2.1 简谐运动（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第一册（鲁科版）

第1节　简谐运动 学习目标 素养提炼 1.知道机械振动是机械运动的一种形式，知道简谐运动的概念。 2.理解回复力的概念，知道回复力在机械振动中的特征。 3.会用动力学的方法，分析简谐运动中位移、速度、加速度的变化规律。 4.会用能量守恒的观点分析水平弹簧振子在振动过程中动能、势能、总能量的变化规律。 物理观念：机械振动、简谐运动、回复力、机械振动中的动能和势能 科学思维：弹簧振子模型的建构 科学思维：动力学观点、能量守恒观点的应用 授课提示：对应学生用书第21页 一、机械振动 1．定义：物理学中，将物体(或物体的某一部分)在某一位置附近的往复运动称为机械振动，简称振动。 2．回复力：总是指向平衡位置的力。可由某一个力来提供，也可由几个力的合力来提供。 3．回复力是产生振动的条件，它使物体总是在平衡位置附近振动。 4．平衡位置：物体所受回复力为0的位置。 [思考] 判断下列物体的运动是否是机械振动。 提示：三个都是机械振动。 二、简谐运动及其特征 1．弹簧振子 (1)定义：把物体和弹簧组成的系统称为弹簧振子； (2)特点：物体可视为质点，弹簧的质量不计，是一种理想化模型。 2．简谐运动 (1)定义：物体所受回复力的大小与位移大小成正比，方向总是与位移方向相反的运动称为简谐运动。 (2)表达式：F＝－kx或a＝－x。 (3)能量转换：系统的动能和弹性势能互相转换，机械能守恒。 [思考] 弹簧振子是一种理想模型，弹簧振子的运动方向和小球所经历的位置与匀速运动相比有什么不同？ 提示：振子时而向左运动，时而向右运动，它只能在平衡位置附近做往复运动，而不能向一个方向一直运动下去。 授课提示：对应学生用书第22页 要点一　弹簧振子与简谐运动的运动特征 　如图所示，小球和弹簧所组成的系统称为弹簧振子，有时也把这样的小球称为弹簧振子或简称振子。 (1)它们的运动有什么共同特征？ (2)弹簧振子在现实生活中真实存在吗？需要满足什么条件呢？ 提示：(1)两种振动有一个共同特点，振动时有一中心位置，物体(或物体的一部分)在中心位置两侧做往复运动。 (2)不存在，是一种理想化模型。必须满足：不计阻力、弹簧的质量与小球相比可以忽略。 1．弹簧振子看作理想化模型的条件 (1)弹簧的质量比振子的质量小得多，可以认为质量集中于振子； (2)阻力(摩擦力及空气阻力)足够小； (3)振动中，弹簧形变始终处于弹性限度内。 2．简谐运动的位移 (1)振动位移与运动物体在某一时间内的位移的区别 振动位移可用从平衡位置指向振子所在位置的有向线段表示，方向为从平衡位置指向振子所在位置，大小为平衡位置到该位置的距离；而物体在某一时间内的位移是相对于这段时间内初始位置的位移，其方向由初始位置指向末位置，其大小等于初、末位置间的距离。 (2)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，则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。如若某一时刻振子在平衡位置正方向一侧，离平衡位置2 cm，则可以表示为x＝2 cm，若x＝－8 cm，则表示振子在平衡位置负方向一侧，距平衡位置8 cm。 　(多选) 关于机械振动和平衡位置，以下说法正确的是(　　) A．平衡位置就是振动物体静止时的位置 B．机械振动的位移总是以平衡位置为起点的 C．机械振动的物体运动的路程越大，发生的位移也越大 D．机械振动的位移是指振动物体偏离平衡位置最远的位移 [思路点拨]　某一时刻的振动位移与机械运动在某一段时间内的位移有什么区别？ [解析]　平衡位置是物体静止时的位置，与受力有关，不一定是振动范围的中心；振动位移是以平衡位置为起点，到物体所在位置的有向线段；振动位移随时间而变化，物体偏离平衡位置最远时，振动物体的位移最大，而路程越大，位移不一定越大，所以只有A、B选项正确。 [答案]　AB 对弹簧振子的说明 (1)弹簧振子有多种表现形式，对于不同的弹簧振子，在平衡位置处，弹簧不一定处于原长(如竖直放置的弹簧振子)，但运动方向上的合外力一定为零，速度也一定最大。 (2)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。 (3)振子的位移是指相对平衡位置的位移，即由平衡位置指向振子所在的位置。振子向平衡位置运动，速度逐渐增大；振子远离平衡位置运动，速度逐渐减小。 1．(多选)下列说法中正确的是(　　) A．弹簧振子的平衡位置一定在弹簧的原长位置 B．弹簧振子的平衡位置可能在弹簧的原长位置 C．弹簧振子的运动是简谐运动 D．弹簧振子的运动是振动，不是简谐运动 解析：通过水平、竖直弹簧振子来分析其平衡位置，水平弹簧振子其平衡位置就在弹簧原长的位置。在竖直悬挂的弹簧下端固定一个钢球，它们组成了一