2.1 简谐运动（教学课件）-【上好课】2022-2023学年高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第一册）

§1 简谐运动 高二物理（人教版2019） 选择性必修 第一册 第二章 机械振动 观察下图几个常见的运动，具有什么共同特点？ 小狗荡秋千的运动 钟摆的往复运动 镲片的运动 新课引入 特点: 上述物体总是在某一位置附近做往复性的运动。 1.定义：我们把物体（或物体的一部分）在一个位置附近做的往复运动称为机械振动。简称振动。 机械振动： 2.特点： (1)中心位置（平衡位置） (2)往复运动 振动物体静止时的位置 “对称性” “周期性” 新课引入 思考与讨论： 新课引入 1.应用万有引力定律时，要求两个物体需为质点，为什么？ 2.应用库仑定律时，要求两个带电体需为点电荷，为什么？ 3.研究自由落体运动或平抛运动时，要求物体只受重力，为什么？ 质点、点电荷是理想化物理模型；自由落体运动、平抛运动是理想化运动形式，主要目的是为了研究物理问题的方便性，在明确了基本规律基础上可以研究更加复杂的情况。 这节课我们来研究一个机械振动运动中的理想化模型。 弹簧振子 01 弹簧振子的位移-时间图像 02 学习目标 简谐运动 03 2.条件 ：（1）忽略摩擦力等各种阻力； （2）小球看成质点； （3）忽略弹簧质量。 1.定义:小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子。 弹簧+小球 一、弹簧振子 新课讲授 新课讲授 模型实验演示 思考与讨论： 一、弹簧振子 新课讲授 结合刚才的演示实验和下图，如果O点是弹簧原长的位置，小球在此点的受力特点是什么？ 3.平衡位置：振子原来静止时的位置，即：小球所受合力为0。 一、弹簧振子 新课讲授 思考与讨论： 弹簧振子的平衡位置一定在弹簧的原长位置吗？ 3.平衡位置： 一、弹簧振子 新课讲授 不一定在弹簧的原长位置。 如果轻质弹簧的下端挂一个小球，上端固定，它们组成了一个振动系统，即为竖直弹簧振子。 小球原来静止时的位置就是弹簧振子的平衡位置，但此位置却并非是弹簧原长的位置。 思考与讨论： 一、弹簧振子 新课讲授 1.结合刚才的演示实验和下图，如果我们把弹簧压缩，让弹簧振子从最左端的A点释放，开始运动，它运动有何特点？ 3.你觉得怎样可以更加形象直观的描述弹簧振子的运动呢？ 2.在由A到O再到B的过程中，弹簧振子的加速度如何变化？速度如何变化？相对O点的距离如何变化？ 复习回顾： 新课讲授 我们如何描述物体在直线运动中的位置变化呢？ 如果我们已经知道了物体各个时刻的位置信息如下所示： 时间t/s 0 5.0 10.0 15.0 20.0 位移x/m 0 100 200 300 400 新课讲授 时间t/s 0 5.0 10.0 15.0 20.0 位移x/m 0 100 200 300 400 (1)选取位置参考点，设原点位置坐标为零. (2)选取正方向，建立平面直角坐标系，用横轴表示时间t，用纵轴表示位置X. (3)描点法描出数据. X/m 400 300 200 100 0 5 10 15 20 t/s 位移时间图像 (4)用平滑的曲线尽可能的把绝大部分点连接起来 思考与讨论：通过刚才的复习，你是否觉得我们也可以通过位移时间图像来形象直观的描述弹簧振子的位置随时间的变化关系呢？ 二、弹簧振子的位移—时间图像 新课讲授 1.结合着刚才的复习，你是觉得我们在绘制弹簧振子的位移时间图像时应该注意哪些问题呢？ （1）选取坐标原点： 以小球的平衡位置为坐标原点O。 （2）确定正方向： 确定小球相对平衡位置坐标的正负。 思考与讨论： 二、弹簧振子的位移—时间图像 新课讲授 2.怎样才能得到小球的位移与时间的关系？ 思考与讨论： 方法一：毛笔描迹法 二、弹簧振子的位移—时间图像 0 x t 二、弹簧振子的位移—时间图像 新课讲授 方法二：频闪照相法 底片匀速运动方向 0 x t 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。 二、弹簧振子的位移—时间图像 新课讲授 方法三：用传感器和计算机描绘图像 三、简谐运动 新课讲授 思考与讨论： 从以上获得的弹簧振子的x-t图像可以看出，小球的位移与时间的关系似乎可以用正弦函数来表示。 那么我们如何确定弹簧振子中小球的位移与时间的关系是否遵从正弦函数规律呢？ 三、简谐运动 新课讲授 方法一：正弦函数代入法 (1)假定所得曲线是正弦曲线，测量它的振幅和周期，写出对应的正弦函数表达式； (2)在图中选小球若干个位置，用刻度尺在图中测量增坐标，将