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

第二章 机械振动 2.1简谐运动 授课人：张永伟 思远物理 1 1、观察图片，这些运动有什么共同的特点？ 思远物理 ①围绕着“某一位置” ②“往复”运动  也称这一位置为平衡位置 “往复”意味着具有“周期性”  平衡位置：振动方向合力为零 思远物理 一、机械振动 1、定义：物体或物体的一部分在某一位置附近的往复运 动。 2、特点：某一位置——“对称性” 往复运动——“周期性” 思远物理 判断下列物体的运动是否是机械振动？  小球在竖直面内的摆动 小球在两光滑斜面上的滚动 小球在两弹簧作用下的左右运动 小球在桌面上的反弹 思远物理 运动（v） 能量（E） 受力（F） （2）研究角度 研究运动的方法是通用的: 2、如何研究机械振动呢？ （1）确定研究对象 思远物理 既简单又能体现机械振动运动规律 思远物理 谁在运动？ 小车为什么会停下来？ 哪些能量在参与转化？ 思远物理 物体的运动：小车、弹簧 振动方向的受力：弹簧弹力、阻力 相互转化的能量：弹性势能、内能、小车动能、弹簧动能 “弹簧小车”还是较为复杂 能否简化这一研究对象？ 思远物理 小车可以看成质点吗？ 小车怎样才能持续运动？ 考虑弹簧的质量会给研究带来什么困难？ 运动简化 能量简化 受力简化 弹簧小车 质点运动 忽略阻力 忽略弹簧质量 小车平动 气垫导轨 轻质弹簧 思远物理 二、弹簧振子 1、定义：小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子。 水平弹簧振子 竖直弹簧振子 2、理性化模型： （1）不计阻力 （2）轻弹簧质量不计。 （3）小球看成质点。 小球的质量远大于轻弹簧质量 思远物理 3、如何描绘出弹簧振子的位置 随时间变化的关系图像？ 以平衡位置为坐标原点O，沿振动方向建立坐标轴。规定水平向右为正向，则有：小球在O点右边时位置坐标为正，在左边时位置坐标为负。 （1）建立坐标系 小球的位移：小球的位置坐标表示小球位移。 位置—时间图像就是小球的位移—时间图像。 在坐标轴上记录不同时刻小球的位置，描点绘图 思远物理 （2）小球某时刻的位置=不同时间偏离平衡位置的位移 用频闪照相、照相机连拍，或用摄像机摄像后逐帧观察的方式，都可以得到相等时间间隔的不同时刻小球的位置。 （3）利相等时间间隔。 思远物理 时间t 0 t0 2t0 3t0 4t0 5t0 6t0 位移x/mm -20.0 -17.8 -10.1 -0.1 10.3 17.7 20.0 时间t 6t0 7t0 8t0 9t0 10t0 11t 12t0 位移x/mm 20.0 17.7 -10.3 0.1 -10.1 -17.8 -20.0 思远物理 频闪时间间隔0.05s x t 0 猜想：振动图象是一条正弦曲线。 思远物理 4、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？ 思远物理 （1）验证法:假定是正弦曲线，可用刻度尺测量它的振幅和周期，写出对应的表达式，然后在曲线中选小球的若干个位置，用刻度尺在图中测量它们的纵坐标(位移)，将每一个测量位移所对应的横坐标 (时间)代入正弦函数表达式求出函数值，比较函数值与测量值，如果相等，则这条曲线就是一条正弦曲线。 （2）拟合法：测量小球在各个位置的横坐标和纵坐标，把测量值输入计算机中，作出这条曲线，然后按照计算机提示用一个周期性函数拟合这条曲线，看一看弹簧振子的x-­t的关系是否可以用什么函数表示。 结论：弹簧振子的振动图像是一条正弦曲线。 思远物理 三、简谐运动 （1）定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象（x-t图象）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。 （2）特点：最简单、最基本的机械振动。 （3）物理意义：表示振动的质点在不同时刻偏离 平衡位置的位移，是位移随时间的变化规律。 思远物理 （4） ①任意时刻质点位移的大小和方向 ②任意时刻质点的振动方向：看下一时刻质点的位置，如图中a点，下一时刻离平衡位置更远，故a此刻向上振动． ③任意时刻质点的速度、加速度、位移的变化情况及大小比较：看下一时刻质点的位置，判断是远离还是靠近平衡位置．若远离平衡位置，则速度越来越小，加速度、位移越来越大．若靠近平衡位置，则速度越来越大，加速度、位移越来越小。 思远物理 (1)任意时刻质点位移大小和方向。如图甲 （4）图像获取信息 (2)任意时刻质点速度方向和大小． ①斜率k的正负表示速度V的正负 ②斜率k的绝对值表示速度V的大小 靠近平衡位置→x都减小,v增大，如b位置； 远离平衡位置→x都增大，v减小，如a位置； 思远物理 1、弹簧振子在t＝0到t＝4 s内