第2章 第1节 简谐运动-2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第一册【名师导航】同步Word教参(鲁科版)

第1节　简谐运动 学习目标：1.[物理观念]知道机械振动和回复力的概念．　2.[物理观念]知道弹簧振子的组成和振动情况．　3.[科学思维]理解振动的平衡位置和位移．　4.[科学思维]掌握简谐运动的特点以及回复力、加速度、速度随位移变化的规律． 一、机械振动 1．定义 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，这个位置称为平衡位置． 2．平衡位置 振动物体所受回复力为0的位置． 3．回复力 (1)方向：总是指向平衡位置． (2)作用效果：总是要把振动物体拉回到平衡位置． (3)来源：回复力是根据力的作用效果命名的力．可能是几个力的合力，也可能是由某一个力或某一个力的分力来提供． 二、简谐运动及其特征 1．弹簧振子 弹簧振子是一种理想模型，其主要组成部分是一个质量可以忽略不计的弹簧和一个可视为质点的物体． 2．简谐运动 (1)定义：如果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．如弹簧振子的振动． (2)简谐运动的动力学特征：回复力F＝－kx. (3)简谐运动的运动学特征：a＝－x. 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)机械振动是匀速直线运动． (×) (2)机械振动是物体在平衡位置附近所做的往复运动． (√) (3)弹簧振子是一种理想化的模型． (√) (4)在F＝－kx中，负号表示回复力总是小于零的力． (×) 2．(多选)下列关于振动的回复力的说法正确的是(　　) A．回复力方向总是指向平衡位置 B．回复力是按效果命名的 C．回复力一定是物体受到的合力 D．回复力由弹簧的弹力提供 AB　[回复力是按效果命名的，是指向平衡位置使振动物体回到平衡位置的力，可以由某个力或某几个力的合力提供，也可以由某个力的分力提供，故A、B正确，C错误；在水平弹簧振子中弹簧的弹力提供回复力，但在其他振动中，不一定由弹簧弹力提供，D错误．] 3．(多选)如图所示，当振子由A向O运动时，下列说法中正确的是(　　) A．振子的位移大小在减小 B．振子的运动方向向左 C．振子的位移方向向左 D．振子所受的回复力在减小 ABD　[本题中位移的参考点应是O点，所以C错误；由于振子在O点的右侧由A向O运动，所以振子的位移方向向右，且大小在不断减小，回复力的大小和位移成正比，故减小，正确答案为A、B、D.] 平衡位置与回复力 如图所示，竖直方向的弹簧振子模型，思考 (1)在平衡位置处，弹簧的弹力等于零吗？ (2)该弹簧振子的回复力是由什么力提供的？ 提示：(1)不等于零． (2)由小球重力和弹簧的弹力的合力提供． 1．对简谐运动的平衡位置的认识： (1)从物体受力特点看：物体在平衡位置所受合力不一定为零，而是沿振动方向的合力为零． (2)从速度角度看：平衡位置是振动中速度最大的位置． 2．机械振动的特点 (1)物体在平衡位置附近做往复运动． (2)机械振动是一种周期性运动． 3．回复力的理解 (1)回复力的方向总是指向平衡位置．总与简谐运动位移的方向相反． (2)回复力的效果是使偏离平衡位置的物体返回到平衡位置，是产生振动的条件． (3)回复力可以是振动物体所受的某一个力，也可以是物体所受几个力的合力． 【例1】　如图所示，对做简谐运动的弹簧振子M的受力情况分析正确的是(　　) A．重力、支持力、弹簧的弹力 B．重力、支持力、弹簧的弹力、回复力 C．重力、支持力、回复力、摩擦力 D．重力、支持力、摩擦力、弹簧的弹力 A　[弹簧振子的简谐运动中忽略了摩擦力，C、D错；回复力为效果力，受力分析时不分析此力，B错；故振子只受重力、支持力及弹簧给它的弹力，A对．] 1．(多选)关于振动物体的平衡位置，下列说法正确的是(　　) A．加速度改变方向的位置 B．回复力为零的位置 C．速度最大的位置 D．合外力一定为零的位置 ABC　[振动物体在平衡位置回复力为零，而合外力不一定为零，在该位置加速度改变方向，速度达最大值．故A、B、C正确，D错误．] 弹簧振子的振动 1.简谐运动中相关量的变化规律 (1)变化规律：当物体做简谐运动时，它偏离平衡位置的位移x、回复力F、加速度a、速度v、动能Ek、势能Ep及振动能量E，遵循一定的变化规律，可列表如下： 物理量 x F a v Ek Ep E 远离平衡 位置运动 增大 增大 增大 减小 减小 增大 不变 最大位移处 最大 最大 最大 零 零 最大 不变 靠近平衡 位置运动 减小 减小 减小 增大 增大 减小 不变 平衡位置 零 零 零 最大 最大 最小 不变 (2)两个转折点 ①平衡位置是速度大小、位移方向、回复力方向和加速度方向变化的转折点； ②最大位