第二章 第一节 简谐运动（课件PPT）-【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。 某一中心位置 小球 4．回复力 (1)定义：物体振动时受到总是使振子返回___________的力。 (2)方向：跟振子偏离平衡位置的位移方向______，总是指向_________。 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______，方向总指向平衡位置，其表达式为： F＝_______。 平衡位置 相反 平衡位置 正比 －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。　　 完整 全振动 之比 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_____，弹性势能为___。 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_____，速度为零，动能为零，弹性势能______。 3．当振子离开平衡位置时，回复力、加速度弹性势能______，速度、动能_____，反之亦然。 4．弹簧振子在振动过程中，弹性势能和动能相互_____，其和_____。 最大 零 最大 最大 增大 减小 转化 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 0 0 0 mg 0 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。 [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F＝－3kx [解析]　物体的位移为x，则物体所受的合力F＝－k1x－k2x＝－(k1＋k2)x＝－3kx，C错误，D正确；可见物体做的是简谐运动，由简谐运动的对称性可得OC＝OB，A正确，B错误。 [答案]　AD [针对训练] 1．某一弹簧振子做简谐运动，在下面的四幅图像中，能正确反映加速度a与位移x的关系的是 (　 ) 解析：回复力F＝－kx，又由F＝ma可知应选B项。 答案：B　 答案：C　 新知学习(二)|简谐运动的振幅、周期和频率 [任务驱动] 如图所示为理想弹簧振子，O为它的平衡位置，将振子拉到A点由静止释放，观察振子的振动；然后将振子拉到B点释放，再观