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

2.1简谐振动 1 机械振动 来回摇摆的稻谷 往复摆荡的秋千 这些运动有什么共同的特点呢？ 物理学中， 将物体（ 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。这个位置称为平衡位置。 一切发声的物体都在振动，机械振动是一种常见的运动。 振动是怎样产生的呢？ 演奏前，琴弦所受合力为 0, 静止于平衡位置。演奏时拨动琴弦，使其偏离平衡位置。由于形变，琴弦产生一个指向平衡位置的弹力。 只要琴弦偏离平衡位置，它总会受到指向平衡位置的弹力。这种总是指向平衡位置的力称为回复力 正是回复力的作用，使琴弦来回振动。 产生振动的条件：有回复力 回复力可以是一个力提供也可以是几个力的合力提供，是以效果命名的力。 平衡位置：指物体所受回复力为零的位置 2 简谐运动及其特征 弹簧振子是一种理想模型。弹簧一端固定，另一端连接一个可视为质点的物体，不计弹簧质量，物体置于光滑水平面上，这样构成的振动系统称为弹簧振子。 从能量的角度看，弹簧振子在振动的过程只有弹簧的弹力做功，机械能守恒，系统的动能和弹性势能相互转换。 物体处于平衡位置O 时，弹簧为原长，物体所受的弹力为 0; 将物体向右拉至B后由静止释放，由于弹簧被拉长，会对物体施加向左的指向平衡位置的弹力，使物体向平衡位置运动； 到达平衡位置时，物体所受弹力为 0, 但由于惯性，会继续向左运动并挤压弹簧，弹簧对物体施加向右的指向平衡位置的弹力，阻碍其继续向左运动，直至速度减小为 0, 到达位置 C处； 此后，在弹力的作用下，物体改变运动方向，返回位置B,……这样在平衡位置附近往复运动，形成振动。 物体所受弹簧的弹力提供了回复力 取平衡位置O为 x 轴的原点，向右为 x 轴的正方向。 回复力方向始终与位移的方向相反 x x 根据胡克定律，回复力大小与位移的大小成正比 ①x是相对平衡位置的位移 ②k是弹簧的劲度系数 ③负号表示力与位移的方向相反 物体所受回复力的大小与位移大小成正比，并且方向总指向平衡位置的运动，叫简谐运动。 设物体质量为m,据牛顿第二定律可得物体加速度 加速度的大小与位移成正比，方向与位移方向相反。 简谐运动具有加速度的大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反的运动特征。 0→B B B →O O O→A A A→O 位移x 大小       方向             回复力F 大小             方向             加速度a 大小           方向             速度v 大小             方向             振子动能 弹性势能 总能量 振子位置 物理量 （填“增”“减”“+”“-”“最大”“0”） 增 + 增 - 增 - 减 + 最大 + 最大 - 最大 - 0 减 + 减 - 减 - 增 - 0 0 0 最大 - 增 - 增 + 增 + 减 最大 - 最大 + 最大 + 0 - 减 - 减 + 减 + 增 + 增 减 0 增 最大 减 减 0 增 最大 减 0 增 最大 不变 不变 不变 不变 4、远离平衡位置有什么特征？ 位移方向（F、a）的转折点 速度方向的转折点 位移、速度方向相反 位移、速度方向相同 速度大小增大 速度大小减小 1. 平衡位置是什么的转折点呢？ 2、最大位移 是什么的转折点呢？ 3、靠近平衡位置有什么特征？ 物理情境 时间对称 tOB＝tBO＝tOA＝tAO，tOD＝tDO＝tCO＝tOC， tDB＝tBD＝tAC＝tCA 速度 对称 (1)物体连续两次通过同一点(非最大位移的点)的速度大小相等，方向相反 (2)物体经过关于O对称的两点(非最大位移的点，)的速度大小相等，方向可能相同，也可能相反 动能 对称 (1)物体连续两次经过同一点(如D点)的动能相等 (2)物体经过关于O点对称的两点(如C与D两点)的动能相等 位移、回复力、 加速度对称 (1)物体连续两次经过同一点(如D点)位移、回复力、加速度大小相等，方向相同 (2)物体经过关于O点对称的两点(如C与D两点)的位移、回复力、加速度大小相等，方向相反 让弹簧下端挂一重物，上端固定，组成竖立方向的弹簧振子。先让弹簧振子处于自然静止状态，再向下拉动重物。重物便上下往复振动。这样的运动是简谐运动吗？ 设重物所受的重力为G，弹簧的劲度系为k，重物处于平衡位置时弹簧的伸长量为x1，则 G=kx1 设重物向下偏离平衡位置的位移为x时，弹簧的伸长量为x2，则 x =x2 – x1 取竖直向