2.1.简谐运动 课件 -2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第二章 机械振动 1.简谐运动 教学目标 CONTENT 01 02 03 会用图像描述简谐运动 通过实验和观察生活现象认识机械振动 知道弹簧振子模型 2 生活中这些常见运动有什么共同的特点？ 新课引入 往复运动！ 这些运动的共同特点是什么？ 1.机械振动：物体或物体的一部分在一个位置附近的往返运动称为机械振动，简称振动。 （1）围绕着“中心”位置 （2）“往复”运动 ——“中心位置”不振动时静止的位置,即平衡位置 ——“往复”意味着具有“周期性”  2.平衡位置：物体所受合力为0的位置。一般指物体没有振动时静止的位置。 机械振动 一 知能提升 如图把一个有孔小球连接在弹簧一端，弹簧的另一端固定，小球套在光滑的杆上，能够自由滑动。弹簧的质量与小球相比可以忽略。小球运动时空气阻力很小，也可以忽略。弹簧未形变时，小球所受合力为0，处于平衡位置。把小球拉向右方，然后放开，它就在平衡位置附近运动起来。 我们发现小球与弹簧组成的系统的运动，属于机械振动。 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做弹簧振子或简称振子。 2.理性化模型： （1）不计阻力 （2）弹簧的质量与小球相比可以忽略。 1.弹簧振子： 弹簧振子 二 知能提升 3 . 振子平衡位置的理解： （1）振子的平衡位置不一定是弹簧的原长； （2）位于平衡位置时，小球所受合力为0； （3）经过平衡位置时，小球速度最快。 O x 平衡位置 2cm 3cm t1 t2 如何表示t1、t2两个时刻的位移？ O→A位移？ O→B A→B位移？ 振动位移的表示方法：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段; 以平衡位置为起始位置，振子的位移x都是相对于平衡位置的位移. 振子的振动 A A→O 0 B 对平衡位置位移                   最大 变小 0 变大 最大 为更好的描述小球的位置与位置变化特点，我们以小球的平衡位置为坐标原点，沿着它的振动方向建立坐标轴。规定水平向右为正方向，小球在平衡位置的右边时，它的位置坐标 x 为正，在左边时位置坐标 x 为负。如图所示： 弹簧振子的位移—时间图像 三 知能提升 x 第一个 周期： 时间t(s) 0 t0 2t0 3t0 4t0 5t0 6t0 位移x(cm） -20.0 -17.8 -10.1 0.1 10.3 17.7 20.0 第二个 周期： 时间t(s) 6t0 7t0 8t0 9t0 10t0 11t0 12t0 位移x(cm） 20.0 17.7 10.3 0.1 -10.1 -17.8 -20.0 (1)描点法 图像绘制方法 为什么要匀速拖动白纸？ (2)描图记录法 用纸带上相同位移表示相等的时间。 x t v=0.05m/s 5cm一格代表1s 弹簧振子的位移-时间图像。又称为振动图像。 用数码照相机拍摄竖直方向弹簧振子的运动录像，得到分帧照片，依次排列得到图像。 （3）频闪照相 t x o 思考：如何理解这就是振子的位移时间图象? 描述了振子在各时刻时相对于平衡位置的位移。 频闪照片研究振动图像 思考2：振动图像是不是正弦函数关系？ x t 思考1：振动图像是不是振子运动的轨迹？ 判断小球位移与时间的关系是否遵从正弦函数规律的方法。 方法一：假设法 假定图像为正弦曲线，测量振幅与周期，写出正弦函数表达式。 注意：表达式计时开始位移为0，随后位移增加并为正；将每一个点的位移时间（测量值）数值代入表达式中，比较测量值与函数值是否相等，若可视相等，则为正弦曲线。 判断小球位移与时间的关系是否遵从正弦函数规律的方法。 方法二：计算机拟合法 测量小球在各个位置的横坐标和纵坐标，把测量值输入计算机中作出这条曲线，然后按照计算机提示用一个周期性函数拟合这条曲线，看一看弹簧振子的位移——时间的关系可以用什么函数表示。 四 知能提升 简谐运动 1.定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像（x—t图像）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。 2.简谐运动的振动图像 横坐标：振动时间t 纵坐标：振子相对于平衡位置的位移 振动图像是一条正弦曲线。 描述了质点作简谐运动时，位移随时间变化的规律，它不是质点的轨迹。 3.简谐运动的特点： 简谐运动是最简单、最基本的振动，其振动过程关于平衡位置对称，是一种往复运动。 弹簧振子的运动就是简谐运动。 简谐运动的位移—时间图像是正弦函数。 4. 位移、速度特点 ①位移和合外力、加速度的方向相反，变化趋势相同； ②速度和合外力、加速度的大小变化趋势相反； 位移：方向始终背离平衡位置，每经过平衡位置位移方向发生改变；远离平衡位置时位移增大，靠近平衡位置时位移减小。 速度：每经过最大距离处速度方向发生改变，远离平衡位置（位移增大）时速