第二章 第二节 简谐运动的描述（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）

第二节　简谐运动的描述 核心素养导学 物理观念 (1)了解相位、初相位、相位差的概念。 (2)知道简谐运动的位移—时间图像是一条正弦曲线。 科学思维 (1)掌握简谐运动的表达式中各量的物理意义，能依据简谐运动表达式解决相关问题。 (2)会从位移—时间图像获取相关信息解决相应问题。 科学探究 探究弹簧振子运动的特点。 一、简谐运动的函数描述 1．振动曲线：振子振动时_______与时间关系的曲线。 2．简谐运动位移—时间图像的函数表达式：_________________。 3．表达式中各物理量的意义 (1)x表示振动物体偏离___________的位移。 位移 平衡位置 x＝Acos(ωt＋φ) 振幅 超前 ωt＋φ 相位 简谐运动的图像描述振子的位移随时间变化的规律，而不是振子的运动轨迹。　　 φ 答案：C　 2．某质点做简谐运动的振动图像如图所示，根据图像中的信息，回答下列问题： (1)质点的振幅A＝____ cm。 (2)质点的周期为：T＝___ s。 频率为： _____Hz，角频率为____rad/s。 (3)t＝1 s时，质点振动方向沿x轴____方向。 (4)该质点的振动函数表达式为：x＝_______cm。 5 2 0.5 π 负 5sin πt 新知学习(一)|简谐运动表达式的理解及应用 [任务驱动] (1)如图是弹簧振子做简谐运动的x-t图像，它是一条正弦 曲线，请根据数学知识用图中符号写出此图像的函数表达式， 并说明各量的物理意义。 [答案]　CD 答案：ABD 2．如图为甲、乙两个简谐运动的振动图像。请根据图像写出这两个简谐运动的位移随时间变化的关系式。 新知学习(二)|简谐运动的图像 [重点释解] 1．物理意义：表示振动质点在不同时刻偏离平衡位置的位移随时间的变化规律。 2．图像形状：正(余)弦曲线。 3．图像应用： (1)任意时刻质点位移的大小和方向。如图甲所示，质点在t1、t2时刻的位移分别为x1和－x2。 (2)任意时刻质点的振动方向：看下一时刻质点的位置，如图乙中a点，下一时刻离平衡位置更远，故a点此刻向上振动。图乙中b点，下一时刻离平衡位置更近，故b点此刻向上振动。 (3)某段时间内位移、速度、加速度的变化情况判断：先判断质点在这段时间内的振动方向，从而确定各物理量的变化。如图甲所示，质点在t1时刻到t0时刻这段时间内，离平衡位置的位移变小，故质点正向平衡位置运动，速度增大，位移和加速度都变小；t2时刻，质点从负位移处远离平衡位置运动，则速度为负值且减小，位移、加速度增大。 [典例体验] [典例]　如图甲所示，一弹簧振子在A、B之间做简谐运动，O点为振子的平衡位置，其振动图像如图乙所示，规定向右的方向为正方向，试根据图像分析以下问题： (1)在t＝0时刻，振子所处的位置为________，正在向________(选填“左”或“右”)运动。 (2)A、B两点间的距离为________cm。 (3)在乙图中，振子在t＝1 s、t＝2 s和t＝3 s时所处的位置依次是________、________和________。 (4)在t＝2 s时，振子的速度的方向与t＝0时速度的方向________。 (5)质点在前4 s内的位移等于________cm，其路程为________cm。 [解析]　(1)由振动图像知，t＝0时，x＝0，表示振子位于平衡位置，在0～1 s内，振动位移x＞0，且逐渐增大，表示t＝0时，振子沿正方向运动，即向右运动。 (2)由题图乙知，振子离开平衡位置的最大距离为3 cm，则AB＝6 cm。 (3)t＝1 s时，x＝3 cm，振子位于B点位置；在t＝2 s 时，x＝0，振子位于平衡位置；在t＝3 s时，x＝－3 cm，振子位于A点位置。 (4)在t＝2 s时，x -t图像的斜率为负，表示向负方向运动，即向左运动，与t＝0时速度的方向相反。 (5)在t＝4 s时，振子又回到了平衡位置，故位移Δx＝0，其路程为s＝3×4 cm＝12 cm。 [答案]　(1)O点　右　(2)6　(3)B点　O点　A点　(4)相反　(5)0　12 [拓展]　对应[典例]中的情境，下列说法正确的是 (　 ) A．0～1 s内，速度增大，加速度增大，位移增大 B．1～2 s内，速度增大，加速度减小，位移减小 C．2～3 s内，速度减小，加速度减小，位移减小 D．3～4 s内，速度增大，加速度减小，位移增大 [解析]　根据图像可知，0～1 s内、2～3 s内振子正由平衡位置向最大位移方向运动，其加速度增大，速度减小，位移增大，故A、C均错误；1～2 s内、3～4 s内，振子正由最大位移处向平衡位置方向运动，其速度增大，加速度减小，位移减小，故B正确，D错误。 [答案]　B /方法技巧/ 简谐运动