第2章 第1节 简谐运动（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（人教版2019，江苏专用）

核心素养导学 第二章　机械振动 第1节　简谐运动 物理观念 认识弹簧振子，理解简谐运动的特征。 科学思维 (1)通过观察和分析，理解简谐运动的位移—时间图像是一条正弦曲线。 (2)能在熟悉的问题情境中运用简谐运动、弹簧振子等物理模型解决机械振动的问题。 科学探究 经历对简谐运动特征的探究过程，加深领悟用图像描绘运动的方法。 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_____运动，简称_____。 2．平衡位置：小球所受合力为0的位置。 3．弹簧振子：_____与弹簧组成的系统，它是一个理想化模型。 往复 振动 小球 (1)弹簧振子经过平衡位置时，速度最大。 (2)弹簧振子经过平衡位置时，合力为0，弹簧弹力不一定为0。　　 二、弹簧振子的位移—时间图像 1．建立坐标系：以小球的_________为坐标原点，用横坐标表示振子运动的_____，纵坐标表示振子离开平衡位置的_____，建立坐标系，描绘出位移随时间变化的图像，即x-t图像。 2．位移x的含义：振子的位移x是从_________指向某时刻所在位置的有向线段。在x-t图像中，振子位置在t轴上方，表示位移为___，在t轴下方，表示位移为____。 x-t图像不是振子的运动轨迹，而是描述振子的位移随时间的变化规律。　　 平衡位置 时间 位移 平衡位置 正 负 三、简谐运动 1．定义：如果物体的位移与时间的关系遵从__________的规律，即它的振动图像(x-t图像)是一条_____曲线，这样的振动是一种简谐运动。 2．意义：简谐运动是最基本的振动，弹簧振子中小球的运动就是_____运动。 1. 如图所示，把一个有孔的小木球装在弹簧的一端，弹簧的另一 端固定，小木球穿在光滑杆上，能够自由振动，这个系统可称 为弹簧振子吗？为什么？如果把小木球换成小钢球呢？ 提示：不能。因为弹簧的质量与小木球相比不能忽略。如果把小木球换成小钢球，由于小钢球的质量远大于弹簧的质量，那么弹簧的质量可以忽略，该系统可称为弹簧振子。 正弦函数 正弦 简谐 2．弹簧振子处于平衡位置的合力与弹力 0 0 0 mg 0 mgsin θ 3．直线运动的位移与简谐运动的位移 新知学习(一)|弹簧振子与简谐运动 [任务驱动] 小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，有时也把 这样的小球称作弹簧振子或简称振子，如图所示为 两种不同的弹簧振子。 (1)它们的运动有什么共同特征？ (2)弹簧振子在现实生活中真实存在吗？需要满足什么条件呢？ 提示：(1)两弹簧振子振动时均有一中心位置，两弹簧振子在各自的中心位置两侧做往复运动。 (2)不存在。弹簧振子是一种理想化模型，需要满足：不计阻力、弹簧的质量与小球相比可以忽略。　　　　 [重点释解] 1．物体看成弹簧振子的条件 (1)弹簧的质量比小球的质量小得多，可以认为质量集中于振子(小球)。 (2)构成弹簧振子的小球体积足够小，可以认为小球是一个质点。 (3)忽略弹簧以及小球与水平杆之间的摩擦力。 (4)小球从平衡位置被拉开的位移在弹性限度内。 2．弹簧振子的运动特点 (1)弹簧振子在运动过程中，振子所受到的弹力随位移的变化而变化，因而弹簧振子的运动是非匀变速运动。 (2)振子受到的弹力是变力，弹簧振子的运动是变加速运动。 3．简谐运动的位移 位移的表示方法：以平衡位置为坐标原点，以振动所在的直线为坐标轴，规定正方向，则某时刻振子偏离平衡位置的位移可用该时刻振子所在位置的坐标来表示。 4．简谐运动的速度 (1)物理含义：速度是描述振子在平衡位置附近振动快慢的物理量。在所建立的坐标轴(也称“一维坐标系”)上，速度的正、负号表示振子运动方向与坐标轴的正方向相同或相反。 (2)特点：如图所示为一简谐运动的模型，振子在O点速度最大，在A、B两点速度为0。 5．简谐运动的加速度 (1)产生：振子的加速度是由弹簧弹力产生的。 (2)方向特点：总是指向平衡位置。 (3)大小变化规律：远离平衡位置运动，振子的加速度增大；向平衡位置运动，振子的加速度减小；平衡位置振子的加速度为0；最大位移处振子的加速度最大。 [典例体验] [典例]　如图所示，水平方向上有一弹簧振子，O点是其平衡 位置，振子在a和b之间做简谐运动，关于振子下列说法正确的是 (　 ) A．在a点时加速度最大，速度最大 B．在O点时速度最大，位移最大 C．在b点时位移最大，速度最小 D．在b点时加速度最大，速度最大 [解析]　O为弹簧振子振动的平衡位置，其加速度为0，位移为0，速度最大，B错误；振子在a、b两位置，振动的位移最大，加速度最大，速度为0，故A、D错误，C正确。 [答案]　C /方法技巧/ 判断简谐运动中位移、速度、加速度的技巧 (1)判断正