2.1 简谐运动（课件PPT)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

第二章　机械振动 第1节　简谐运动 课件使用说明 本课件使用Office2016制作，请使用相应软件打开并使用。 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑。 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验。 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题。 [学习目标] 1. 了解什么是机械振动，知道什么是弹簧振子，理解振 动的平衡位置和位移（物理观念）.2.通过对简谐运动图像的 绘制，认识简谐运动的特点，并能用来分析有关问题（科学思 维）. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课前·教材预案 课堂·深度探究 课末·随堂演练 课时作业（十） 1. 机械振动：物体或物体的一部分在一个位置附近的 ⁠ 运动称为机械振动，简称振动. 注意：机械振动是机械运动的一种. 往 复　 课前　教材预案 知识点1　弹簧振子 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. 弹簧振子 如图所示，如果球与杆之间的 可以忽略，小球运动时 的 可以忽略，且 的质量与 ⁠的质 量相比也可以忽略，那么我们把小球和弹簧组成的 ⁠称 为弹簧振子. 3. 平衡位置：小球不运动时，所受合力为 的位置. 摩擦　 空气阻力　 弹簧　 小球　 系统　 0　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 图像的绘制：用横坐标表示振子运动的 ，纵坐标 表示振子离开 位置的位移x，描绘出的图像就是 ⁠ 随 变化的图像，即x－t图像，如图所示. 时间t　 平衡　 位 移　 时间　 知识点2　弹簧振子的位移—时间图像 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. 图像的物理意义：反映了振子位置（或振子相对平衡位置 的位移）随时间变化的规律，它 （选填“是”或“不 是”）振子的运动轨迹. 注意：振子的位移是指振子相对平衡位置的位移. 不是　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 定义：如果物体的位移与时间的关系遵从 ⁠函数的 规律，即它的振动图像（x－t图像）是一条 曲线，这 样的振动是一种简谐运动. 2. 特点：简谐运动是最 的振动.弹簧振子的运动就 是 运动. 正弦　 正弦　 基本　 简谐　 知识点3　简谐运动 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. 简谐运动的图像 （1）描述振动物体的 随时间的变化规律. （2）简谐运动的图像是 曲线，从图像上可直接看出 不同时刻振动质点的 ⁠大小和方向以及速度大小和方向 的变化趋势. 位移　 正弦　 位移　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 判断下列说法的正误. （1）乒乓球在地面上的上下运动是一种机械振动. （　×　） （2）弹奏吉他时琴弦的运动是机械振动. （　√　） （3）机械振动是匀变速直线运动. （　×　） （4）平衡位置即为速度为零的位置. （　×　） × √ × × 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. 如图所示的弹簧振子，O点为它的平衡位置，当小球从A点 运动到C点时，小球离开平衡位置的位移是 （选填 “OC”“AC”或“CO”），从A点直接运动到C点的过程 中，小球位移变 （选填“小”或“大”），速度 变 （选填“小”或“大”）. OC　 小　 大　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【情境导学】如图所示的装置，把小球向右拉到B点后释放， 可以观察到小球左右运动了一段时间，最终停止运动.小球的 运动具有什么特点？为什么小球最终停止运动？ 答案：小球的运动具有往复性.小球因为受到阻力的作用最终 停止运动. 课堂　深度探究 考点1　对弹簧振子的理解 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 振动系统看成弹簧振子的条件 （1）弹簧为轻质弹簧，不计弹簧的质量，可认为质量集中于 小球. （2）不计摩擦阻力和空气阻力. （3）小球从平衡位置被拉开的距离在弹簧弹性限度内. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. 弹簧振子的振动分析 （1）位移及其变化 位移指相对平衡位置的位移，由平衡位置指向小球所在的位 置.当小球从平衡位置向最大位移处运动时，位移增大；反 之，位移减小. （2）速度及其变化 小球在平衡位置处速度最大，在最大位移处速度为零.小球由 平衡位置向最大位移处运动时，速度减小；反之，速度增大. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （3）涉及加速度变化的图像问题 不论是水平弹簧振子还是竖直弹簧振子，均满足：在平衡位置 处所受的合力为零，加速度为零；而在最大位移处所受的合力 最大，加速度最大. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. 弹簧振子运动过程中的对称性 举例：如图所示，物体在A与B之间运动，O点为平衡位置，C 和D两点关于O点对称. 时间的 对称 tOB＝tBO＝tOA＝tAO，tOD＝tDO＝tOC＝tCO，tDB＝tBD ＝tAC＝tCA 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 速度的 对称 ①除最大位移处外物体连续两次经过同一点（如D 点）的速度大小相等，方向相反 ②物体经过关于O点对称的两点（如C点与D点）的 速度大小相等，方向可能相同，也可能相反 位移和 加速度 的对称 ①物体经过同一点（如C点）时，位移和加速度均 相同 ②物体经过关于O点对称的两点（如C点与D点） 时，位移与加速度均大小相等，方向相反 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 动能、 势能、 机械能 的对称 ①物体经过同一点（如D点）时的动能、势能、 机械能均相等 ②物体经过关于O点对称的两点（如C点与D点） 时的动能、势能、机械能均相等 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题1】（多选）如图所示的弹簧振子，O点为它的平衡位 置，关于振子的运动，下列说法正确的是（　　） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 A. 振子从A点运动到C点时位移大小为 ，方向向右 B. 振子从C点运动到A点时位移大小为 ，方向向右 C. 振子从A点运动到C点的过程中，速度在增大，加速度在减 小 D. 振子从A点运动到O点的过程中，速度先增大后减小，加速 度先减小后增大 思维导引：（1）不管振子初始时刻位置在哪一点，振动中的 位移都是从平衡位置指向振子所在的位置.（2）振子向平衡位 置移动时，位移减小，加速度减小，速度增大. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 答案：AC　 解析：振子从A点运动到C点时的位移是以O点为起点，C点为 终点，故大小为，方向向右，选项A正确；振子从C点运动 到A点时位移是以O点为起点，A点为终点，故大小为，方 向向右，选项B错误；振子的合外力为弹簧的弹力，振子从A 点运动到C点的过程和从A点运动到O点的过程中，弹力都在减 小，故加速度都在减小，速度方向与加速度方向相同，故速度 在增大，选项C正确，D错误. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式1】（多选）弹簧上端固定在O点，下端连接一小球，组 成一个振动系统，如图所示，用手竖直向下拉一小段距离后释 放小球，小球便上下振动起来，关于小球的平衡位置，下列说 法正确的是（　　） A. 在小球运动的最低点 B. 在弹簧处于原长的位置 C. 在小球速度最大的位置 D. 在小球原来静止的位置 答案：CD　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：平衡位置是振动系统不振动、小球处于平衡状态时所处 的位置，可知在该位置小球所受的重力大小与弹簧的弹力大小 相等，即mg＝kx，则小球原来静止的位置是小球的平衡位 置，选项D正确，A、B错误；当小球在振动过程中经过平衡位 置时，其加速度为零，速度最大，选项C正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 考点2　对简谐运动及其图像的理解 【情境导学】如图甲所示，在弹簧振子的小球上固定安置一记 录用的铅笔P，在下面放一条白纸带，铅笔可在纸上留下痕迹. 　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 图乙为弹簧振子振动时位移与时间的图像，试分析t1和t2时刻小 球分别位于哪个位置？该图像有什么特点？是否描述的是小球 运动的轨迹？ 答案：t1时刻小球位于正向最大位移处，t2时刻小球位于平衡位 置.弹簧振子的位移与时间的图像是正弦图像，它反映了小球 位移随时间的变化关系，并不是小球的运动轨迹. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 由简谐运动的图像获取的信息 （1）某一时刻质点的位移大小和方向 如图所示，质点在t1、t2时刻的位移分别为x1和－x2. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）某一时刻质点的运动方向根据下一时刻质点的位移确定 运动方向，如图中的a点，下一时刻质点离平衡位置更远，故a 点对应时刻质点向正方向远离平衡位置运动. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （3）质点的速度、位移的变化情况 ①根据下一时刻质点的位移，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，位移越来越大；若靠近平 衡位置，则速度越来越大，位移越来越小. ②根据斜率判断速度的大小和方向.斜率越大，则速度越大， 斜率越小，则速度越小；斜率为正，则速度沿所选的正方向， 斜率为负，则速度沿负方向. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题2】（多选）一质点做简谐运动的振动图像如图所示， 质点的速度与加速度方向相同的时间段是（　　） A. 0～0.3 s B. 0.3～0.6 s C. 0.6～0.9 s D. 0.9～1.2 s 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 思维导引：（1）振动图像中，任意时刻质点速度方向的判断 要结合下一时刻质点的位置来判断.（2）任意时刻质点加速度 的方向由质点所在位置指向平衡位置. 答案：BD　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：在0～0.3 s时间内，质点的速度沿正方向，加速度方向 与位移方向相反，沿负方向，则速度方向与加速度方向相反， 选项A错误；在0.3～0.6 s时间内，质点的速度和加速度方向 均沿负方向，两者方向相同，选项B正确；在0.6～0.9 s时间 内，质点的速度沿负方向，加速度方向沿正方向，两者方向相 反，选项C错误；在0.9～1.2 s时间内，质点的速度和加速度 均沿正方向，两者方向相同，选项D正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式2】（多选）如图甲所示为以O点为平衡位置，在A、B 两点间做简谐运动的弹簧振子，图乙为这个弹簧振子的振动图 像，由图可知下列说法正确的是（　　） 　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 A. 在t＝0.2 s时，小球的加速度为正向最大 B. 在t＝0.1 s与t＝0.3 s两个时刻，小球在同一位置 C. 从t＝0到t＝0.2 s时间内，小球做加速度增大的减速运动 D. 在t＝0.6 s时，小球有最小的位移 答案：BC　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：在t＝0.2 s时，小球的位移为正向最大，加速度为负向 最大，选项A错误；在t＝0.1 s与t＝0.3 s两个时刻，小球的位 移相同，说明小球在同一位置，选项B正确；从t＝0到t＝0.2 s 时间内，小球的位移增大，加速度增大，速度减小，所以小球 做加速度增大的减速运动，选项C正确；在t＝0.6 s时，小球的 位移为负向最大，选项D错误. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. （对简谐运动的理解）关于简谐运动，下列说法正确的是 （　　） A. 简谐运动一定是水平方向的运动 B. 所有的振动都可以看作简谐运动 C. 物体做简谐运动时一定可以得到正弦曲线形的轨迹线 D. 只要振动图像是正弦曲线，物体就一定做简谐运动 答案：D　 课末　随堂演练 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：物体的简谐运动并不一定只在水平方向发生，各个方向 都有可能发生，选项A错误；简谐运动是最简单的振动，选项 B错误；物体做简谐运动的轨迹线并不是正弦曲线，选项C错 误；若物体振动的图像是正弦曲线，则该物体一定是做简谐运 动，选项D正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. （对弹簧振子的理解）（多选）如图所示，弹簧下端悬挂 一钢球，上端固定在天花板上，它们组成一个振动的系统.开 始时钢球静止，现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3cm D. 钢球振动到距原静止位置上方2 cm处时位移为2 cm 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 答案：BC　 解析：钢球的平衡位置为钢球开始时静止时的位置，选项A错 误，B正确；钢球的位移为从平衡位置指向某时刻钢球所在位 置的有向线段，竖直向下为正方向，选项C正确，D错误. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. （弹簧振子的图像）一个弹簧振子沿x轴做简谐运动，取平 衡位置O为坐标原点.从某时刻开始计时，经过四分之一周期， 小球具有沿x轴正方向的最大加速度.下列各图中能正确反映小 球位移x与时间t关系的是（　　） A B C D 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 答案：A　 解析：根据简谐运动的特征可知，经过四分之一周期，小球具 有沿x轴正方向的最大加速度，则此时小球的位移为负向最 大，选项A正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 4. （弹簧振子的图像）一个弹簧振子经过平衡位置O，在A、 B两点间做简谐运动，如图甲所示，它的运动图像如图乙所示. 设向右为正方向，则： （1）OB＝ 　　cm. 解析：（1）从题图甲中可看出OB＝5 cm. 答案：（1）5 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）0.2 s末，振子的速度方向是 　　　　　. 解析：（2）根据正方向的规定及振动图像知，振子从B点开始计时，0.2 s末，振子回到平衡位置O，向负方向运动，所以此时速度方向由O点指向A点. 答案：（2） O点指向A点 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （3）0.4 s末，振子的加速度方向是 　　. （4）0.7 s时，振子的位置在 　　点与 　　点之间. 解析：（3）0.4 s末振子到达A点，位移为负，弹力应为正，此时加速度方向由A点指向O点. 答案：（3） A点指向O点 解析：（4）0.7 s时，位移为正，振子在O点与B点之间. 答案：（4）O　B 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（5）从题图乙中可读出振子从O点经B点到A点所需时间t＝3×0.2 s＝0.6 s. 答案：（5）0.6 （5）振子从O点经B点运动到A点所需时间t＝ 　　s. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课时作业（十） （建议用时：40分钟） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课时作业（十） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 $$