第二章 第1节 简谐运动-2021-2022学年新教材高中物理选择性必修1【创新教程】五维课堂同步教师用书（人教版）

第1节　简谐运动 素养目标 知识图解 物理观念 平衡位置、机械振动、简谐运动的概念 科学思维 利用运动学规律、结合简谐运动特点分析振子各运动量的变化规律 科学探究 利用弹簧振子的频闪照片，获取简谐运动的图像 科学态度与责任 养成观察、比较、归纳分析的良好习惯 [基础梳理] [知识点一]　弹簧振子　 1．机械振动：物体或物体的一部分在一个位置附近的　往复运动　称为机械振动，简称振动． 注意：机械振动是机械运动的一种． 2．弹簧振子 如图所示，如果球与杆之间的摩擦可以　忽略　，且弹簧的质量与小球的质量相比也可以　忽略　，我们把小球和弹簧组成的系统称为　弹簧振子　. 3．平衡位置：弹簧未形变时，小球所受　合力为0　的位置． [知识点二]　弹簧振子的位移—时间图像　 1．建立坐标系：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．如图． 2．绘制图像：若用横轴表示振子运动的　时间t　，纵轴表示振子在振动过程中离开　平衡位置　的位移x，则振子振动的x­t图像如图所示，是一条正弦(或余弦)曲线． [知识点三]　简谐运动　 1．定义 如果物体的位移与时间的关系遵从　正弦　函数的规律，即它的振动图像(x­t图像)是一条　正弦　曲线，这样的振动叫作简谐运动． 2．特点 简谐运动是最简单、最基本的　振动　，其振动过程关于　平衡位置　对称，是一种　往复　运动．弹簧振子的运动就是　简谐运动　. 3．简谐运动的图像(如图所示) (1)简谐运动的图像是振动物体的　位移随时间　的变化规律． (2)简谐运动的图像是　正弦(或余弦)　曲线，从图像上可直接看出不同时刻振动质点的位移大小和方向、速度大小和方向的变化趋势． [自我检测] 1．思维辨析 (1)弹簧振子的平衡位置都在原长处．( × ) (2)振动的物体可以做直线运动，也可以做曲线运动．( √ ) (3)弹簧振子的运动是简谐运动．( √ ) (4)振子的位移相同时，速度也相同．( × ) (5)简谐运动的图像都是正弦或余弦曲线．( √ ) 2．基础理解 (1)(多选)下列运动中属于机械振动的是(　　) A．小鸟飞走后树枝的运动 B．爆炸声引起窗子上玻璃的运动 C．匀速圆周运动 D．竖直向上抛出的物体的运动 解析：AB　[物体在平衡位置附近所做的往复运动是机械振动，A、B正确．圆周运动和竖直上抛运动不是振动．] (2)(多选)如图所示的弹簧振子，O点为它的平衡位置，当振子m离开O点，再从A点运动到C点时，下列说法正确的是(　　) A．位移大小为OC B．位移方向向右 C．位移大小为AC D．位移方向向左 解析：AB　[振子离开平衡位置，以O点为起点，C点为终点，位移大小为OC，方向向右，从A到O是加速运动．选项A、B正确．] 弹簧振子 ◆[探究导引] 竖直方向上的弹簧振子的振动有什么规律？水平方向上的弹簧振子的振动有什么规律？ 提示：竖直方向和水平方向上的弹簧振子都总是在某一位置附近做往复性的运动． ◆[探究归纳] 1．弹簧振子的运动是最典型的机械振动 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． 2．弹簧振子的理想化条件 (1)质量：弹簧的质量比小球(振子)的质量小得多，可以认为质量集中在小球(振子)上． (2)体积：小球(振子)体积很小，可当成质点处理． (3)阻力：忽略一切摩擦及阻力作用． (4)弹性限度：小球(振子)的振动范围在弹簧的弹性限度内． [名师点睛]　弹簧振子是一种理想化模型，在构造上表现为把一根没有质量的弹簧一端固定，另一端连接一个质点，在运动上表现为没有任何摩擦和阻力． [例1]　(多选)弹簧上端固定在O点，下端连接一小球，组成一个振动系统，如图所示，用手向下拉一小段距离后释放小球，小球便上下振动起来，关于小球的平衡位置，下列说法正确的是(　　) A．在小球运动的最低点 B．在弹簧处于原长时的位置 C．在小球速度最大时的位置 D．在小球原来静止时的位置 思路点拨：本题解题的关键是掌握平衡位置的特点： (1)小球上下振动，合力为零时的位置为平衡位置． (2)小球原来静止的位置满足重力与弹簧弹力相等． [解析]　CD　[平衡位置是振动系统不振动时，小球(振子)处于平衡状态时所处的位置，可知此时小球所受的重力大小与弹簧的弹力大小相等，即mg＝kx，也即小球原来静止的位置，故选项D正确，A、B错误；当小球处于平衡位置时，其加速度为零，速度最大，选项C正确．] [规律方法]　平衡位置的判断方法：振动系统不振动，振子处于平衡状态时所处的位置为平衡位置．此题中小球速度最大时的位置和小球原来静止时的位置为同一位置． ◆[跟进训练] 1