(教用word)第2章 1 简谐运动-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册(人教版2019)

1　简谐运动 核心素养目标 物理观念 科学思维 科学探究 1. 认识弹簧振子，知道弹簧振子模型的特点 2．理解弹簧振子的平衡位置和位移 理解简谐运动的位移—时间图像是一条正弦曲线 探究用数码相机和计算机绘制弹簧振子的x­t图像 一、弹簧振子 1．机械振动：物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动称为机械振动，简称振动。机械振动是机械运动的一种。 2．弹簧振子：如图所示，如果球与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，我们把小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子。 3．平衡位置：弹簧未形变时，小球所受合力为0的位置。 二、弹簧振子的位移—时间图像 1．建立坐标系：以小球的平衡位置为坐标原点，沿着它的振动方向建立坐标轴。小球在平衡位置右边时它对平衡位置的位移为正，在左边时为负。 2．绘制图像：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x­t图像如图所示，是一条正弦(或余弦)曲线。 三、简谐运动 1．定义 如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x­t图像)是一条正弦曲线，这样的振动叫作简谐运动。 2．特点 简谐运动是最简单、最基本的振动，其振动过程关于平衡位置对称，是一种往复运动。弹簧振子的运动就是简谐运动。 3．简谐运动的图像(如图所示) (1)简谐运动的图像是振动物体的位移随时间的变化规律。 (2)简谐运动的图像是正弦(或余弦)曲线，从图像上可直接看出不同时刻振动质点的位移大小和方向、速度大小和方向的变化趋势。 判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (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)弹簧振子的运动是简谐运动。 (√) (4)振子的位移相同时，速度也相同。 (×) (5)简谐运动的图像都是正弦或余弦曲线。 (√) (6)弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为0、动能最大。 (√) 　 　　弹簧振子 如图所示的装置，把小球向右拉开一段距离后释放，可以观察到小球左右运动了一段时间，最终停止运动。 (1)小球的运动具有什么特点？为什么小球最终停止运动？ 提示：小球的运动具有往复性。小球因为受到摩擦力的作用最终停止运动。 (2)在横杆上涂上一层润滑油，重复刚才的实验，观察到的结果与第一次实验有何不同？ 提示：小球往复运动的次数增多，运动时间变长。 (3)猜想：如果小球受到的阻力忽略不计，弹簧的质量比小球的质量小得多，也忽略不计，实验结果将如何？ 提示：小球将持续地做往复运动。 1．弹簧振子位移的表示方法 以平衡位置为坐标原点，以振动所在的直线为坐标轴，规定向右为正方向，则某时刻振子偏离平衡位置的位移可用该时刻振子所在位置来表示。 2．弹簧振子的速度 (1)物理含义：速度是描述振子在平衡位置附近振动快慢的物理量。在所建立的坐标轴(也称“一维坐标系”)上，速度的正负号表示振子运动方向与正方向相同或相反。 (2)特点：振子如果在A、B之间振动，则振子在平衡位置速度最大，在A、B两点速度为0。 3．弹簧振子的加速度 (1)产生：水平弹簧振子的加速度是由弹簧弹力产生的。 (2)方向特点：总是指向平衡位置。 (3)大小变化规律：远离平衡位置运动时，振子的加速度增大；向平衡位置运动时，振子的加速度减小；在平衡位置时振子的加速度为0；在最大位移处振子的加速度最大。 (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 CD　解析：平衡位置是振动系统不振动时，小球(振子)处于平衡状态时所处的位置，可知此时小球所受的重力大小与弹簧的弹力大小相等，即mg＝kx，也即小球原来静止的位置，故选项D正确，A、B错误；当小球处于平衡位置时，其加速度为0，速度最大，选项C正确。 本题解题的关键是掌握平衡位置的特点： (1)小球上下振动，合力为0时的位置为平衡位置。 (2)小球原来静止的位置满足重力与弹簧弹力相等的条件。 平衡位置的判断方法：振动系统不振动时，振子处于平衡状态时所处的位置为平衡位置。此题中小球速度最大时的位置和小球原来静止时的位置为同一位置。 如图所示为一个水平方向的弹簧振子，小球在MN间做简谐运动，O是平衡位置。关于小球的运动情况，下列描述正确的是(　　) A. 小球经过O点时速度为0 B. 小球经过M点与N点时有相同的加速度 C. 小球从M点向O点运动的过程中，加速度减小，速度减小 D. 小球从O点向N点运动的过程中，加速度增大，速度减小 D　解