第1节 简谐运动（教学课件）物理鲁科版2019选择性必修第一册

鲁科2019 第1节 简谐运动 高中物理选择性必修一 第2章 机械振动 制作：沈雄斌 授课：东山二中高二物理 从我国古代“鱼洗”说起 鱼洗喷水的奥秘是什么？ 01 机械振动 来回摇摆的树枝 往复摆荡的秋千 这些运动有什么共同的特点呢？ 01 机械振动 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。这个位置称为平衡位置。 平衡位置 平衡位置 一切发声的物体都在振动 振动的音叉 拉动的琴弦 抖动的翅膀 机械振动是一种常见的运动。 振动是怎样产生的呢？ 演奏前，琴弦所受合力为 0, 静止于平衡位置。演奏时拨动琴弦，使其偏离平衡位置。 由于形变，琴弦产生一个指向平衡位置的弹力。 如果琴弦在平衡位置的左方，则弹力的方向向右，指向平衡位置；如果琴弦在平衡位置的右方，则弹力的方向向左，也指向平衡位置。 总之，只要琴弦偏离平衡位置，它总会受到指向平衡位置的弹力。 这种总是指向平衡位置的力称为 回复力 振动的产生 正是回复力的作用，使琴弦来回振动。 产生振动的条件： 有回复力 回复力可以是一个力提供也可以是几个力的合力提供，是以效果命名的力。 平衡位置：指物体所受回复力为零的位置 弹簧振子 弹簧一端固定，另一端连接一个可视为质点的物体，不计弹簧质量，物体置于光滑水平面上，这样构成的振动系统称为弹簧振子。 弹簧振子是一种理想模型。 从能量的角度看，弹簧振子在振动的过程只有弹簧的弹力做功，系统的动能和弹性势能相互转换。 机械能守恒 弹簧振子 物体处于平衡位置O 时，弹簧为原长，物体所受的弹力为 0; 将物体向右拉至B后由静止释放，由于弹簧被拉长，会对物体施加向左的指向平衡位置的弹力，使物体向平衡位置运动； 到达平衡位置时，物体所受弹力为 0, 但由于惯性，会继续向左运动并挤压弹簧，弹簧对物体施加向右的指向平衡位置的弹力，阻碍其继续向左运动，直至速度减小为 0, 到达位置 C处； 此后，在弹力的作用下，物体改变运动方向，返回位置B,……这样在平衡位置附近往复运动，形成振动。 物体所受弹簧的弹力提供了回复力 弹簧振子 取平衡位置O为 x 轴的原点，向右为 x 轴的正方向。 ★回复力方向始终与位移的方向相反 x x 观察振子运动可以发现： 据胡克定律 ★回复力大小与位移的大小成正比 02 简谐运动动及其特征 k是弹簧的劲度系数 x是相对平衡位置的位移 负号表示力与位移的方向相反 物体所受回复力的大小与位移大小成正比，并且方向总指向平衡位置的运动，叫简谐运动。 设物体质量为m,据牛顿第二定律可得物体加速度 加速度的大小与位移成正比，方向与位移方向相反。 具有加速度的大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反的运动特征的运动，叫简谐运动。 小球在两个斜面间来回滚动的过程是简谐运动吗？ 小球在同一个斜面上滚动时下滑力是不变的， 所以不是简谐运动。 简谐运动回复力、位移、加速度、速度的变化特点 0→B B B →O O O→A A A→O 位移x 大小       方向             回复力F 大小             方向             加速度a 大小           方向             速度v 大小             方向             振子位置 物理量 （填“增”“减”“+”“-”“最大”“0”） 增 + 增 - 增 - 减 + 最大 + 最大 - 最大 - 0 减 + 减 - 减 - 增 - 0 0 0 最大 - 增 - 增 + 增 + 减 最大 - 最大 + 最大 + 0 - 减 - 减 + 减 + 增 + 点击图片打开动画 让弹簧下端挂一重物，上端固定，组成竖立方向的弹簧振子。先让弹簧振子处于自然静止状态，再向下拉动重物。重物便上下往复振动。这样的运动是简谐运动吗？ 竖直方向的弹簧振子 假设重物所受的重力为G，弹簧的劲度系为k，重物处于平衡位置时弹簧的伸长量为x1，则 G=kx1 设重物向下偏离平衡位置的位移为x时，弹簧的伸长量为x2，则 x =x2 – x1 取竖直向下为正方向，则此时弹簧振子的回复力 F=G-kx2=kx1-kx2=-kx 所以，竖直方向的弹簧振子的运动是简谐运动。 F G 简谐运动特点小结 1、回复力与位移成正比而方向相反，总是指向平衡位置。 2、简谐运动是一种理想化的运动，振动过程中无阻力，所以振动系统机械能守恒。 3、简谐运动是一种非匀变速运动。