第2章 第1节 简谐运动(WORD教参)-【优化探究】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册同步导学案（粤教版2019）

第一节　 简谐运动 学习目标要求 核心素养和关键能力 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．理解振子的平衡位置和位移，理解回复力的概念。 3．知道振幅、周期和频率的概念，知道全振动的含义。 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。 1．物理观念：机械振动、弹簧振子、简谐运动、回复力、全振动、振幅、周期、频率。 2．科学思维：能分析简谐运动的位移、速度、加速度及动能、弹性势能的变化规律。 3．科学探究：探究弹簧振子的x－t图像。 一 认识简谐运动 1.机械振动：物体(或物体的一部分)在某一中心位置(平衡位置)两侧所做的往复运动叫作机械振动，简称振动。 2．弹簧振子 如图所示，如果小球与水平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，小球的运动可以看作质点的运动，我们把小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子，其中的小球称为振子。 3．平衡位置：弹簧未形变时，小球所受合力为0的位置。 4．回复力 (1)定义：总能使振子返回平衡位置的力。 (2)方向：指向平衡位置。 (3)表达式：F＝－kx。 5．全振动：把振子经历的一个完整振动过程叫作一次全振动。 二 简谐运动 1.弹簧振子的位移—时间图像：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x－t图像如图所示，是一条正弦(或余弦)曲线。 2．简谐运动定义：振子一直在平衡位置附近振动，每个全振动中偏离平衡位置的最大距离和需要的时间都不变，振子的位移—时间函数为正弦或者余弦函数，我们把具有这种特征的运动叫作简谐运动。 3．振幅：物体振动时离开平衡位置的最大距离，叫作振动的振幅。用A表示，国际单位为米(m)。 4．周期(T)和频率(f) 内容 周期 频率 定义 做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间 物体在一段时间内完成全振动的次数与所用时间之比 单位 秒(s) 赫兹(Hz) 物理含义 都是表示振动快慢的物理量 联系 f＝ 三 简谐运动的能量特征 1.在平衡位置，振子离开平衡位置的距离为零，所受回复力为零，加速度为零，速度的大小最大，动能最大，弹性势能为零；在最大振幅处，振子离开平衡位置的距离最大，所受回复力的大小最大，加速度的大小最大，速度为零，动能为零，弹性势能最大。 2．振子在振动过程中离开平衡位置的距离、加速度、速度、动能、弹性势能等在每个周期里完全重复，这样的运动叫作周期性往复运动。 3．弹簧在振动过程中，弹簧振子的弹性势能和动能相互转化，其和等于最初给定的弹性势能，机械能守恒。 自主评价——————————————————— 1.判断正误 (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)振幅就是振子的最大位移。(×) (4)从任一个位置出发又回到这个位置所用的最短时间就是一个周期。(×) (5)水平弹簧振子运动到平衡位置时，回复力为零，因此能量一定为零。(×) 2．情景思考 如图所示为弹簧振子，O为它的平衡位置，将振子拉到A点由静止释放，观察振子的振动；然后将振子拉到B点释放，再观察振子的振动。 (1)两次振动有什么差别？用什么物理量来描述这种差别？ (2)用秒表分别记录完成50次往复运动所用的时间，两种情况下是否相同？每完成一次往复运动所用时间是否相同？这个时间有什么物理意义？ (3)振子在振动过程中机械能守恒吗？ 提示：(1)第二次振动的幅度比第一次振动的幅度大。用振幅来描述振动幅度的大小。 (2)两种情况下所用的时间是相等的。每完成一次往复运动所用的时间是相同的。这个时间表示振动的快慢。 (3)不守恒。 　弹簧振子 　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。 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。 　(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 [思路导引]　本题解题的关键是掌握平