第二章 机械振动-【新课程能力培养】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册学习手册（人教版）

学 第一册 （人教版）高中物理选择性必修 第二章 机 械 振 动 课 标 要 求 1. 通过实验， 认识简谐运动的特征。 能用公 式和图像描述简谐运动。 2. 通过实验， 探究单摆的周期与摆长的定量 关系。 知道单摆周期与摆长、 重力加速度 的关系。 会用单摆测量重力加速度的大小。 3. 通过实验， 认识受迫振动的特点。 了解产 生共振的条件及其应用。 知 识 结 构 规 律 公 式 1. 简谐运动位移与时间的关系： x=Asin （ ωt+φ ）。 2. 简谐运动的动力学特征： F=-kx 。 3. 单摆的周期公式： T=2π l g 姨 。 提 纲 挈 领 本章从动力学和能量两个角度对弹簧振 子和单摆两个模型进行研究， 不仅拓展了学 生对质点运动的认识， 还教会学生应用图像 法获得物体运动的方法， 为机械波的学习做 了扎实的铺垫。 1. 在知识上， 学生要掌握弹簧振子和单摆两 个模型， 学会用动力学和能量两个角度对 两种模型的运动过程进行分析， 会运用图 像法对基本概念、 基本规律进行更好的 理解。 2. 在思想方法上， 模型构建、 图像法是学习 物理的两种重要的方法， 本章内容具有一 定的综合性， 学生要适当地复习动力学和 能量的知识， 学会用动力学和能量解决机 械振动问题。 3. 在高考方面， 简谐运动在高考中时有出 现， 但大多情况下这章内容与机械波结合 出现。 此外受迫振动与生活实际联系紧 密， 更容易出现新情境题。 总之， 这章内容在学习时要在原有质点 运动的基础上， 由基本概念定义到基本规律 讨论， 由理想情况到现实情况， 由固定振动 到有外力振动， 渐渐深入， 逐步拓展。 机械 振动 定义： 质点的位移与时间的关系遵循正 弦函数的规律 表达式： x=Asin （ ωt+φ ） 受力特征： 回复力 F=-kx ， a=- kx m 运动图像的特点 从运动图像上得到的信息 运动图像的应 应 用 简谐 运动 动 % % % % % % $ % % % % % % & 描述简谐运 动的物理量 振幅 周期与频率 相位和相位 应 差 单摆 单摆模型 做简谐运动的条件： 摆角很小 周期公式： T=2π l g 姨 实验： 用单摆测定重力加速度 g= 4π 2 l T 2 2 % % % % % % $ % % % % % % & 外力作用 下的振动 阻尼振动 受迫振动 共振及共振曲 应 线 2 % % % % % % % % % % % % % % % % % % % $ % % % % % % % % % % % % % % % % % % % & 简谐运动 的图像 26 学 第二章 机 械 振 动 知 识 梳 理 知识点 1 弹簧振子 1. 弹簧振子的构造。 由弹簧和小球组成； 弹簧的一端固定， 另一端与小球相连接； 与小球的质量相比， 弹簧的质量可以忽略， 小球与杆间的摩擦也 可以忽略。 2. 弹簧振子不一定水平放置， 例如： 竖直悬 挂的弹簧振子、 光滑斜面上的弹簧振子， 如图所示。 3. 平衡位置。 振子原来静止时的位置。 4. 振动的特点。 振动是一种往复运动， 具有周期性和往 复性。 思考： （ 1 ） 弹簧振子是一种理想模型， 它在哪些方 面进行了理想化处理？ （ 2 ） 弹簧振子的运动方向和小球所经过的位 置与匀速运动相比有什么不同？ 提示： （ 1 ） 忽略摩擦力， 忽略弹簧的质量。 （ 2 ） 振子时而向左运动， 时而向右运动， 它 只能在平衡位置附近做往复运动， 而不 能向一个方向一直运动下去。 知识点 2 弹簧振子的位移—时间图像 1. 振动的位移： 从平衡位置指向振子某时刻 所在位置的有向线段。 2. 作振子的位移—时间图像的步骤。 （ 1 ） 建立坐标系： 以小球的平衡位置为坐标 原点， 沿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 ） 绘制图像： 用频闪照相的方式得到在不 同时刻小球的位置。 （ 3 ） 弹簧振子的位移。 3. 图像的含义。 反映了振动物体相对平衡位置的位移随 时间的变化规律。 思考： 直线运动的位移与振动位移有什么 区别？ 提示： 振动位移的起点始终为平衡位置， 是 由平衡位置指向振子的有向线段； 而直线运 动的位移对应一个过程， 是由初位置指向末 位置的有向线段。 1. 简 谐 运 动 琢 振子的运动 A→O O→A′ A′→O O→A 对 O 点位移的方向 向右 向左 向左 向右 对 O 点位移的 大小变化情况 减小 增大 减小 增大 A′ O A 27 学 第一册 （人教版）高中物理选择性必修 知识点 3 简谐运动 1. 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