第二章 第1节 简谐运动(Word教参)-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册（鲁科版2019）

第1节　简谐运动 核心 素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 知道机械振动、平衡位置、回复力、简谐运动的概念，了解弹簧振子的组成和振动情况。 知道弹簧振子是理想化模型；理解弹簧振子模型回复力的表达式；能对弹簧振子模型进行迁移和应用。 探究在简谐运动过程中，回复力、加速度、速度随偏离平衡位置的位移变化的定性规律。 体会简谐运动之美，能解释相关的生活现象。 [对应学生用书P27] 知识点一 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附近做往复运动，这个位置称为平衡位置❶。 3．回复力❷：总是指向平衡位置的力。 1．机械振动是一种匀速直线运动。 (　　×　　) 2．平衡位置即振动物体速度为0时的位置。(　　×　　) 3．回复力是物体实际受到的力。(　　×　　) 知识点二 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。 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❸，方向总是与位移方向相反的运动。 (2)简谐运动的运动学特征：a＝－x。 (3)弹簧振子的能量特征：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。 1．在F＝－kx中，负号表示回复力总是小于0的力。 (　　×　　) 2．弹簧振子的运动是简谐运动。(　　√　　) 3．水平弹簧振子运动到平衡位置时，回复力为0，因此此时弹簧振子的能量一定为0。 (　　×　　) 批注❶：物体所受回复力为0的位置。 批注❷：(1)方向：总是指向平衡位置。 (2)作用效果：使物体总是在平衡位置附近来回振动。 (3)来源：回复力可由振动物体受到的某一个力来提供，也可由振动物体受到的几个力的合力来提供。 批注❸：弹簧振子的回复力由物体所受弹簧弹力提供，表达式为F＝－kx。其中k是弹簧劲度系数，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。F＝－kx和a＝－x中的负号，表示回复力和加速度均与位移的方向相反。 [对应学生用书P28] 探究点一　平衡位置、回复力的理解　(物理观念之形成) ►情境探究 如图所示，小孩荡秋千时来回运动、小球在弹簧弹力作用下往复运动。这些运动是发生在我们身边的常见现象，仔细观察他们的运动特点，回答下面问题。 (1)以上这些事物的运动各不相同，那么他们的轨迹和运动方向有什么不同呢？ 提示：秋千的运动轨迹是曲线；小球在弹簧弹力作用下的运动则是水平方向的直线运动。 (2)他们的运动有什么共同特征？ 提示：以上物体运动时均有一中心位置，并在中心位置两侧做往复运动，具有“对称性”和“周期性”。 ►探究归纳 1．对简谐运动中平衡位置的认识 (1)从物体受力特点看：物体在平衡位置所受合力不一定为0，而是沿振动方向的合力为0。 (2)从速度角度看：平衡位置是物体在振动中速度最大的位置。 2．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。 3．对回复力的理解 (1)回复力是指将振动物体拉回到平衡位置的力，它是效果力，而不是一种新的性质力。回复力可以由物体所受的合力提供，也可以由受到的某一个力或某一个力的分力提供。 (2)简谐运动的回复力为F＝－kx： ①k是比例系数，并非一定是弹簧的劲度系数(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。 ②“－”号表示回复力的方向与物体偏离平衡位置的位移方向相反。 ③x是指物体相对于平衡位置的位移，不一定等于弹簧的伸长量或压缩量。 ④回复力的作用效果表现为：总是把物体拉向平衡位置。 ►对点例练 如图所示为一弹簧振子，下列对其中做简谐运动的小球M受力情况分析正确的是(　　) A．小球受到重力、支持力、弹簧的弹力 B．小球受到重力、支持力、弹簧的弹力、回复力 C．小球受到重力、支持力、回复力、摩擦力 D．小球受到重力、支持力、摩擦力、弹簧的弹力 A　解析：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，所以受力分析时不分析此力，B错误；振子只受重力、支持力及弹簧给它的弹力，A正确。 [练1] (多选)(2021·北京第四十三中学高二期中)关于简谐振动，以下说法中正确的是(　　) A．回复力总指向平衡位置 B．加速度、速度方向永远一致 C．在平衡位置，加速度、速度均达到最大值 D．在平衡位置，速度达到最大值，而加速度为0 AD　解析：简谐运动中，回复力总是指向平衡位置，表达式为F＝－kx，A正确；加速度方向始终指向平衡位置，速度方向可能指向平衡位置，也可能远离平衡位置，B错误；