2.1 简谐运动 课件 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第一节 简谐运动 第二章 机械振动 学习目标 1、了解什么是机械振动、简谐运动。 2、正确理解简谐运动x-t图象的物理含义。 3、知道简谐运动的图象是⼀条正弦或余弦曲线。 生活中一些相对复杂的运动： 思考1：这些运动有没有共同点呢？ 一、机械振动 1. 定义： 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，简称振动。 2. 特点： ①平衡位置：质点原来静止时的位置 ②往复运动 ③振动的轨迹：可能是直线，也可能是曲线 1、定义：把一个有小孔的小球连接在弹簧的一端,弹簧的另一端固定,小球套在光滑的杆上,能够自由滑动。小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子。 x O B A 2、弹簧振子模型：水平弹簧振子， 竖直弹簧振子。 二、弹簧振子 x O B A 3、条件: （1）忽略摩擦力等各种阻力； （2）小球看成质点； （3）忽略弹簧质量; （4）弹簧始终在弹性限度内。 理想模型 思考2：小球怎样才能持续运动？ 思考3：小球可以看成质点吗？ 思考4：是否需要考虑弹簧的质量？ 二、弹簧振子 思考5：水平弹簧振子和竖直弹簧振子的小球处于平衡位置时，弹簧可能处于什么状态呢？ O B A A o B 弹簧处于原长时的位置 弹力等于重力的位置 4. 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。 5. 振子的特点： 位置随时间的变化而变化。 O B A B→O： F v ↑ ↑ a ↑ 加速度减小的加速运动 O B A F v ↑ ↑ a ↑ O→A： 加速度增大的减速运动 A vA=0 A→O： 加速度减小的加速运动 O→B： 加速度增大的减速运动 B vB=0 怎样才能得到小球的位移与时间的关系？ 毛笔描迹法 三、弹簧振子的位移—时间图像 频闪照相 在坐标系中标出各时刻小球球心的位置，就构成了小球的位移x随时间t变化的图像，物理上把它叫做振动图像。 拖动纸带 弹簧振子的 位移—时间图像 A -A 如图所示是某质点做机械振动的振动图象，根据图象中的信息 ，回答下列问题： 质点在第2s末的位移是多少？ 质点在第2s内的位移是多少？ 前4s内的路程和平均速度各为多少？ 零 第2s内 -10cm s＝10+10+10+10 cm＝40 cm x＝0 cm 思考与讨论 课堂练习 例1:如图所示是一水平弹簧振子做简谐运动的振动图像（x－t图像），由图可推知，振子（　 　） A．在t1和t3时刻具有相同的速度 B．在t3和t4时刻具有相同的速度 C．在t4和t6时刻具有相同的位移 D．在t1和t6时刻具有相同的速度 BCD 根据图像的对称性在t3和t4时刻具有相同的斜率，在t1和t6时刻也具有相同的斜率. 思考讨论：从获得的弹簧振子的 x-t 图像可以看出，小球位移与时间的关系似乎可以用正弦函数来表示，如何确定弹簧振子中小球的位移与时间的关系是否遵从正弦函数的规律？ ②验证法 ①拟合法 t x 0 x=Asin（ωt+φ） 四、简谐运动 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（x-t 图像）是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。简谐运动是最基本的振动。 例2：是某质点做简谐运动的振动图像。根据图像中的信息，回答下列问题。 (1)质点离开平衡位置的最大距离有多大？ (2)在1.5s和2.5s这两个时刻，质点的位置在哪里？质点向哪个方向运动？ (3)质点相对于平衡位置的位移方向在哪些时间内跟它的瞬时速度的方向相同？在哪些时间内跟瞬时速度的方向相反？ (4）质点在第2s末的位移是多少？ (5)质点在前2s内运动的路程是多少？ 课堂练习 10cm (2)都在距离平衡位置约7cm处，分别位于平衡位置两侧。 负方向运动 第1s内和第3s内 第2s内和第4s内 0 20cm 简谐运动 弹簧振子 定义 运动特点 弹簧振子的 位移—时间图像 结合图像分析 弹簧振子的运动 简谐运动 振动图像是一条正弦曲线 1、某一弹簧振子的振动图象如图所示，则由图象判断下列说法正确的是( ) A、振子偏离平衡位置的最大距离为10cm B、1s到2s的时间内振子向平衡位置运动 C、2s时和3s时振子的位移相 等，运动方向也相同 D、振子在2s内完成一次往复 性运动 10 5 0 -5 -10 t/s x/cm 1