第2章 第1节 简谐运动(Word教参)-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第一册（鲁科版2019）

　第2章　机械振动 第1节　简谐运动 核心素养导学 物理观念 认识简谐运动的特征，知道机械振动、平衡位置和回复力的概念。 科学思维 (1)能从相互作用和能量等不同角度认识机械振动。 (2)建立弹簧振子模型，学会分析简谐运动的受力情况、运动情况、能量转化等。 科学探究 经历探究简谐运动的过程，能分析数据、发现特点、形成结论。 一、机械振动 1．机械振动 物体(或物体的某一部分)在某一位置附近的往复运动称为机械振动，简称振动。 2．平衡位置 物体振动停止时保持静止的位置。 3．回复力 (1)定义：物体振动时受到总是指向平衡位置的力。 (2)作用效果：总是要把振动物体拉回到平衡位置。平衡位置是指物体所受回复力为0的位置。 (3)来源：回复力是根据力的作用效果命名的力，不是单独某一性质的力，可以是一个力，或者一个力的分力，也可以由振动物体受到的几个力的合力来提供。 二、简谐运动及其特征 1．弹簧振子 (1)定义：弹簧振子是物体和弹簧所组成的系统的总称。 (2)弹簧振子是一种理想模型(选填“理想模型”或“非理想模型”)。 (3)回复力来源：物体所受弹簧的弹力。 (4)回复力的大小：F＝－kx。 2．简谐运动及其特征 (1)定义：像弹簧振子这样，物体所受回复力的大小与位移大小成正比，方向总是与位移方向相反的运动称为简谐运动。 (2)运动特征：简谐运动的加速度具有大小与位移大小成正比、方向与位移方向相反的特征，即a＝＝－x。 (3)从能量角度看：由于弹簧振子在振动过程中只有弹簧的弹力做功，系统的动能和弹性势能相互转换，机械能守恒。 (1)弹簧振子经过平衡位置时，合力为0，速度最大。 (2)简谐运动是最基本也是最简单的机械振动。当某物体进行简谐运动时，物体所受的回复力大小与位移大小成正比，并且总是指向平衡位置。　 1.一切发声的物体都在振动，比如蜜蜂翅膀抖动和古筝琴弦振动，那么振动是怎样产生的？ 提示：由于发声的物体总是存在一个指向平衡位置的回复力作用，因而产生了振动。 2．不同方向上弹簧振子处于平衡位置的合力与弹力 图例 合力(F合) 弹力(F弹) F合＝0 F弹＝0 F合＝0 F弹＝mg F合＝0 F弹＝mgsin_θ 3．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作弹簧振子或简称振子，如图所示为两种不同的弹簧振子。 (1)它们的运动有什么共同特征？ (2)弹簧振子在现实生活中真实存在吗？需要满足什么条件呢？ 提示：(1)两弹簧振子振动时均有一平衡位置，两弹簧振子在各自的平衡位置两侧做往复运动。 (2)不存在。弹簧振子是一种理想化模型，需要满足：不计阻力、弹簧的质量与小球相比可以忽略。 新知学习(一)|简谐运动的回复力 [任务驱动] 如图甲所示为水平方向的弹簧振子，如图乙所示为竖直方向的弹簧振子，如图丙所示为m随M一起振动的系统。 请思考： (1)图甲中水平方向的弹簧振子的回复力的来源是什么？ (2)图乙中竖直方向的弹簧振子的回复力的来源是什么？ (3)图丙中水平方向m与M整体的回复力的来源是什么？m的回复力的来源是什么？ 提示：(1)弹簧的弹力提供回复力。 (2)弹簧的弹力与重力的合力提供回复力。 (3)m与M整体的回复力由弹簧的弹力提供；m的回复力由M对m的静摩擦力提供。　　　　 [重点释解] 1．回复力的来源 (1)回复力是指将振动的物体拉回到平衡位置的力，同向心力一样是按照力的作用效果来命名的。 (2)回复力可以由某一个力提供，如水平弹簧振子的回复力即为弹簧的弹力；也可能是几个力的合力，如竖直悬挂的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力；还可能是某一力的分力。归纳起来，回复力一定等于振动物体在振动方向上所受的合力。分析物体的受力时不能再加上回复力。 2．关于k值 公式F＝－kx中的k指的是回复力与位移的比例系数，而不一定是弹簧的劲度系数，系数k由振动系统自身决定。 3．加速度的特点 根据牛顿第二定律得a＝＝－x，表明弹簧振子做简谐运动时，振子的加速度大小与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反。 [典例体验] [典例]　一质量为m的小球，通过一根轻质弹簧悬挂在天花板上，如图所示。 (1)小球在振动过程中的回复力实际上是____________________________。 (2)该小球的振动是否为简谐运动？ [解析]　(1)此振动过程的回复力实际上是弹簧的弹力与小球重力的合力。 (2)设小球的平衡位置为O，向下为正方向，弹簧处于平衡位置时的伸长量为h，弹簧的劲度系数为k，由平衡条件得kh＝mg ① 当小球向下偏离平衡位置的距离为x时，回复力即合外力为F回＝mg－k(x＋h)② 将①代入②式得：F回＝－kx，可见小球所受合外力与它的位移的关系符合简谐运动的受力特点，