第二章 第一节 简谐运动-2021-2022学年高二物理【创新设计】同步学考笔记（粤教版2019选择性必修1）word

第一节　简谐运动 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.知道简谐运动的定义，理解振幅、周期、频率的概念，知道全振动的含义。 2.知道弹簧振子是理想化物理模型，能对简谐运动进行动力学分析。 3.会对简谐运动进行能量分析。 1.科学思维 (1)对称思想。 (2)类比思想。 2.关键能力 (1)分析推理能力。 (2)建模能力。 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.回复力：影响振子运动的只有弹簧的弹力，这个力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向相反，总指向平衡位置，它的作用是使振子能返回平衡位置，这个力叫作回复力。 3.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。 4.全振动：振子经历B→0→ B′→0→B路径的一个完整振动过程叫作一次全振动。 5.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。 6.振幅：物体振动时离开平衡位置的最大距离叫作振动的振幅。 7.周期：物体完成一次全振动所需要的时间叫作振动的周期，用T表示，对应正弦或者余弦函数的一个周期。 8.频率：物体在一段时间内全振动的次数与所用时间之比叫作振动的频率，用f表示。 [判一判] (1)在简谐运动的过程中，周期是不断变化的。(×) (2)振幅是振动物体离开平衡位置的最大位移，它是矢量。(×) (3)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。(×) (4)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。(×) 二、简谐运动的能量特征 周期性往复运动：在回复力的作用下，振子在振动过程中离开平衡位置的距离、加速度、速度、动能、弹性势能等在每个周期里完全重复，这样的运动叫作周期性往复运动。 [判一判] (1)回复力的方向总是与位移的方向相反。(√) (2)回复力的方向总是与加速度的方向相反。(×) (3)水平弹簧振子运动到平衡位置时，能量一定为零。(×) (4)水平弹簧振子运动过程中动能和弹性势能相互转化，总量保持不变。(√) 探究1　简谐运动和弹簧振子模型 ■情境导入 如图所示的装置，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。 (1)小球的运动具有什么特点？为什么小球最终停止运动？ (2)在横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？ (4)如果忽略阻力，小球在运动过程中受到哪几个力作用？合力方向如何？ 答案　(1)小球的运动具有往复性。小球因为受到摩擦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。 (4)受到重力、支持力、弹簧弹力；合力方向总指向弹簧原长的位置。 ■归纳拓展 1.简谐运动 (1)运动性质 简谐运动的位移随时间按正弦规律变化，所以它不是匀变速运动，是变力作用下的变加速运动。 (2)简谐运动的位移 位移：从平衡位置指向振子所在位置的有向线段。 ①大小：平衡位置到振子所在位置的距离。 ②方向：从平衡位置指向振子所在位置。 ③位移的表示方法：以平衡位置为坐标原点，以振动所在的直线为坐标轴，规定正方向，某时刻振子偏离平衡位置的位移可用该时刻振子所在位置的坐标来表示。 (3)回复力 回复力是根据力的作用效果命名的，它可以是一个力，也可以是多个力的合力，还可以由某个力的分力提供。例如：如图甲所示，水平方向的弹簧振子，弹力充当回复力；如图乙所示，竖直方向的弹簧振子，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的回复力则由静摩擦力充当。 对回复力公式F＝－kx的说明 ①回复力F＝－kx中的k是比例系数，并非弹簧的劲度系数，其值由振动系统决定。对水平弹簧振子，回复力仅由弹簧弹力提供，k即为劲度系数，由弹簧决定，与振幅无关，其单位是N/m。 ②回复力的大小跟位移大小成正比，“－”号表示回复力与位移的方向相反。 2.弹簧振子 (1)构造：弹簧振子是一种理想化模型。其构造为一根没有质量的弹簧，其一端固定，另一端连接一个可视为质点的小球，如图所示。 (2)振动特征：①有一个“中心位置”，即平衡位置；②运动具有往复性。如图所示。 弹簧振子的振动 (3)弹簧振子是一种理想化模型 ①弹簧振子是小球和弹簧所组成的系统的名称，但有时也把这样的小球称作弹簧振子或简称振子。 ②理想化的弹簧振子：一根没有质量的弹簧一端固定，另一端连接一个质点。 ③弹簧振子理想化条件：忽略弹簧质量、忽略小球的大小和形状、忽略摩擦及其他阻力。 (4)平衡位置 振