2.1简谐运动-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第一册）

第二章 机械振动 第一节 简谐运动 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 知道什么是弹簧振子，理解振动的平衡位置和简谐运动的概念。 科学思维 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函数图线。 科学探究 通过对简谐运动图像的描绘，认识简谐运动的特点。 科学态度与责任 通过对生活中振动实例的观察，体会振动对生活的影响。 知识点一　　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称为机械振动，简称振动。 注意：机械振动是机械运动的一种。 2.回复力 (1)定义：总是指向平衡位置的力。 (2)作用效果：回复力是产生振动的条件，它使物体总是在平衡位置附近振动。 (3)来源：回复力可由振动的物体受到的某一个力来提供，也可由振动的物体受到的几个力的合力来提供。 3.弹簧振子 如图所示，如果球与杆之间的摩擦可以忽略，且弹簧的质量与小球的质量相比也可以忽略，我们把小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子。 4.平衡位置：弹簧未形变时，小球所受合力为0的位置。 知识点二　简谐运动 1.定义：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。 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)定义：物体所受回复力的大小与位移大小成正比，方向总是与位移方向相反的运动称为简谐运动。 (2)简谐运动的动力学特征：回复力F＝－kx。 (3)简谐运动的运动学特征：a＝－x。 简谐运动的力学特征分析(如图，以弹簧振子为例) 振子运动 A→O O→A′ A′→O O→A 位移x方向、大小变化 向右 减小 向左 增大 向左 减小 向右 增大 弹力F方向、大小变化 向左 减小 向右 增大 向右 减小 向左 增大 加速度a方向、大小变化 向左 减小 向右 增大 向右 减小 向左 增大 速度v方向、大小变化 向左 增大 向左 减小 向右 增大 向右 减小 动能 增大 减小 增大 减小 势能 减小 增大 减小 增大 知识点三　弹簧振子的位移—时间图像 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。小球在平衡位置右边时它对平衡位置的位移为正，在左边时为负。 2.绘制图像：若用横轴表示振子运动的时间t，纵轴表示振子在振动过程中离开平衡位置的位移x，则振子振动的x­t图像如图所示，是一条正弦(或余弦)曲线。 易错易混点1.机械运动的理解。 易错易混点辨析：物理量随时间来回往复的变化称之为振动，若质点的位移随着时间往复变化，则为机械振动。 例1.下列日常生活常见的情形中，不属于机械振动的是(　　) 解析：选D。物体做机械振动时存在某一平衡位置，且物体在这一位置两侧往复运动。水中浮标上下浮动、秋千的摆动、拨动后的琴弦均符合这一要求，表针做圆周运动，它并不是在某一位置两侧往复运动，故不属于机械振动，选项D符合题意。 例2.(多选)下列运动中属于机械振动的是(　　) A.乒乓球在地面上的上下运动 B.弹簧振子在竖直方向的上下运动 C.秋千在空中来回运动 D.位于水面上的圆柱形玻璃瓶上下振动 解析：选BCD。机械振动是物体在平衡位置两侧做往复运动，乒乓球的上下运动不是在平衡位置两侧的往复运动。 易错易混点2.简谐运动基本物理量的分析。 易错易混点辨析： 受力特征 回复力F＝－kx，F(或a)的大小与x的大小成正比，方向相反 运动特征 靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小 能量特征 振幅越大，能量越大.在运动过程中，动能和势能相互转化，系统的机械能守恒 周期性特征 质点的位移、回复力、加速度和速度均随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为 对称性特征 关于平衡位置O对称的两点，加速度的大小、速度的大小、动能、势能相等，相对平衡位置的位移大小相等 例3.(多选)关于简谐运动的理解，下列说法中正确的是(　　) A.简谐运动是匀变速运动 B.周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量 C.位移减小时，加速度减小，速度增大 D.位移的方向总跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同 E.物体运动方向指向平衡位置时，速度方向与位移方向相反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同 解析：选BCE。简谐运动受到的回复力是变力，所以简谐运动不是匀变速运动，A错误；周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量，B正确；当位移减小时，回复力减小，则加速度减小，物体向平衡位置运动，速度增大，故C正确；回复力与位移方向相反，故加速度和位移方向相反