第二章 第一节 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（粤教版2019）

　第二章　机械振动 第一节　简谐运动 核心素养导学 物理观念 (1)认识弹簧振子，知道简谐振动回复力的特点。 (2)知道振幅、周期和频率的概念，知道周期和频率的关系。 (3)知道简谐运动的能量特征。 科学思维 (1)根据回复力的特点判断某振动是否为简谐运动。 (2)根据运动特点分析周期、位移和路程。 科学探究 经历对简谐运动特征的探究过程，加深领悟用图像描绘运动的方法。 一、简谐振动 1．机械振动：物体(或者物体的某一部分)在某一中心位置(平衡位置)附近所做的往复运动，简称振动。 2．平衡位置：物体振动停止时保持静止的位置。 3．弹簧振子：小球与弹簧组成的系统，它是一个理想化模型，其中的小球称为振子。 4．回复力 (1)定义：物体振动时受到总是使振子返回平衡位置的力。 (2)方向：跟振子偏离平衡位置的位移方向相反，总是指向平衡位置。 5．简谐运动的回复力 跟物体偏离平衡位置的位移x大小成正比，方向总指向平衡位置，其表达式为：F＝－kx。 (1)弹簧振子经过平衡位置时，速度最大。 (2)弹簧振子经过平衡位置时，合力为零，弹簧弹力不一定为零。　　 二、振幅、周期和频率 1．全振动：一个完整的振动过程，称为一次全振动。 2．简谐运动：振子的位移—时间函数为正弦或者余弦函数的振动。 3．振幅：物体振动时离开平衡位置的最大距离。 4．周期：物体完成一次全振动所需要的时间，用T表示。 5．频率：物体在一段时间内全振动的次数与所用时间之比，用f表示。 6．周期和频率的关系：f＝。 三、简谐运动的能量特征 1．在平衡位置：回复力为零，加速度为零，速度最大，动能最大，弹性势能为零。 2．在最大振幅处：振子离开平衡位置的距离最大，回复力最大，加速度最大_，速度为零，动能为零，弹性势能最大。 3．当振子离开平衡位置时，回复力、加速度弹性势能增大，速度、动能减小，反之亦然。 4．弹簧振子在振动过程中，弹性势能和动能相互转化，其和不变。 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.如图所示，把一个有孔的小木球装在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小木球穿在光滑杆上，能够自由振动，这个系统可称为弹簧振子吗？为什么？如果把小木球换成小钢球呢？ 提示：不能。因为弹簧的质量与小木球相比不能忽略。如果把小木球换成小钢球，由于小钢球的质量远大于弹簧的质量，那么弹簧的质量可以忽略，该系统可称为弹簧振子。 3．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 4.如图所示，一弹簧振子在光滑水平面的A、B两点间做简谐运动，平衡位置为O，已知振子的质量为m。 简谐运动的能量取决于什么？试简述本题中物体振动过程中的能量转化关系。 提示：简谐运动的能量取决于振幅，本题中物体振动时只有动能和弹性势能相互转化，总机械能守恒。 新知学习(一)|简谐运动的回复力 [任务驱动] 如图所示为弹簧振子的模型，O点为振子的平衡位置，A、O间和B、O间距离都是x，弹簧振子振动系数为k。 (1)当振子在A点时所受弹簧的弹力方向如何？大小是多少？在B点呢？ (2)弹力的作用是什么？ (3)弹力的大小与位移是什么关系？ 提示：(1)由A指向O，kx；由B指向O，kx。 (2)使振子回到平衡位置。 (3)弹力的大小与位移的大小成正比关系。　　　　 [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]　(多选)如图所示，物体系在两弹簧之间，弹簧劲度系数分别为k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，两弹簧均处于自然状态。现在向右拉动物体，然后释放，物体在B、C间振动，O为平衡位置(不计阻力)，设向右为正方向，物体相对O点的位移为x，则下列判断正确的是(　 ) A．物体做简谐运动，OC＝OB B．物体做简谐运动，OC≠OB C．物体所受合力F＝－kx D．物体所受合力