2.1 简谐运动及其图像（学案）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第二章 机械振动 第1节 简谐运动及其图像 物理观念 认识弹簧振子，理解简谐运动的特征，掌握振幅、周期和频率的概念，了解相位、初相位。 (1)通过观察和分析，理解简谐运动的位移一时间图像是一条正弦曲线。 核心 科学思维 (2)掌握简谐运动的表达式，能在熟悉的问题情境中运用简谐运动、弹簧振子等物理模 素养 型解决机械振动的问题。 导学 科学探究 经历对简谐运动特征的探究过程，加深领悟用图像描绘运动的方法。 [灯￥为容1 落实必备知识 预读教材消一填禁拿情境创设·一想 一、机械振动 简谐运动 :1.如图所示，把一个有孔 的小木球装在弹簧的 ◆ 1.机械振动：物体或物体的某一部分在某一位置两侧所做： ·端，弹簧的另一端固 的 运动，简称 。 这个位置称为 定，小木球穿在光滑杆上，能够自由振动， 2.简谐运动 手t◇ 这个系统可称为弹簧振子吗？为什么？ (1)弹簧振子： 与弹簧组 140000440090O 如果把小木球换成小钢球呢？ 成的系统，它是一个理想化 o09000900 模型。 微点拨 (1)弹簧振子经过平衡位置时，速度最大。 (2)弹簧振子经过平衡位置时，合力为0，但弹簧弹力不 一定为0。 (2)简谐运动 如果质点的位移与时间的关系严格遵从 2.弹簧振子处于平衡位置的合力与弹力 的规律，即它的振动图像(x-t图像)是一条 图例 合力(F合) 弹力(F弹) 曲线，这样的运动叫作简谐运动。 bCC06c0060 (3)简谐运动的图像 F ①建立坐标系：以小球的 为坐标原点， 用横坐标表示小球运动的 ,纵坐标表示小 球离开平衡位置的 ,建立坐标系，描绘出位 F合= F弹一 移随时间变化的图像，即x-t图像。 -0 ②位移x的含义：振子的位移x是从 指向某时刻所在位置的有向线段。在x-t图像 r0000300001】 F合 中，振子位置在t轴上方，表示位移为 在t轴下方，表示位移为 用了33 |高中同步导学物理选择性必修第一册|XINKECHENG XUEAN 、微点拨 3.直线运动的位移与简谐运动的位移 xt图像不是振子的运动轨迹，而是描述振子的位移随 图例 位移 :时间的变化规律。 B 初位置指向末位置的有向 二、描述简谐运动的物理量 ● 物休从A运动到B 线段，大小为 1.振幅 6,f 由平衡位置指向振子位置 (1)定义：振子离开平衡位置的 的有向线段，振子在C点位 (2)符号和单位：符号为 ,单位为米。 振子从B振动到C 移大小为 (3)振动物体的运动范围： 的两倍。 4.如图所示为甲、乙两个弹簧振子做简谐 2.周期和频率 运动的图像。则： 周期(T) 频率(f) ↑x/m 振子完成一次 振子完成 的次数 定义 所需要的时间 与所用时间之比 X101s) 单位 (s) 赫兹(Hz) 物理含义 表示 的物理量 (1)振幅：A甲= m,A.= m; (2)周期：T甲= s,T= S; 关系式 T- ,二者互为倒数关系 (3)频率：f甲= Hz,fi= Hz; 、微点拨 (4)两个简谐运动中，振动较快的为 振幅是标量，没有负值，也无方向，它等于振子最大位移 (选填“甲”或“乙”)； 的大小，表示振动的强弱。 : (5)在甲振动中，t=3s时，位移为 三、简谐运动的表达式 m,3s内振动的路程为 m 1.简谐运动的数学表达式：x=Asin(wt十9)。 5.某物体做简谐运动的振动位移x= 2.表达式中各量的意义 3c0s(100x1+否)m。则： (1)A表示简谐运动的 (1)其振幅为A= m,T= S (2)ω表示简谐运动的 初相为 (3) 叫作相位。 (4) 叫作初相位或初相。 : (2)当1=600s时，物体的位移x (5)相位差：两个简谐运动的 之差。 [四脚学时为￥2 强化关键能力 新知学习（一）对简谐运动的理解 [任务驱动] 小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，有时也 (2)弹簧振子在现实生活中真实存在吗？需要满 把这样的小球称作弹簧振子或简称振子，如图所示为足什么条件呢？ 两种不同的弹簧振子。 么 0○ (1)它们的运动有什么共同特征？ 34） XINKECHENG XUEAN第二章机械振动 [重点释解] A.在a点时加速度最大，速度最大 1.物体看成弹簧振子的条件 B.在O点时速度最大，位移最大 (1)弹簧的质量比振子（小球）的质量小得多，可 C.在b点时位移最大，速度最小 以认为质量集中于振子（小球）。 D.在b点时加速度最大，速度最大 (2)构成弹簧振子的小球体积足够小，可以认为 [听课记录] 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。 2.弹簧振子的运动特点 (1)弹簧振子在运动过程中，振子所受到的弹力 随位移的变化而变化，因而弹簧振子的运