2.1 简谐运动（课件）（含视频）-2021-2022学年下学期高二物理同步精品课堂（新教材人教版选择性必修第一册）

第二章 机械振动 第1节 简谐运动 学易同步精品课堂 （高二 下） 新教材人教版 物理（高中选择性必修第一册） 课堂引入 秋千、钟摆的来回摆动，蜜蜂翅膀抖动……在生活中我们会观察到很多类似这样的运动。这些运动有没有共同点呢？ 小狗荡秋千 钟摆来回摆动 一、机械振动 1.定义：我们把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(mechanical vibration) ，简称振动。 观察发现: 上述物体总是在某一位置附近做往复性的运动。 2.特征： (1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置； (2)运动具有往复性。 我们发现小球与弹簧组成的系统的运动符合机械振动的特征，属于机械振动。 一、机械振动 想一想：如图 ，把一个有小孔的小球连接在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球套在光滑的杆上，能够自由滑动。弹簧的质量与小球相比可以忽略。小球运动时空气阻力很小，也可以忽略。弹簧未形变时，小球所受合力为 0，处于平衡位置O（equilibrium position）。把小球拉向右方，然后放开，它就在平衡位置附近运动起来。小球的振动是机械振动吗？ 1.弹簧振子：我们把小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子(spring oscillator) ，有时也简称为振子。 2.理想模型： （2）不计阻力； （3）忽略弹簧的质量； （1）小球看成质点； 二、弹簧振子 （4）弹簧始终在弹性限度内。 水平弹簧振子 竖直弹簧振子 二、弹簧振子 6 3.平衡位置： 二、弹簧振子 （1）位于平衡位置时，小球所受合力为0； （2）经过平衡位置时，小球速度最快。 振子原来静止时的位置． 二、弹簧振子 拓展思考：弹簧振子的平衡位置一定在弹簧的原长位置吗？ 不一定。如图所示，用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动，其振动的平衡位置不在弹簧的原长位置，而是在弹力与重力的合力为零的位置。 要想了解弹簧振子运动的特点，就要知道它的位置随时间变化的关系。 三、弹簧振子的位移—时间图象 (1)振子在某时刻的位移：从平衡位置指向振子在该时刻位置的有向线段．若规定振动质点在平衡位置右侧时位移为正，则它在平衡位置左侧时位移为负； 1．弹簧振子的位移 (2)振子在某段时间内的位移： 由初位置指向末位置的有向线段． 三、弹簧振子的位移—时间图象 (3)振子在某时刻的位移与在某段时间内的位移的区别：振子在某时刻的位移方向总是背离平衡位置．如图所示，振子在AA′之间振动，O为平衡位置，t1时刻振子在M点的位移为xM，t2时刻振子在N点的位移为xN，而振子在Δt＝t2－t1时间内的位移为xMN，方向如右图所示． 通常说的振子的位移是指某时刻的位移，即振子相对平衡位置的位移.因此在研究振动时，字母x具有双重含义：它既表示小球的位置(坐标)，又表示振子在某时刻的位移. 三、弹簧振子的位移—时间图象 2．弹簧振子的位移—时间图象(x－t图象) (1)图象的建立：用横坐标表示物体运动的时间t，纵坐标表示振动物体运动过程中相对平衡位置的位移x，建立坐标系，如图． t /s x 横向 纵向 怎样才能得到小球位移与时间的关系？ 底片匀速运动方向 (2)图像的获取方式： ①频闪照相 x t 底片匀速运动方向 频闪照相分析： 三、弹簧振子的位移—时间图象 因为摄像底片做匀速运动，底片运动的距离与时间成正比。因此，可用底片运动的距离代表时间轴，振子的频闪照片反映了不同时刻振子离开平衡位置的位移，也就是位移随时间变化的规律。 特点：时间间隔相等、底片匀速运动 以小球的平衡位置为 坐标原点，规定水平向右为正方向，横轴为时间 t，纵轴为位移 x。在坐标系中标出各时刻小球球心的位移，用曲线将其连接在一起，得到振动图像，如图所示： 三、弹簧振子的位移—时间图象 (2)图像的获取方式： ②描点法绘制图像 3t0 6t0 9t0 12t0 -10 10 -20 20 t/s x/mm O 用平滑曲线将各点连接 错啦 三、弹簧振子的位移—时间图象 描图记录法 (3)图象的应用①任一时刻质点离开平衡位置的位移：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．如图所示，在t1时刻振子的位移为x1； t4时刻振子的位移为－x4. 振子在两端点的位移最大(如上图中的t2、t5时刻)，在平衡位置的位移为零(如上图中的t3时刻)，此时位移即将改变方向． 三、弹簧振子的位移—时间图象 三、弹簧振子的位移—时间图象 (3)图象的应用 ②速度：跟运动学中的含义相同，在所建立的坐标轴(也称为“一维坐标系”)上，速度的正、负号表示振子运动方向与坐标轴的正方向相同或相反．如图所示，在x坐标轴上，设O点为平衡位置，A、B为位移最大处，则在O点速度最大，在