第01讲 简谐运动-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教2019选择性必修一）

第01节 简谐运动 ( 目标导航 ) 课程标准 课标解读 1．认识弹簧振子这一物理模型，理解振子的平衡位置和位移。 2．知道简谐运动的振动图象为正(或余)弦曲线，理解其物理意义。 3．了解简谐运动的特征。 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．知道弹簧振子是一种理想化模型，理解振子的平衡位置和位移． 3．知道弹簧振子的位移—时间图象的形状，理解图象的物理意义． 4．正确理解简谐运动图像的物理含义，知道简谐运动的图像是一条正弦或余弦曲线． ( 知识精讲 ) 知识点01 弹簧振子及其位移—时间图象 1.冲量 1．平衡位置：振子原来静止时的位置． 2．机械振动：振子在平衡位置附近的往复运动，简称振动． 3．弹簧振子：由小球和弹簧组成的系统，是一种理想模型．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，则该系统为弹簧振子． 4．实际物体看作弹簧振子的条件 (1)弹簧的质量比小球的质量小得多，弹簧的质量可以忽略，认为质量集中于振子(小球)； (2)构成弹簧振子的小球体积足够小，可以认为小球是一个质点； (3)忽略弹簧以及小球与水平杆之间的摩擦力； (4)小球从平衡位置被拉开的位移在弹性限度内． 5．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． (2)位移—时间图象：横坐标表示振子振动的时间，纵坐标表示振子相对平衡位置的位移，如图所示．它反映了弹簧振子的位移随时间变化的规律． 【即学即练1】下列运动属于机械振动的是(　　) A．说话时声带的运动 B．弹簧振子在竖直方向的上下运动 C．体育课上同学进行25米折返跑 D．竖立于水面上的圆柱形玻璃瓶的上下运动 知识点02 简谐振动 1．定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象(x－t图象)是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动． 2．特点：简谐运动是最简单、最基本的振动．弹簧振子的运动就是简谐运动． 3．图象的应用：医院里的心电图、地震仪中绘制地震曲线的装置． 4．简谐运动的位移 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． 5．简谐运动的速度 (1)物理含义：速度是描述振子在平衡位置附近振动快慢的物理量．在所建立的坐标轴(也称“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． (2)特点：如图所示为一简谐运动的模型，振子在O点速度最大，在A、B两点速度为零． 6．简谐运动的加速度 (1)计算方法：式中m表示振子的质量，k表示比例系数，x表示振子距平衡位置的位移，“－”表示加速度的方向与位移的方向相反． (2)特点：加速度大小呈线性变化，方向只在平衡位置发生改变． 7．速度、位移、加速度三者之间的关系 (1)大小变化关系：位移变大，加速度变大，速度变小；反之，位移变小，加速度变小，速度变大． (2)是否唯一性关系：位移确定，加速度唯一确定，而速度(方向)不能唯一确定；速度确定(最大除外)，位移和加速度的大小唯一确定，但方向不能唯一确定． 【即学即练2】(多选)如图所示的弹簧振子，O点为它的平衡位置，关于振子的运动，下列说法正确的是 A．振子从A点运动到C点时位移大小为，方向向右 B．振子从C点运动到A点时位移大小为，方向向右 C．振子从A点运动到C点的过程中，速度在增大，加速度在减小 D．振子从A点运动到O点的过程中，速度先增大后减小，加速度先减小后增大 知识点03 简谐运动的x－t图象的理解 1．形状：正(余)弦曲线． 2．物理意义：表示振动的质点在不同时刻偏离平衡位置的位移，是位移随时间的变化规律． 3．根据振动图象 (1)可直接读出振子在某一时刻相对于平衡位置的位移大小． (2)从振动图象上可直接读出正(负)位移的最大值． (3)可判断某一时刻振动物体的速度方向和加速度方向，以及它们的大小和变化趋势． 【即学即练3】如图甲所示，弹簧振子以点O为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动．取向右为正方向，振子的位移x随时间t的变化如图乙所示，下列说法正确的是(　　) A．t＝0.4 s时，振子的速度方向向右 B．t＝0.8 s时，振子在O点和B点之间 C．t＝0.6 s和t＝1.2 s时刻，振子的速度完全相同 D．t＝1.5 s到t＝1.8 s的时间内，振子的加速度逐渐减小 【即学即练4】将某弹簧振子从平衡位置拉开4 cm后放开，同时开始计时，弹簧振子的振动图像如图所示，则在t＝0.15 s时(　　) A．振子正在做加速度减小的加速运动 B．振子正在做加速度增大