第二章 第1节 简谐运动（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理 选择性必修 第一册（人教版2019）

第1节　简谐运动 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 认识生活中的机械振动，知道简谐运动的产生条件及规律。 通过观察、分析和推理，证明弹簧振子的位移—时间图像是正弦曲线，会用图像描述简谐运动。 了解通过实验探究简谐运动规律的过程，能分析数据、发现特点、形成结论。 善于观察生活中的物理现象，敏锐察觉物理问题。通过对实验现象的分析和总结，培养实事求是的科学态度。 [对应学生用书P39] 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：振动的物体所受合力为0的位置。 3．弹簧振子：由小球和弹簧组成的系统，是一个理想化模型。 二、弹簧振子的位移—时间图像(xt图像) 1．建立坐标系：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，规定小球在平衡位置右边时，位移为正，在平衡位置左边时，位移为负。 2.图像绘制：用频闪照相的方法来显示小球在不同时刻的位置。横轴和纵轴分别代表时间t和小球的位移x，绘制出的图像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，如图所示。 3．振子的位移：小球相对平衡位置的位移。 三、简谐运动 1．概念：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，弹簧振子的运动就是简谐运动。 1.(物理与生活)蹦极，是近些年来新兴的一项非常刺激的户外休闲活动。参与活动的人在最后收尾阶段的运动可看作与竖直面内弹簧振子的运动规律相同。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)简谐运动的平衡位置是速度为零时的位置。(　　×　　) (2)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。(　　√　　) (3)简谐运动的图像表示质点振动的轨迹是正弦或余弦曲线。(　　×　　) (4)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。(　　√　　) 2．(教材拓展P32)“图2.11” 弹簧振子的振动，是在不计摩擦和空气阻力以及弹簧质量的前提下，做往复运动，是一个理想化的模型。 [对应学生用书P40] 探究点一___对弹簧振子的理解 如图所示的装置，O点为小球的平衡位置，把小球向右拉到B点后释放，可以观察到小球左右运动了一段时间，最终停止运动。 [问题设计] (1)小球的运动具有什么特点？为什么小球最终停止运动？ (2)在横杆上涂上一层润滑油，重复刚才的实验，观察到的结果与第一次实验有何不同？ (3)猜想：如果小球受到的阻力忽略不计，弹簧的质量比小球的质量小得多，也忽略不计，实验结果如何？ (4)小球从A到B过程中的速度和加速度大小分别怎样变化？方向如何？ 提示：(1)小球的运动具有往复性。小球因为受到阻力的作用最终停止运动。 (2)小球往复运动的次数增多，运动时间变长。 (3)小球将持续地在AB间做往复运动。 (4)A→O过程中速度增大，方向向右，加速度减小，方向向右；O→B过程中速度减小，方向向右，加速度增大，方向向左。 1．振动系统看成弹簧振子的条件 (1)弹簧为轻质弹簧，不计弹簧的质量，可认为质量集中于小球； (2)不计摩擦阻力和空气阻力； (3)小球从平衡位置被拉开的距离在弹簧弹性限度内。 2．弹簧振子的振动分析 (1)位移及其变化 位移指相对平衡位置的位移，由平衡位置指向小球所在的位置。当小球从平衡位置向最大位移处运动时，位移增大；反之，位移减小。 (2)速度及其变化 小球在平衡位置处速度最大，在最大位移处速度为零。小球由平衡位置向最大位移处运动时，速度减小；反之，速度增大。 (3)涉及加速度变化的问题 不论是水平弹簧振子还是竖直弹簧振子，均满足：在平衡位置处所受的合力为零，加速度为零；在最大位移处所受的合力最大，加速度最大。 【例1】 如图所示的是一个水平方向的弹簧振子，小球在M、N两点间做简谐运动，O是平衡位置。关于小球的运动情况，下列描述正确的是(　　) A．小球经过O点时速度为零 B．小球经过M点与N点时有相同的加速度 C．小球从M点向O点运动的过程中，加速度增大，速度增大 D．小球从O点向N点运动的过程中，加速度增大，速度减小 D　解析：小球经过O点时速度最大，A错误；小球在M点与N点的加速度大小相等，方向相反，B错误；小球从M点向O点运动的过程中，加速度减小，速度增大，C错误；小球从O点向N点运动的过程中，加速度增大，速度减小，D正确。 [练1] (多选)如图所示，一弹簧振子做简谐运动，下列说法正确的是(　　) A．若位移为负值，则加速度一定为正值 B．小球通过平衡位置时，速度为零，位移最大 C．小球每次经过平衡位置时，位移相同，速度也一定相同 D．小球每次通过同一位置时，其