2.1简谐运动 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

2.1简谐运动 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 在某一位置附近做往复性的运动。 一、机械振动 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 ，简称振动。 2.特征： (1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置； (2)轨迹：可能是直线，也可能是曲线 ⑶运动具有往复性。 你能举出生活中，机械振动的其他例子吗？ O点为平衡位置 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，有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子。 O点为平衡位置： 物体原来静止时的位置 2.条件: （1）忽略摩擦力等各种阻力； （2）小球看成质点； （3）忽略弹簧质量; （4）弹簧始终在弹性限度内。 理想模型 3.平衡位置： 不一定。 竖直弹簧振子 物体原来静止时的位置或振动速度最大的位置 拓展思考： 弹簧振子的平衡位置一定在弹簧的原长位置吗？ 1. 可以用哪些物理量来描述小球的运动？ 位移x 、速度v 、加速度a 物体未振动时，静止不动的位置 或振动时速度最大的位置 2. 平衡位置： o x 以平衡位置为坐标原点O， 规定向右为正方向。 o x o x 3. 小球的位移： 位移x都是指相对于平衡位置的位移，即由平衡位置指向振子位置的有向线段。 O点右边位移为正；O点左边位移为负。 右边 左边 三、弹簧振子位移—时间图像 1、弹簧振子的位移 1）振子在某时刻的位移：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。 2）振子在某段时间内的位移：由初位置指向末位置的有向线段。 O→M: M→O: O→M´: M´→O: x的大小增大，方向始终向右。 x的大小减小，方向始终向右。 x的大小增大，方向始终向左。 x的大小减小，方向始终向左。 三、弹簧振子位移—时间图像 2)图像的获取方式 方法一：手动描图法 以小球的平衡位置为坐标原点，规定水平向右为正方向，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、弹簧振子位移—时间图像 2)图像的获取方式 方法二：描图记录法 三、弹簧振子位移—时间图像 2)图像的获取方式 方法三：频闪照相法 频闪仪每隔0.05s 闪光一次，闪光的瞬间振子被照亮，因此在底片上留下了小球和弹簧的一系列的像。 把这些照片先后一帧一帧向右平铺排列，可以在同一个画面上看到钢球在各个不同时刻的位置。 o 点击小球 竖直弹簧振子 四、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。 从图像上可以获取哪些信息？ 2图像信息： ① 横坐标 —— 时间（周期） ② 纵坐标 —— 位移和路程 ③ 斜率 —— 速度 ④ 平衡位置 —— 位移为0，速度最大 ⑤ 最大位移处 —— 位移最大，速度为0 (1)位移：方向始终背离平衡位置，每经过平衡位置位移方向发生改变； 远离平衡位置时位移增大，靠近平衡位置时位移减小。 (2)速度：每经过最大距离处速度方向发生改变 远离平衡位置（位移增大）时速度方向和位移方向相同， 靠近平衡位置（位移减小）时速度方向和位移方向相反。 分析弹簧振子与振动图像的对应关系 A B C D E F G H I J K L M 左图O点对应右图的 左图M点对应右图的 左图O-M 过程对应右图的 左图M-M’过程对应右图的 设向右为正方向 右图C点对应左图的 右图E-F 对应左图的 OBDFHJL AEIM OA DE HI LM AC EG IK M到O 四、简谐运动 任意时刻质点的速度、位移的变化情况及大小比较：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，如图乙中b，从正位移向着平衡位置运动，则速度为负且增大，位移正在减小，c从负位移远离平衡位置运动，则速度为负且减小，位移正在增大。 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此刻向上振动。 对称性： 关于平衡位置对称的两点 位移大小相等，方向相反 速度大小相等，方向可同可反 时间对称 1.如图所示是表示一质点做简谐运动的图象，下列说法正确的是 (　 ) A.该图象是从平衡位置开始计时画出的 B.t1时刻振子正通过平衡位置向正方向运动 C.t2时刻振子的位移最大 D.t3时刻振子正通过平衡位置向正方向运动 CD 某质点做简谐运动的振动图像如图所示,根据图像中的信息,回答下列问题: (1)质点在第1.5 s末的位移? (2)质点振动过程中的最大位移为多少? (3)在前2 s内,质点经过的路程为多少? [答案] (1)-5 cm　(2)5 cm　(3)20 cm 练习1(多选)如图甲所示,一弹簧振子在A、B间振动,取向右为正方向,振子经过O点时开始计时,其振动的x-t图像如图乙所示。则下列说法正确的是(　　) A.t2时刻振子在A点 B.t2时刻振子在B点 C.在t1~t2时间内,振子的位移在增大 D.在t3~t4时间内,振子的位移在减小 答案:AC 简谐运动 弹簧振子 弹簧振子的位移—时间图像 简谐运动 弹簧振子的振动 理想化模型 得到位移—时间图像的方法 如何证实振动图像为正弦曲线 简谐运动的定义 Lavf58.29.100 $$