2.1 简谐运动 课件-2022-2023学年高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册

第二章 机械振动 2.1简谐运动 横州市百合中学 韦衍虎 18276143537 问题导入 钟摆来回摆动，水中浮标上下浮动，担物行走时扁担下物体的颤动，树梢在微风中的摇摆……在生活中我们会观察到很多类似这样的运动。这些运动的共同点是什么? 共同点是：总是在某一位置附近做往复性的运动。 A B O A o B 物体(或物体的一部分)总是在某一位置附近的往复运动，叫机械振动，简称振动。 ①振动的轨迹：可能是直线，也可能是曲线 ②平衡位置：质点原来静止时的位置 一、弹簧振子 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,小球套在光滑的杆上,能够自由滑动。小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子。 x O B A ①弹簧振子是一个理想化模型： m球＞＞m簧 ,小球可视为质点。 ②弹簧振子模型：水平弹簧振子，竖直弹簧振子。 思考：水平弹簧振子和竖直弹簧振子的小球处于平衡位置时，弹簧可能处于什么状态呢？ O B A A o B 弹簧处于原长时的位置 弹力等于重力的位置 O B A B→O： F v ↑ ↑ a ↑ 加速度减小的加速运动 O B A F v ↑ ↑ a ↑ O→A： 加速度增大的减速运动 A vA=0 A→O： 加速度减小的加速运动 O→B： 加速度增大的减速运动 B vB=0 小结：要先根据弹力方向与运动方向是否相同，来判断的小球速度的变化情况。接着根据弹力是增大还是减小，来判断小球的加速度变化情况。 二、弹簧振子的位移——时间图像 (1)建立坐标系 x A O B :指某时刻的位移，即振子相对平衡位置的位移。 :平衡位置为坐标原点，沿着振动方向建立坐标轴。 (2)振子的位移 xA xB A点的位移: B点的位移: 思考讨论：怎样才能得到小球位移与时间的关系？ 频闪照相 在坐标系中标出各时刻小球球心的位置，就构成了小球的位移x随时间t变化的图像，物理上把它叫做振动图像。 拖动纸带 C A x1 B x2 -x2 随着振子的运动，A到B，位移减小。 位移： 加速度： A到B，加速度减小。 与位移变化规律相同。 速度： 看切线斜率 →速度的大小与方向。 k<0,v <0 v最大 课堂练习 例1:如图所示是一水平弹簧振子做简谐运动的振动图像（x－t图像），由图可推知，振子（　 　） A．在t1和t3时刻具有相同的速度 B．在t3和t4时刻具有相同的速度 C．在t4和t6时刻具有相同的位移 D．在t1和t6时刻具有相同的速度 BCD 根据图像的对称性在t3和t4时刻具有相同的斜率，在t1和t6时刻也具有相同的斜率. 做一做 用数码相机和计算机绘制竖直弹簧振子的x-t图像 轻质弹簧的下端悬挂一个钢球，上端固定，它们组成了一个振动系统，称为竖直弹簧振子。用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动。钢球原来静止时的位置就是振子的平衡位置。 三、简谐运动 思考讨论：从获得的弹簧振子的 x-t 图像可以看出，小球位移与时间的关系似乎可以用正弦函数来表示，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的规律？ ②验证法 ①拟合法 t x 0 x=Asin（ωt+φ） 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（x-t 图像）是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。 例2：是某质点做简谐运动的振动图像。根据图像中的信息，回答下列问题。 (1)质点离开平衡位置的最大距离有多大？ (2)在1.5s和2.5s这两个时刻，质点的位置在哪里？质点向哪个方向运动？ (3)质点相对于平衡位置的位移方向在哪些时间内跟它的瞬时速度的方向相同？在哪些时间内跟瞬时速度的方向相反？ (4）质点在第2s末的位移是多少？ (5)质点在前2s内运动的路程是多少？ 课堂练习 10cm (2)都在距离平衡位置约7cm处，分别位于平衡位置两侧。 负方向运动 第1s内和第3s内 第2s内和第4s内 0 20cm 课堂小结 一、机械振动的定义 二、弹簧振子 三、弹簧振子的位移——时间图像 物体(或物体的一部分)总是在某一位置附近的往复运动，叫机械振动，简称振动。 ①振动的轨迹：可能是直线，也可能是曲线 ②平衡位置：质点原来静止时的位置 弹簧振子是一个理想化模型：m球＞＞m簧,小球可视为质点。 四、简谐运动： 它的振动图象是一条正弦曲线 $