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 节 1 简谐运动 高中物理 选择性必修一 第二章 杨孝波 1 课堂引入 漫步日记 ： 左右摆动 上下浮动 微微振动 3月23日，天气 ，心情 生活中还有很多类似的运动，比如秋千来回摆动，扁担下物体的上下颤动，蜜蜂翅膀上下抖动……这些运动的共同点是什么? 围绕着“中心”位置“往复”运动 对称性 周期性 问题：这些属于什么运动？ 课堂引入 观察与思考 1.定义： ①周期性：振动具有往复性。 一、机械振动—定义 秋千来回摆动是曲线，浮标上下浮动是直线。 ②平衡位置：原来静止时的位置，此位置振动方向上合力为零。 ③振动的轨迹：可能是直线，也可能是曲线。 任务一:认识机械振动 2.特点： 我们把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。 例1：(多选)下列几种运动属于机械振动的是(　 　) A．乒乓球在地面上的上下运动 B．地震时左右摇晃的楼房 C．秋千在空中来回运动 D．浮于水面上的圆柱形玻璃瓶上下振动 BCD 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，A错误，BCD正确． 一、机械振动—例题 任务一:认识机械振动 对于机械振动，你想研究哪些内容？ 任务二:机械振动中的位移—时间关系 一、机械振动 我们发现小球与弹簧组成的系统的运动符合机械振动的特征，属于机械振动。 一、机械振动 模型建构：把一个有小孔的小球连接在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球套在光滑的杆上，能够自由滑动。 二、弹簧振子—建模 小球的振动是机械振动吗？ 1.弹簧振子：我们把小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子，有时也简称为振子。 2.理想模型： （2）不计阻力； （3）忽略弹簧的质量； （1）小球看成质点； （4）弹簧始终在弹性限度内。 O 二、弹簧振子—建模 1.弹簧振子一定都在水平方向振动吗？ 不一定，例如竖直悬挂的弹簧振子、光滑斜面上的弹簧振子等。 O:平衡位置 2.弹簧振子的平衡位置一定在弹簧的原长位置吗？ 不一定。如小球上下振动时，其振动的平衡位置不在弹簧的原长位置，而是在弹力与重力的合力为零的位置。 二、弹簧振子—思考 问题：有了弹簧振子模型，有什么方法可 以描述其位移—时间关系？ 1.建立坐标系： 坐标原点O－平衡位置 横坐标－振动时间 纵坐标－振子偏离平衡位置的位置（位移） 记录时注意规定正方向 x t 怎样才能得到小球位移—时间图像？ 三、弹簧振子的位移—时间图像：建立坐标系 图像法 O 方法示例：手动描图法 以小球的平衡位置为坐标原点，规定以竖直向上为正方向（水平振动时，一般以右为正），横轴为时间 t，纵轴为位移 x。在坐标系中标出各时刻小球球心的位移，用曲线将其连接在一起，得到振动图像，如图所示： 三、弹簧振子的位移—时间图：图像获取 三、弹簧振子的位移—时间图：图像获取 轨道固定装置 弹簧振子 位置记录 13 三、弹簧振子的位移—时间图：图像获取 14 三、弹簧振子的位移—时间图：图像获取 图像分析 【提示】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。 思考讨论：图中画出的小球运动x-t图像有怎样的特点呢？ 问题：如何确定弹簧振子中小球的位移与时间的关系是 否遵循正弦函数的规律？ O 三、弹簧振子的位移—时间图：图像获取 x t 方法一：验证法，假定是正弦曲线，利用正弦函数的表达式计算不同时间的位移，再与测量位移比较。 方法二：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，看是否是正弦函数。 结论：弹簧振子的振动图像是一条正弦曲线。 四、简谐运动—验证方法 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（xt 图像）是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。 2.图像意义: 简谐运动一定是机械振动、机械振动不一定是简谐运动。 3.运动性质：不是匀变速运动，是变力作用下的变速运动 四、简谐运动—定义 任务三:理解简谐运动 表示一个振子不同时刻所在的位置或者一个振子位移随时间的变化规律 4.运动规律： 请结合图像分析简谐运动的振子的位移、速度、加速度并填写表格。  · 平衡位置O O→M M M→O O→M′ M′ M′→O 位移x ___ 增大 ____ 减小 ____ ____ ____ 速度v 最大 _____ ___ ____ ____ 0 增大 加速度a ___ 增大 最大 _____ 增大 ____ _____ 0 最大 增大 最大 减小 减小 0