第二章 第1节 简谐运动-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步核心辅导与测评（鲁科版）

第1节　简谐运动 核心素养要求 核心素养呈现 1.知道什么叫机械振动和简谐运动． 2．理解平衡位置、回复力的概念． 3．知道弹簧振子模型的组成，掌握简谐运动的动力学特征. 　机械振动 1．定义 物理学中，将物体(或物体的某一部分)在某一位置附近的往复运动称为机械振动，简称振动． 2．平衡位置 振动物体在某一位置的附近做往复运动，这个位置称为平衡位置．也是物体所受回复力为零的位置． 3．回复力 (1)方向：总是指向平衡位置的力． (2)作用效果：使物体总是在平衡位置附近振动． (3)来源：回复力可由某一个力来提供，也可由振动物体受到的几个力的合力来提供． (1)机械振动是匀速直线运动．(×) (2)机械振动是匀变速直线运动．(×) (3)平衡位置即速度为零时的位置．(×) (4)机械振动是物体在平衡位置附近所做的往复运动．(√) 　简谐运动及其特征 1．弹簧振子 (1)弹簧振子是一种理想模型． (2)弹簧振子的组成：如图所示，弹簧一端固定，另一端连接一个可视为质点的物体，不计弹簧质量，物体置于光滑水平面上． (3)弹簧振子的回复力：回复力由物体所受弹簧弹力提供，为F＝－kx．其中k是弹簧的劲度系数，x是物体相对平衡位置的位移，负号表示力与位移的方向相反． 2．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)简谐运动的运动学特征：a＝－_x. (3)弹簧振子能量特征：只有弹簧弹力做功，系统的动能和弹性势能相互转换，机械能守恒． 如图所示的装置，把小球向右拉开一段距离后释放，可以观察到小球左右运动了一段时间，最终停止运动． (1)小球的运动具有什么特点？为什么小球最终停止运动？ 提示：小球的运动具有往复性．小球因为受到摩擦力的作用最终停止运动． (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？ 提示：小球往复运动的次数增多，运动时间变长． (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？ 提示：小球将持续地做往复运动． 　　平衡位置与回复力 [思 考 探 究] 如图所示，竖直方向的弹簧振子模型，振子在a、c两点间做往复性运动，b点是其平衡位置．请思考： (1)弹簧振子的运动有什么特点？ 提示：振子振动时有一中心位置，振子在中心位置两侧做往复运动． (2)在平衡位置处，弹簧的弹力等于零吗？ 提示：不等于零． [思 维 深 化] 1．机械振动的特点 (1)物体在平衡位置附近做往复运动． (2)机械振动是一种周期性运动． 2．对简谐运动的平衡位置的认识 (1)从物体受力特点看：物体在平衡位置所受合力不一定为零，而是沿振动方向的合力为零． (2)从速度角度看：平衡位置是振动中速度最大的位置． 3．回复力的理解 (1)回复力的方向总是指向平衡位置．总与简谐运动位移的方向相反． (2)回复力的效果是使偏离平衡位置的物体返回到平衡位置，是产生振动的条件． (3)回复力可以是振动物体所受的某一个力，也可以是物体所受几个力的合力． 　如图所示，对做简谐运动的弹簧振子M的受力情况分析正确的是(　　) A．重力、支持力、弹簧的弹力 B．重力、支持力、弹簧的弹力、回复力 C．重力、支持力、回复力、摩擦力 D．重力、支持力、摩擦力、弹簧的弹力 解析：A　弹簧振子的简谐运动中忽略了摩擦力，C、D错误；回复力为效果力，受力分析时不分析此力，B错误；故振子只受重力、支持力及弹簧给它的弹力，A正确． [针 对 训 练] 1．(多选)物体做简谐运动时，下列叙述中正确的是(　　) A．平衡位置就是回复力为零的位置 B．处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态 C．物体到达平衡位置，合力一定为零 D．物体到达平衡位置，回复力一定为零 解析：AD　平衡位置是回复力为零的位置，但物体所受的合力不一定为零，因此A、D正确． 　简谐运动的判断 [思 考 探 究] 如图所示，把一个有孔的小球装在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球穿在光滑的杆上，能够自由滑动．小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，将振子从A点静止释放，仔细观察他们的运动特点． (1)弹簧振子为什么会振动？当把振子从它静止的位置O拉开一小段距离到A再放开后，它为什么会在－A→O→A之间振动呢？ 提示：分析振子受力可以看出，弹簧弹力总能使物体回到中心位置． (2)如何判断一个物体是否做简谐运动？ 提示：如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动． [思 维 深 化] 1．简谐运动的回复力F＝－kx的理解 (1)k是比例系数，并非弹簧的劲度系数(水平弹簧振子中k为弹簧的劲度系数)，其值由振动系统决定，与振动位移大小无关． (