2.1 简谐运动-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

1．简谐运动 【学习目标】 学科知识 学科能力 学科素养 1.对弹簧振子的理解 2.简谐运动及其图像 1.知道什么是弹簧振子，知道振子的平衡位置和位移的概念 2.知道简谐运动的位移—时间图像的物理意义，知道其图像是一条正弦曲3.经历对简谐运动特征的探究过程，加深领悟用图像描述运动的方法线 知道简谐运动的产生条件及其规律；根据简谐运动的位移—时间图像分析振子的位移和速度的变化情况；通过对比振子和匀速直线运动物体的位移—时间图像，弄清图像的物理意义及应用 知识点一　弹簧振子 图甲所示为正在荡秋千的儿童，图乙所示为正在使用中的摆钟，图丙所示为用弹簧悬挂的小球正在上下运动。 (1)上述情境中儿童、摆锤、小球的运动中有什么共同点？ (2)这种运动属于什么运动？ 提示：(1)都在某个位置附近做往复运动。 (2)机械振动。 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。 2. 弹簧振子：如图所示，小球套在光滑的杆上，能够自由滑动；弹簧的质量与小球相比可以忽略，小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子，简称为振子。 3．平衡位置：弹簧振子的小球所受合力为0的位置。 4．弹簧振子的位移：以小球的平衡位置为坐标原点，正向一侧位移为正、负向一侧位移为负。 1．关于机械振动的位移和平衡位置，以下说法中正确的是( ) A．平衡位置就是物体振动范围的中心位置 B．机械振动的位移总是以平衡位置为起点的位移 C．机械振动的物体运动的路程越大，发生的位移也就越大 D．机械振动的位移是指振动物体偏离平衡位置最远时的位移 B　[平衡位置是物体静止时所处的位置，所以应与受力有关、与是否为振动范围的中心位置无关，所以A错误；振动位移是以平衡位置为初始点，到振动物体所在位置的有向线段，振动位移随时间而变化，振动物体偏离平衡位置最远时，振动位移最大，选项B正确，D错误；振动物体的位移与运动的路程没有关系，C错误。] 2．如图所示的一弹簧振子，设向右为正方向，O为平衡位置，则下列过程中对于各量的描述正确的是( ) 学生用书↓第39页 A.A→O时，位移为负，速度为正，加速度增大 B．O→B时，位移为正，加速度为负，加速度增大 C．B→O时，位移为负，速度为正，速度增大 D．O→A时，位移为负，加速度为正，速度增大 C　[位移方向是从平衡位置指向振子所在位置的有向线段；加速度方向总是指向平衡位置；而速度方向要具体看弹簧振子的运动以及正方向的规定。规定向右为正方向，A→O或O→B速度为负，O→A或B→O速度为正；在A→O、B→O的过程中速度是增大的，加速度是减小的；在O→A、O→B的过程中速度是减小的，加速度是增大的。故选C。] 3. (多选)如图所示，弹簧下端悬挂一钢球，上端固定，它们组成一个振动的系统，用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动起来，若以竖直向下为正方向，下列说法正确的是( ) A．钢球运动所能达到的最低处为平衡位置 B．钢球原来静止时的位置为平衡位置 C．钢球振动到距原静止位置下方3 cm处时位移为3 cm D．钢球振动到距原静止位置上方2 cm处时位移为2 cm BC　[振子平衡位置的定义为振子原来静止时的位置，故A错误，B正确；振子的位移为从平衡位置指向某时刻所在位置的有向线段，根据题意可判断C正确，D错误。] 对弹簧振子的理解 1．弹簧振子是一种理想化模型 (1)质量：弹簧的质量比小球的质量小得多。 (2)体积：小球体积很小，可当成质点处理。 (3)阻力：忽略一切摩擦及阻力作用。 (4)弹性限度：小球的振动范围在弹簧的弹性限度内。 2．对平衡位置的理解 (1)意义： ①振子静止不动时的位置； ②振子振动过程中合力为零时的位置。 (2)确定： ①水平弹簧振子的平衡位置在弹簧的原长位置； ②竖直弹簧振子的平衡位置在弹力与重力平衡的位置。 (3)特点：振动过程中振子经过平衡位置时速度最大、加速度为零。 知识点二　弹簧振子的位移—时间图像 如图在水平方向固定劲度系数较小的弹簧振子，在弹簧振子上安装一支绘图笔，使其在纸带上记录下振子的运动情况，在与振子振动垂直方向上安装可运动的木板，并在木板上贴上白纸，先让振子静止，记录振动的平衡位置O。然后让振子振动起来。 (1)木板保持不动，绘图笔记录下的图线特点； (2)匀速拉动木板，绘图笔记录下的图线特点。 提示：(1)木板不动时，绘图笔记录下的是一条线段。 (2)匀速拉动木板时，绘图笔记录下的是正弦(或余弦)曲线，如图所示。 1.建立坐标系：以小球的平衡位置为坐标原点，沿振动方向建立坐标轴。规定小球在平衡位置右边时，位移为正，在平衡位置左边时，位移为负。 2. 图像绘制：选取小球平衡位置为坐标原点，建立如图所示的坐标系，横轴和纵轴分别表示时间t