2.1.1 认识简谐运动-2021-2022学年高二物理【步步高】学习笔记（粤教版2019选择性必修第一册）word

第一节　简谐运动 第1课时　认识简谐运动 [学习目标]　1.了解什么是机械振动，认识弹簧振子这一物理模型.2.理解回复力的概念，掌握回复力公式，知道回复力在机械振动中的特征.3.理解简谐运动的概念和特点，知道简谐运动的图像是一条正弦曲线，并能用简谐运动图像分析振子的位移和速度的变化． 一、认识简谐运动 1．机械振动：物体(或者物体的一部分)在某一中心位置(平衡位置)两侧所做的往复运动叫作机械振动，简称振动． 2．弹簧振子：小球和弹簧组成的系统． 条件：(1)小球和水平杆之间的摩擦可以忽略不计； (2)小球可以看作质点． 3．简谐振动的回复力 (1)回复力 ①定义：使振子能返回平衡位置的力． ②方向：总是指向平衡位置，跟振子偏离平衡位置的位移方向相反． ③表达式：F＝－kx，其中x表示振子偏离平衡位置的位移，“－”表示回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向相反． (2)简谐振动 物体在跟平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动叫作简谐振动． 二、简谐运动的图像 1．全振动：如图1所示，点O为振子的平衡位置，先将振子由平衡位置O拉到点B，从释放振子开始计时，振子开始振动．振子经历B→O→B′→O→B路径的一个完整振动过程叫作一次全振动． 图1 2．弹簧振子的位移－时间图像，如图2所示． 图2 3．简谐运动：振子的位移－时间函数为正弦或者余弦函数，我们把具有这种特征的运动叫作简谐运动． 三、描述简谐运动的物理量 1．振幅：物体振动时离开平衡位置的最大距离． 2．周期：物体完成一次全振动所需要的时间，用T表示． 3．频率：物体在一段时间内全振动的次数与所用时间之比，用f表示． 4．周期和频率的关系为f＝. 1．判断下列说法的正误． (1)小鸟飞走后树枝的往复运动不是机械振动．(　×　) (2)弹簧振子的位移是从平衡位置指向振子所在位置的有向线段．(　√　) (3)振幅是振动物体离开平衡位置的最大位移，它是矢量．(　×　) (4)振子从离开某位置到重新回到该位置的过程为一次全振动过程．(　×　) (5)振动周期指的是振动物体从一侧最大位移处，运动到另一侧最大位移处所用的时间．(　×　) 2．弹簧振子在A、B间做简谐运动，O为平衡位置，A、B间距离是20 cm，振子从A到B运动的时间是2 s，如图3所示，则弹簧振子的振幅A＝________ cm，弹簧振子的振动周期为________ s，频率f＝________ Hz. 图3 答案　10　4　0.25 一、弹簧振子 导学探究 如图4所示的装置，把小球向右拉开一段距离后释放，可以观察到小球左右运动了一段时间，最终停止运动． 图4 (1)小球的运动具有什么特点？为什么小球最终停止运动？ (2)在水平杆上涂上一层润滑油，重复刚才的实验，观察到的结果与第一次实验有何不同？ (3)猜想：如果小球受到的阻力忽略不计，弹簧的质量比小球的质量小得多，也忽略不计，实验结果如何？ 答案　(1)小球的运动具有往复性．小球因为受到阻力的作用最终停止运动． (2)小球往复运动的次数增多，运动时间变长． (3)小球将持续地做往复运动． 知识深化 振动系统看成弹簧振子的条件 (1)弹簧的质量比小球的质量小得多，可以认为质量集中于振子． (2)构成弹簧振子的小球体积足够小，可以认为小球是一个质点． (3)摩擦力可以忽略． (4)小球从平衡位置被拉开的距离在弹簧的弹性限度内． 二、简谐运动的回复力 导学探究 如图5所示为水平方向的弹簧振子模型． 图5 (1)当振子离开O点后，是什么力使其回到平衡位置？ (2)使振子回到平衡位置的力与振子离开平衡位置的位移的大小及方向有何关系？ 答案　(1)弹簧的弹力使振子回到平衡位置． (2)弹簧弹力与位移大小成正比，方向与位移方向相反． 知识深化 1．平衡位置是回复力为零的位置． 2．回复力的方向总是指向平衡位置． 3．回复力的性质 回复力是根据力的效果命名的，可能由合力、某个力或某个力的分力提供．它一定等于振动物体在振动方向上所受的合力．例如：如图6甲所示，水平方向的弹簧振子，弹簧弹力充当回复力；如图乙所示，竖直方向的弹簧振子，弹簧弹力和重力的合力充当回复力；如图丙所示，m随M一起振动，m的回复力由m所受的静摩擦力提供． 图6 4．回复力公式：F＝－kx. (1)k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数．其值由振动系统决定，与振幅无关． (2)“－”号表示回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向相反． 命题角度1　简谐运动的回复力特点 (多选)关于简谐运动的回复力，以下说法正确的是(　　) A．简谐运动的回复力不可能是恒力 B．做简谐运动的物体的加速度方向与位移方向总是相反 C．简谐运动中回复力的公式F＝－kx中k是弹簧的劲度系数，x是弹簧的长度 D．做简