第二章 第一节 简谐运动-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册同步全程学习全书word（粤教版）

[本章学业要求] 能认识简谐运动的特征,能用公式和图像描述简谐运动,知道单摆周期与摆长、重力加速度的定量关系,能了解受迫振动、共振等的内涵;能说明与简谐运动、受迫振动及共振有关的生产生活中的一些应用实例,能解释一些机械振动现象.具有与机械振动相关的运动观念、相互作用观念和能量观念. 能在熟悉的问题情境中运用简谐运动、弹簧振子和单摆等物理模型解决机械振动的问题;能分析与机械振动相关的问题,通过推理得到结论并能解释;能用与机械振动相关的证据解释生产生活中的机械振动现象;能从相互作用和能量等不同角度认识机械振动,能质疑他人的观点. 能完成“用单摆测量重力加速度的大小”等实验.能分析相关事实,提出并准确表述在实验中可能出现的物理问题;能在他人帮助下制定实验方案,能选用实验器材进行实验,获得实验数据,能注意减小实验误差;能分析数据,测得重力加速度的大小;能撰写规范的实验报告,在报告中能呈现设计的实验表格、数据分析过程及实验结论,能反思评估关于重力加速度的不同测量方法. 通过比较重力加速度的不同测量方法,能认识到物理实验方法是多元的,需要创新;在合作中能尊重他人,也能坚持原则;能关注我国古代在机械振动方面的一些技术应用. 第一节　简谐运动 [课标引领] 建构核心素养 物理观念 通过思考和学习,认识机械振动,会用理想化方法建构弹簧振子模型,理解回复力的概念、能描述简谐运动的特征物理量以及能量特征 科学思维 通过观察和分析,理解简谐运动的位移—时间图像是一条正弦曲线,会用动力学方法分析简谐运动的变化规律 科学探究 经历对简谐运动运动学特征的探究过程,加深领悟用图像描绘运动的方法,能分析水平弹簧振子位移、速度、加速度、回复力、动能、弹性势能等的变化情况,能定性地说明弹簧振子系统的机械能守恒 科学态度 与责任 通过了解生产生活中的各种机械振动,体会自然规律的内在联系性,加深对科学本质的认识,增强社会责任感 一、认识简谐运动 1.钟摆的来回摆动,担物行走时扁担下物体的颤动,水中浮标的上下浮动……在生活中我们会观察到很多类似这样的运动.请思考这些运动的共同点是什么? 答案:都是具有周期性的往复运动. 2.如图,把一个有小孔的小球连接在弹簧的一端,弹簧的另一端固定,小球套在光滑的水平杆上,能够自由滑动.弹簧的质量与小球相比可以忽略.小球运动时空气阻力很小,也可以忽略.把小球从受力平衡位置O拉向右侧C处(或压向B处),然后放开,它就在位置O附近运动起来.请思考: (1)小球的运动是不是周期性的往复运动? (2)小球在运动过程中受哪些力? (3)小球所受的这些力中影响小球运动的是哪个力?这个力的大小和方向有什么特点? 答案:(1)是. (2)小球受重力、支持力和弹簧弹力. (3)重力和支持力平衡,对小球运动无影响;对小球运动有影响的是弹簧弹力,这个力的方向始终指向O点,大小与小球到O的距离成正比. 1.机械振动 物体(或者物体的一部分)在某一个中心位置(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,把一个有孔的小球安装在弹簧的一端,弹簧的另一端固定,小球和弹簧穿在光滑的水平杆上,使其能在杆上自由滑动,小球的运动可以看作质点的运动,这样的系统称为弹簧振子,其中的小球称为振子. 3.弹簧振子的回复力 (1)定义. 振子在振动过程中,所受的重力和支持力平衡,对振子的运动无影响.影响振子运动的只有弹簧的弹力.这个力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向相反,总指向平衡位置,它的作用是让振子能返回平衡位置,这个力叫作回复力. (2)方向. 始终指向平衡位置. (3)特点. 在弹性限度内,振子所受回复力F的大小跟振子偏离平衡位置的位移x的大小成正比. (4)表达式. F=-kx.(负号表示回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向相反) 4.简谐振动 物体在跟平衡位置的位移大小成正比,并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动,叫作简谐振动. 二、简谐运动的“位移—时间”图像及描述简谐运动的几个特征物理量 在必修第一册学习匀变速直线运动时,为了弄清质点的位置变化情况,我们利用了“位移—时间”图像来进行直观的描述.请思考后回答下列问题. (1)我们要想绘制出弹簧振子的位置随时间变化的关系图像,你有哪些方法? (2)图示为一弹簧振子做简谐振动的“位移—时间”图像,从图像中可以看出,振子离开平衡位置的最大距离是多少?振子完成一次完整的周期性运动需要多长时间?结合数学知识猜想该图像满足什么函数关系? 答案:(1)描点后用平滑曲线拟合图像;用传感器和计算机精确作图等.(2)2 cm;4 s;正弦函数. 1.简谐运动的“位移—时间”图像 (1)全振动. 如图所示,点O为振子的平衡位置.先将振子由平衡位置O拉到点B,从释放振子时开始计时