第二章 机械振动 1 简谐运动-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册创新导学案word（人教版2019）

第二章　机械振动 1．简谐运动 1．了解什么是机械振动，认识自然界和生产、生活中的振动现象。2.认识弹簧振子这一物理模型，理解振子的平衡位置和位移随时间变化的图像。3.理解简谐运动的概念和特点，知道简谐运动的位移—时间图像是一条正弦曲线。4.能够利用简谐运动的图像分析振子的位移和速度的变化情况。 一　弹簧振子 1．机械振动：物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动，简称振动。 2．平衡位置：水平弹簧振子中，弹簧未形变时，小球所受合力为0的位置。 3．弹簧振子： 如图所示，小球套在光滑杆上，如果弹簧的质量与小球相比可以忽略，小球运动时空气阻力也可以忽略，把小球拉向右方，然后放开，它就在平衡位置附近运动起来。这种由小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子，有时也简称为振子，弹簧振子是一个理想化模型。 二　弹簧振子的位移—时间图像 1．振动位移：弹簧振子的小球相对于平衡位置的位移。 2．位移—时间图像：选取小球平衡位置为坐标原点，建立如图所示的坐标系，横轴和纵轴分别表示时间t和小球的位移x。在坐标系中标出各时刻小球球心的位置，用曲线把各点连接起来，就是小球在平衡位置附近往复运动时的位移—时间图像，即x­t图像。x­t图像即振动图像。 3．物理意义：反映了振子的位移随时间的变化规律。 三　简谐运动 1．定义：如果物体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(x­t图像)是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。 2．特点：简谐运动是最基本的振动。弹簧振子中小球的运动就是简谐运动。 1．判一判 (1)竖直放于水面上的圆柱形玻璃瓶的上下运动是机械振动。(　　) (2)乒乓球在台面上的不断跳动是机械振动。(　　) (3)弹簧振子的位移是从平衡位置指向振子所在位置的有向线段。(　　) (4)简谐运动的图像表示质点振动的轨迹是正弦或余弦曲线。(　　) (5)只要质点的位移随时间按正弦函数的规律变化，这个质点的运动就是简谐运动。(　　) (6)简谐运动的平衡位置是速度为零时的位置。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)× 2.想一想 (1)弹簧振子是一个理想化模型，以前我们还学过哪些理想化模型？ 提示：质点、点电荷。 (2)简谐运动与我们熟悉的匀速直线运动比较，速度有何不同的特点？如何判断一个物体的运动是不是简谐运动？ 提示：简谐运动与匀速直线运动的区别在于其速度大小、方向都在不断变化。只要物体的位移随时间按正弦函数的规律变化，则这个物体的运动就是简谐运动。 探究　机械振动与弹簧振子 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：甲、乙、丙三个图中弹簧都各连接着一个小球，把小球从静止位置拉开一段距离后释放会观察到什么现象？ 提示：会观察到小球在原来静止的位置附近做往复运动。 活动2：三个图中的小球都会一直运动下去吗？为什么？ 提示：都不会，小球运动一段时间后都会停止运动，因为小球都会受到空气阻力甚至杆或斜面的摩擦阻力的作用，小球振动的能量会不断减小，最终停止运动。 活动3：如果球与杆、空气、斜面之间的阻力可以忽略，弹簧的质量与小球相比也可以忽略，小球会怎样运动？会一直运动下去吗？ 提示：小球将在原来静止的位置附近持续不断地做往复运动，并会一直运动下去。 1．机械振动 (1)我们把物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动称为机械振动。这个位置就是物体做机械振动的平衡位置。 (2)弹簧振子的运动是一种典型的机械振动，它是研究一般性振动的基础。 2．弹簧振子 弹簧振子是由小球和弹簧组成的系统，是一个理想化的模型。弹簧振子的运动关于平衡位置对称。 实际物体看作弹簧振子的条件： (1)不计摩擦阻力和空气阻力； (2)不计弹簧的质量； (3)小球可视为质点； (4)弹簧的形变在弹性限度内。 例1　下列运动中不属于机械振动的是(　　) A．树枝在风的作用下运动 B．竖直向上抛出的物体的运动 C．说话时声带的运动 D．爆炸声引起窗扇的运动 机械振动的定义是什么？ 提示：物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动称为机械振动。 [规范解答]　物体或物体的一部分在某一位置附近的往复运动称为机械振动。树枝的运动、声带的运动以及窗扇的运动均是物体在某一位置即平衡位置附近的往复运动；竖直向上抛出的物体的运动虽然是往复运动，但不是在某个平衡位置附近的运动，所以不属于机械振动。故选B。 [答案]　B 规律点拨 1．机械振动的要素 (1)运动具有往复性； (2)存在平衡位置。 2．对平衡位置的理解 (1)平衡位置是指做机械振动的物体原来静止时的位置，即物体原来静止时所受合力为零的位置。 (2)物体做机械振动时，在平衡位置所受合力不一定为零，但在运动方向上所受合力一定为零。如钟摆的摆动，在平衡位置存在向心力。 (3)对于弹簧振子，