所在位置的有向線段表示,方向?yàn)閺钠胶馕恢弥赶蛘褡铀谖恢?大小為平衡位置到該位置的距離。②位移的表示方法:以平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn),以振動所在的直線為坐標(biāo)軸,規(guī)定正方向,則某時(shí)刻振子偏離平衡位置的位移可用該時(shí)刻振子所在位置的坐標(biāo)來表示。（3）簡諧運(yùn)動的速度①物理含義:速度是描述振子在平衡位置附近振動快慢的物理量。在所建立的坐標(biāo)軸上,速度的正、負(fù)號表示振子運(yùn)動方向與坐標(biāo)軸的正方向相同或相反。②特點(diǎn):振子在平衡位置速度最大,在兩最大位移處速度為零。（4）加速度①產(chǎn)生:水平彈簧振子的加速度是由彈簧彈力產(chǎn)生的。②方向特點(diǎn):與彈簧彈力方向相同,總是指向平衡位置,始終和位移方向相反。③大小變化規(guī)律:遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動,振子的加速度增大;向平衡位置運(yùn)動,振子的加速度減小。平衡位置,振子的加速度為零;最大位移處,振子的加速度最大。簡諧運(yùn)動的模型——彈簧振子①彈簧振子是一個(gè)理想化模型,跟前面學(xué)習(xí)的質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷等一樣,是為研究問題而抓住主要因素、忽略次要因素的一種科學(xué)的處理方法。②實(shí)際物體看作彈簧振子的四個(gè)條件a.彈簧的質(zhì)量比物體的質(zhì)量小得多,可以認(rèn)為整體質(zhì)量集中于物體上;b.構(gòu)成彈簧振子的物體體積可忽略,可以認(rèn)為物體是一個(gè)質(zhì)點(diǎn);c.忽略物體與水平面之間的摩擦力,不計(jì)空氣阻力;d.物體從平衡位置被拉開的位移在彈簧彈性限度內(nèi)。③兩種彈簧振子的比較

比較項(xiàng)目水平彈簧振子豎直彈簧振子裝置圖平衡位置彈簧原長處彈簧的彈力與物體的重力的合力為0處回復(fù)力彈簧的彈力F=-kx,k為彈簧的勁度系數(shù)彈簧的彈力與物體的重力的合力,F合=-kx,k為彈簧的勁度系數(shù)判斷小球位移與時(shí)間的關(guān)系是否遵從正弦函數(shù)規(guī)律的方法。方法一：假設(shè)法假定圖像為正弦曲線，測量它的振幅與周期，寫出正弦函數(shù)表達(dá)式。注意：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（測量值）數(shù)值代入表達(dá)式中，比較測量值與函數(shù)值是否相等，若可視相等，則為正弦曲線。問題方法二：擬合法如圖，測量小球在各個(gè)位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。把測量值輸入計(jì)算機(jī)中，作出這條曲線，看一看小球的位移—時(shí)間關(guān)系是否可以用正弦函數(shù)表示？總結(jié)：簡諧運(yùn)動是最簡單、最基本的振動，其振動過程關(guān)于平衡位置對稱，是一種往復(fù)運(yùn)動。彈簧振子的運(yùn)動就是簡諧運(yùn)動。簡諧運(yùn)動的位移—時(shí)間圖像是正弦函數(shù)。判斷小球位移與時(shí)間的關(guān)系是否遵從正弦函數(shù)規(guī)律的方法。問題典例分析【例1】

(多選)如圖所示為一彈簧振子，O為平衡位置，設(shè)向右為正方向，振子在B、C之間振動時(shí) (

)A．B→O，位移為負(fù)，速度為正B．O→C，位移為正，速度為負(fù)C．C→O，位移為負(fù)，速度為正D．O→B，位移為負(fù)，速度為負(fù)【答案】AD【解析】彈簧振子的位移是從平衡位置指向所在處的有向線段．由題意知向右為正方向，則振子在O點(diǎn)左側(cè)時(shí)位移為負(fù)，在O點(diǎn)右側(cè)時(shí)位移為正．速度正負(fù)的判斷：如果方向向右則為正，向左則為負(fù)．B→O，位移為負(fù)，速度為正，A正確；O→C，位移為正，速度為正，B錯(cuò)誤；C→O，位移為正，速度為負(fù)，C錯(cuò)誤；O→B，位移為負(fù)，速度為負(fù)，D正確．變式1

(多選)如圖所示，當(dāng)彈簧振子由A向O(平衡位置)運(yùn)動時(shí)，下列說法正確的是 (

)A．振子的位移在不斷減小B．振子的運(yùn)動方向向左C．振子的位移方向向左D．振子的位移在增大【答案】AB

【解析】由于振子在O點(diǎn)的右側(cè)由A向O運(yùn)動，所以振子的位移方向向右，運(yùn)動方向向左，位移在不斷減小，故A、B正確．例2

(多選)如圖甲所示，一彈簧振子在A、B間振動，取向右為正方向，振子經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)為計(jì)時(shí)時(shí)刻，其振動的x－t圖像如圖乙所示，則下列說法中正確的是(

)A．t2時(shí)刻振子在A點(diǎn)B．t2時(shí)刻振子在B點(diǎn)C．在t1～t2時(shí)間內(nèi)，振子的位移在增大D．在t3～t4時(shí)間內(nèi)，振子的位移在減小【答案】AC

【解析】振子在A點(diǎn)和B點(diǎn)時(shí)的位移最大，由于取向右為正方向，所以振子運(yùn)動到A點(diǎn)有正向最大位移，在B點(diǎn)有負(fù)向最大位移，則t2時(shí)刻，振子在A點(diǎn)，t4時(shí)刻，振子在B點(diǎn)，故A正確，B錯(cuò)誤；振子的位移是以平衡位置為起點(diǎn)，所以在t1～t2和t3～t4時(shí)間內(nèi)振子的位移都在增大，故C正確，D錯(cuò)誤．變式2

(多選)如圖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)是建立在彈簧振子小球的平衡位置B．從圖像可以看出小球在振動過程中是沿t軸方向移動的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軸方向勻速運(yùn)動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【答案】ACD

例3物體做簡諧運(yùn)動時(shí)，下列敘述正確的是(

)A．平衡位置就是回復(fù)力為零的位置B．處于平衡位置的物體，一定處于平衡狀態(tài)C．物體到達(dá)平衡位置，合力一定為零D．物體到達(dá)平衡位置，回復(fù)力不一定為零【答案】A

【解析】由回復(fù)力及平衡位置的定義可知，振子處于平衡位置時(shí)回復(fù)力為零，A正確，D錯(cuò)誤；物體停在平衡位置時(shí)，物體不一定處于平衡狀態(tài)，平衡位置是回復(fù)力等于零的位置，但物體所受合力不一定為零，B、C錯(cuò)誤．課堂練習(xí)1.(多選)下列運(yùn)動中屬于機(jī)械振動的是(

)A.樹枝在風(fēng)的作用下運(yùn)動B.豎直向上拋出的物體的運(yùn)動C.說話時(shí)聲帶的運(yùn)動D.勻速圓周運(yùn)動解析物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動屬于機(jī)械振動,故A、C正確;豎直向上拋出的物體到最高點(diǎn)后返回落地,不具有運(yùn)動的往復(fù)性,因此不屬于機(jī)械振動,故B錯(cuò)誤;勻速圓周運(yùn)動不是在平衡位置附近往復(fù)運(yùn)動,D錯(cuò)誤。AC課堂練習(xí)2.(多選)關(guān)于振動物體的平衡位置,下列說法正確的是(

)A.加速度改變方向的位置B.回復(fù)力為零的位置C.速度最大的位置D.位移最大的位置ABC解析振動物體在平衡位置回復(fù)力為零,在該位置加速度改變方向,速度達(dá)最大值,不是位移最大的位置。故A、B、C正確,D錯(cuò)誤。課堂練習(xí)

課堂練習(xí)解析

以木塊為研究對象,設(shè)水密度為ρ,靜止時(shí)