第11章 第1课时 简谐运动-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（人教版选修3-4）浙江专用

第1课时　简谐运动 [研究选考·把握考情] 知识内容[来源:学科网][来源:学科网ZXXK] 简谐运动[来源:学科网ZXXK] 考试要求[来源:学科网ZXXK][来源:学|科|网Z|X|X|K][来源:学科网][来源:学_科_网] 加试b 教学要求 1.知道机械振动是一种周期性的往复运动 2.知道弹簧振子是理想化模型 3.知道弹簧振子的位移随时间的变化规律 4.知道简谐运动是最简单、最基本的振动 5.知道简谐运动图象是正弦曲线，会根据图象特点判断物体是否做简谐运动 6.会用实验方法(包括传感器)得到振动图象 7.理解简谐运动图象的意义和特点，知道简谐运动的图象并不表示质点的运动轨迹 8.了解振动图象是记录振动的常用方法 知识点一　弹簧振子 [基 础 梳 理] 1.平衡位置 小球原来静止时的位置。 2.机械振动 小球在平衡位置附近的往复运动，是一种机械振动，简称振动。 3.弹簧振子 如图1所示，把一个有孔的小球装在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球穿在光滑的杆上，能够自由滑动，两者之间的摩擦可以忽略，弹簧的质量与小球的质量相比也可以忽略，这样的系统称为弹簧振子。 图1 易错警示 (1)弹簧振子不一定水平放置，例如：竖直悬挂的弹簧振子、光滑斜面上的弹簧振子，如图2所示。 图2 (2)振动是一种往复运动，具有周期性和往复性。 [即 学 即 练] (多选)下列运动属于机械振动的是(　　) A.乒乓球在地面上的自由来回上下运动 B.弹簧振子在竖直方向的上下运动 C.秋千在空中的来回运动 D.竖立于水面上的圆柱形玻璃瓶的上下运动 答案　BCD 知识点二　弹簧振子的位移—时间图象 [基 础 梳 理] 1.建立坐标系 如图3所示，以小球的平衡位置为坐标原点，沿着它的振动方向建立坐标轴。小球在平衡位置右边时它对平衡位置的位移为正，在左边时为负。 图3 2.振子位置的确定 用频闪照相机拍摄时，底片从下向上匀速运动，因此在底片上留下了小球和弹簧的一系列的像，对应小球在各个时刻的位置，得到如图3所示的图象。 [要 点 精 讲] 1.振子的位移x的意义 振子的位移通常以平衡位置为参考点，是由平衡位置指向振子所在位置的有向线段(不同于一般运动的位移)。在x－t图象中，振子位置在t轴上方，表示位移为正(如图4中t1、t4时刻的位移)，位置在t轴下方表示位移为负(如图4中t2时刻的位移)。 图4 2.图象的物理意义：反映了振子位置随时间变化的规律，它不是振子的运动轨迹。 【例1】 如图5所示是用频闪照相的方法获得的弹簧振子的位移—时间图象，下列有关该图象的说法正确的是(　　) 图5 A.该图象的坐标原点是建立在弹簧振子的平衡位置 B.从图象可以看出小球在振动过程中是沿横轴方向移动的 C.为了显示小球在不同时刻偏离平衡位置的位移让底片沿垂直x轴方向匀速运动 D.图象中小球的疏密显示出相同时间内小球位置变化快慢不同 解析　该图象的坐标原点是建立在弹簧振子的平衡位置，小球的振动过程是在垂直于横轴方向的，故A对B错；由获得图象的方法知C对；频闪照相是相同时间内留下的小球的像，因此小球的疏密显示了它的位置变化快慢，D对。 答案　ACD 名师点睛　(1)弹簧振子位于关于平衡位置对称的两点时，振子的位移大小相等，方向相反；振子的速度大小相等，方向可能相同，也可能相反。 (2)振动图象描述的是振动质点的位移随时间的变化关系，而非质点运动的轨迹。比如弹簧振子的运动，其轨迹为一条线段，而它的振动图象却是正弦曲线。 【例2】 如图6甲所示为一弹簧振子的位移－时间图象，在乙图中，规定振子向右的方向为正方向，则(　　) 甲　　　　　　　　　乙 图6 A.图甲中振子振动的起始位置是O点 B.从初始位置开始，振子向右运动 C.甲图中的O、A、B、C、D分别与乙图中的E、G、E、F、E对应 D.在t＝2 s时，振子的速度的方向与t＝0时速度的方向相同 解析　由甲图可知，起始位置位移为零，而位移是指由平衡位置指向振子所在位置的有向线段的长度，故起始位置应在平衡位置，选项A正确；从初始位置开始，振子的位移为正，故振子向右运动，选项B正确；O、B、D点位移为零，对应平衡位置E，A点为正向最大位移，对应位置为G，C点为负向最大位移，对应位置为F，选项C正确；t＝0时，切线斜率为正，说明振子向正方向运动，t＝2 s时，切线斜率为负，说明振子向负方向运动，则两时刻速度方向相反，选项D错误。 答案　ABC 知识点三　简谐运动及其图象 [基 础 梳 理] 1.如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象(x－t图象)是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。 2.简谐运动是最简单、最基本的振动，弹簧振子的运动就是简谐运动。 [要 点 精 讲] 1.简谐运动的位移和一般