第二章 第1节 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（粤教版2019）

第二章 机械振动 第一节　简谐运动 第1课时　简谐运动及回复力 1．了解什么是机械振动，认识弹簧振子这一物理模型.2.理解回复力的概念，掌握回复力公式，知道回复力在机械振动中的特征.3.理解简谐运动的概念和特点，知道简谐运动的图像是一条正弦曲线，并能用简谐运动图像分析振子的位移和速度的变化. 一　机械振动及回复力 1．机械振动：物体(或者物体的一部分)在某一中心位置(平衡位置)两侧所做的往复运动，简称振动. 2．弹簧振子：如图所示，把一个有孔的小球安装在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球和弹簧穿在光滑的水平杆上，使其能在杆上自由滑动，小球和水平杆之间的摩擦可以忽略不计，小球的运动可以看作质点的运动，这样的系统称为弹簧振子，其中的小球称为振子. 3．回复力 (1)定义：跟振子偏离平衡位置的位移方向相反，总指向平衡位置的力． (2)作用：使振子能返回平衡位置. (3)表达式：F＝－kx，其中x表示振子偏离平衡位置的位移，负号表示回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向相反. 4．简谐振动：物体在跟平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动． 二　简谐运动 1．全振动：振子经历的一个完整振动过程． 2．简谐运动：振子一直在平衡位置附近振动，每个全振动中偏离平衡位置的最大距离和需要的时间都不变，振子的位移—时间函数为正弦或者余弦函数，我们把具有这种特征的运动叫作简谐运动． 1．判一判 (1)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．(　　) (2)简谐运动的图像表示质点振动的轨迹是正弦或余弦曲线．(　　) (3)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．(　　) (4)简谐运动的平衡位置是速度为零时的位置．(　　) (5)简谐运动是匀变速运动．(　　) (6)简谐运动的回复力总是指向平衡位置．(　　) (7)简谐运动的回复力可以是恒力．(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)× 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． (3)公式F＝－kx中的k是否就是指弹簧的劲度系数？ 提示：不一定．做简谐运动的物体，其回复力F＝－kx，这是判断物体是否做简谐运动的依据，k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数． 课堂任务 　简谐振动及回复力 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． 活动4：图甲为弹簧振子的模型，请分析振子在运动过程中所受的力，这些力的合力有什么特点？合力的作用是什么？ 提示：振子受重力、杆的支持力、弹簧弹力(平衡位置不受弹簧弹力)，其中重力与支持力平衡，合力等于弹簧弹力，根据弹簧弹力的特点，合力F＝－kx(其中x指偏离平衡位置的位移)，即合力的方向指向平衡位置，与位移方向相反．合力的作用总是要把振子拉回到平衡位置． 活动5：如图甲所示，弹簧振子所受的合力称为回复力，如图乙所示的弹簧振子在竖直方向上振动时的回复力是什么？ 提示：弹力和重力的合力充当弹簧振子的回复力． 活动6：图丁中M、m保持相对静止(地面光滑)，对M、m这个整体是什么充当它们的回复力？对m呢？ 提示：对M、m组成的整体，弹簧的弹力提供它们振动的回复力；单独对m而言，M给m的静摩擦力提供其振动的回复力． 1．机械振动 我们把物体(或者物体的一部分)在某一中心位置两侧所做的往复运动叫作机械振动．这个中心位置就是物体做机械振动的平衡位置． 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． 3．对振动位移的理解 (1)概念：从平衡位置指向振子某