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

观察下图几个常见的运动，具有什么共同特点？ 小狗荡秋千的运动 钟摆来回摆动 特点: 上述物体总是在某一位置附近做往复性的运动。 蜜蜂翅膀的抖动 新课导入： 1 1.定义：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(mechanical vibration) ，简称振动。 2.特点： (1)有一个“中心位置”，也是振动 物体静止时的位置； (2)运动具有往复性。 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。 想一想：如图 ，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。弹簧的质量与小球相比可以忽略。小球运动时空气阻力很小，也可以忽略。弹簧未形变时，小球所受合力为 0，处于平衡位置O（equilibrium position）。把小球拉向右方，然后放开，它就在平衡位置附近运动起来。 小球的振动是机械振动吗？ 一、机械振动： 1.弹簧振子：我们把小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子(spring oscillator) ，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。 二、弹簧振子： 水平弹簧振子 竖直弹簧振子 二、弹簧振子： 5 3.平衡位置：振子原来静止时的位置．即：小球所受合力为0。 思考：平衡位置一定在弹簧原长处吗？ 二、弹簧振子： 二、弹簧振子： 4.弹簧振子的位移（振子在某时刻的位移）：由平衡位置指向振子在该时刻位置的有向线段．若规定振动质点在平衡位置右侧时位移为正，则它在平衡位置左侧时位移为负。 弹簧振子运动有何特点呢，你觉得怎样可以更加 形象直观的描述弹簧振子的运动呢？ 二、弹簧振子的位移——时间图像： 1、图象的建立：用横坐标表示物体运动的时间t，纵坐标表示振动物体运动过程中相对平衡位置的位移x，建立坐标系，如图． 2、怎样才能得到小球的位移与时间的关系图像？ t /s x 横向 纵向 方法一：毛笔描迹法 二、弹簧振子的位移——时间图像： 9 底片匀速运动方向 方法二：频闪照相法 二、弹簧振子的位移——时间图像： 方法三：用传感器和计算机描绘图像 11 思考与讨论： 从以上获得的弹簧振子的x-t图像可以看出，小球的位移与时间的关系似乎可以用正弦函数来表示。 那么我们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规律呢？ 三、简谐运动： 12 方法：正弦函数代入法 (1)假定所得曲线是正弦曲线，测量它的振幅和周期，写出对应的正弦函数表达式； (2)在图中选小球若干个位置，用刻度尺在图中测量纵坐标，将每个位移对应的振动时间代入表达式求出函数值， 比较这一函数值与测量值，看是否相等， 若可视为相等，则这条曲线就是正弦曲线。 三、简谐运动： 13 三、简谐运动： 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（x-t图像）是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。简谐运动是最基本的振动。 2.图象意义:表示振子不同时刻所在的位置或振子位移随时间的变化规律。 14 (1)任意时刻质点位移的大小和方向。如图甲所示，质点在t1、t2时刻的位移分别为x1和-x2。 3.图象应用: (2)任意时刻质点的振动方向:看下一时刻质点的位置,如图乙中a点,下一时刻离平衡位置更远,故a点此刻向上振动。图乙中b点,下一时刻离平衡位置更近,故b此刻向上振动。 (3)斜率：该时刻速度的大小和方向． 三、简谐运动： 4.简谐运动的规律 三、简谐运动： O到B B到O O到A A到O 时间 位移 加速度 速度 动能 弹性势能 (多选)下列运动中属于机械振动的是（　　） A．人趴在地上做俯卧撑 B．水塘里的芦苇在微风作用后的左右摆动 C．五星红旗迎风飘扬 D．钓鱼时浮标在水中的上下浮动 BD 17 如果质点的位移与时间关系遵从正弦函数规律，这样的运动叫做简谐运动。根据图中各图象可以判断出物体可能做简谐运动的是（　　） A．①② B．③④ C．①③ D．②④ C 18 B 19 B 20 D 21 如图甲所示，弹簧振子中小球运动的最左端M最右端N与平衡位置O间的距离为l，规定向右为正方向，其振动图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　） A．图乙中x0应为l B．0~t1时间内小球由M向O运动 C． 时间内小球由M向O运动 D． 内与 时间内小球运动方向相反 A 22 23 24 4.简谐运动的对称性 如图所示，物体在A与B间运动，O点为平衡位置，C和D两点关于O点对称，则有： (1)时间的对称：tOB＝tBO＝tOA＝tAO，tO