2.1 简谐运动（课件）-【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第一册）

主讲老师：陈庆威 第二章：机械振动 高中物理选择性必修第一册 新课引入 01. 人类生活在运动的世界里，机械运动是最常见的运动，在机械运动中，振动也很常见。琴弦的振动带给人们优美的音乐，地震则可能给人类带来巨大的灾难。本章我们将从最简单的振动开始，学习怎样描述振动，分析振动的特点。 新课引入 02. 科学是一种方法,它教导人们:一些事物是如何被了解的,不了解的还有些什么，对于了解的,现在了解到了什么程度…… ——费恩曼 第二章：第1节 简谐运动 高中物理选择性必修第一册 主讲老师：××× 目录 CONTENT 高中物理选择性必修第一册 弹簧振子 位移—时间图像 简谐运动 巩固提升 新课引入 01. 高中物理选择性必修第一册 秋千、钟摆的来回摆动，蜜蜂翅膀抖动……在生活中我们会观察到很多类似这样的运动。这些运动有没有共同点呢？ 钟摆来回摆动 机械振动 02. 高中物理选择性必修第一册 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。 观察发现: 上述物体总是在某一位置附近做往复性的运动。 2.特征： (1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置； (2)运动具有往复性。 问题与思考 03. 高中物理选择性必修第一册 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，静止在位置O。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？ 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。 弹簧振子 第一部分 弹簧振子 01. 高中物理选择性必修第一册 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。 两种常见的弹簧振子 02. 高中物理选择性必修第一册 水平弹簧振子 竖直弹簧振子 平衡位置 03. 高中物理选择性必修第一册 3.平衡位置（equilibrium position）： （1）位于平衡位置时，小球所受合力为0； （2）经过平衡位置时，小球速度最快。 振子原来静止时的位置． 弹簧振子的运动有什么特点和规律呢？ 弹簧振子的位移—时间图像 第二部分 研究方法 01. 高中物理选择性必修第一册 我们以小球的平衡位置为坐标原点O，沿着它的振动方向建立坐标轴，规定水平向右为正方向。小球在平衡位置的右边时它的位置坐标x为正，在左边时位置坐标x为负，这样描述小球的位置既方便，又突出了小球位置变化的特点。 弹簧振子的位移 02. 高中物理选择性必修第一册 1.振子在某时刻的位移：从平衡位置指向振子在该时刻位置的有向线段； 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． 指通常说法中的振子的位移 高中物理选择性必修第一册 3.振子在某时刻的位移与在某段时间内的位移的区别：振子在某时刻的位移方向总是背离平衡位置．如图所示，振子在AA′之间振动，O为平衡位置，t1时刻振子在M点的位移为xM，t2时刻振子在N点的位移为xN，而振子在Δt＝t2－t1时间内的位移为xMN，方向如右图所示． 字母x具有双重含义：它既表示小球的位置(坐标)，又表示振子在某时刻的位移. 弹簧振子的位移 03. 弹簧振子的位移——时间图像 04. 高中物理选择性必修第一册 图像的建立：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． t/s x 横向 纵向 怎样才能得到小球位移与时间的关系？ 高中物理选择性必修第一册 ①频闪照相 图像获取方式 05. 底片匀速运动方向 高中物理选择性必修第一册 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。 ②描点法绘制图像 图像获取方式 06. 图像获取方式 05. 高中物理选择性必修第一册 底片匀速运动方向 ①频闪照相 弹簧振子的位移——时间图像 04. 高中物理选择性必修第一册 问题与思考 11. 高中物理选择性必修第一册 弹簧振子有多种表现形式，对于不同的弹簧振子，在平衡位置处，弹簧不一定处于原长(如竖直放置的弹簧振子)，但运动方向上的合外力一定为零，速度也一定最大。 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。是不是这样呢? 简谐运动 第三部分 思考与讨论 01. 高中物理选择性必修第一册 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的规律? 判断正弦曲线的方法 02. 高中物理选择性必修第一册 假定图像为正弦曲线，测量它的振幅与周期，写出正弦函数表达式。 方法一：假设法 注意：表达式计时开始位移为0，随后位移增加并为正；将每一个位移对应的振动时间（测量值）数值代入表达式求出函数值，比较测量值与函数值是否相等，若可视相等，则为正弦曲线。 高中物理选择性必修第一册 判断正弦曲线的方法 03. 如图，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，作出这条曲线，看一看小球的位移—时间关系是否可以用正弦函数表示。 方法二：拟合法 通过仔细分析会发现，图示小球位移与时间的关系是正弦函数关系。 简谐运动 04. 高中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。 简谐运动图像应用 05. 高中物理选择性必修第一册 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。 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． 总结提升 第四部分 课堂小结 高中物理选择性必修第一册 简谐运动 机械振动 弹簧振子 弹簧振子的 位移—时间图像 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。 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。 简谐运动是最简单、最基本的振动，其振动过程关于平衡位置对称，是一种往复运动。 例题1 例题精选 01. 【参考答案】ACD 高中物理选择性必修第一册 （多选）下列运动中属于机械振动的是（    ） A．树枝在风的作用下运动 B．竖直向上抛出的物体的运动 C．说话时声带的运动 D．爆炸声引起窗扇的运动 例题2 例题精选 02. 【参考答案】C 高中物理选择性必修第一册 关于简谐运动的理解，下列说法中正确的是（　　） A．简谐运动是匀变速运动 B．周期越大，说明物体做简谐运动越快 C．位移减小时，加速度减小，速度增大 D．位移的方向总跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同 例题3 例题精选 03. 【参考答案】B 高中物理选择性必修第一册 一水平的弹簧振子，以平衡位置O点为中心，在A、B两点间做简谐运动，则（    ） A．振子在O点时速度和加速度都达到最大 B．振子的速度减小时，位移增大 C．振子的加速度减小时，速度一定变小 D．振子的速度方向与加速度方向一定相反 例题4 例题精选 04. 【参考答案】AB 高中物理选择性必修第一册 （多选）弹簧振子以点O为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动。取向右为正方向，振子的位移x随时间t的变化如图所示，下列说法正确的是（　　） A．时，振子的速度方向向左 B．时振子正在做加速度增大的减速运动 C．和时，振子的加速度完全相同 D．到的时间内，振子的速度逐渐减小 解析 例题精选 05. 高中物理选择性必修第一册 A．从振子的位移—时间图像可以看出，时，振子经过平衡位置向负方向运动，取向右为正方向，所以振子速度方向向左，故A正确。 B．时，振子处在从平衡位置向右侧最大位移处运动的过程中，离平衡位置越远，加速度越大，振子做的是加速度增大的减速运动，故B正确。 C．时，振子处在正向最大位移处，加速度向左，时，振子处在负向最大位移处，加速度向右，虽然两个位置加速度大小相等，但方向相反，故C错误。D．到的时间内，振子从正向最大位移处向平衡位置运动，振子速度逐渐增大，故D错误。故选AB。 THANKS cqw (c) - Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$