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

简谐运动 年 级：高二年级 学 科：高中物理（人教版） 学习目标： 1.知道机械振动。 2.会用理想化方法构建弹簧振子模型。 3.能证明弹簧振子的位移-时间图像是正弦曲线。 4.会用图像描述简谐运动。 任务一：认识机械振动 秋千的运动 钟摆的运动 镲片的运动 问题1：下面三个物体的运动有什么共同点？ 共同点：物体在某位置附近做周期性往复运动。 任务一：认识机械振动 1.定义：我们把物体（或物体的一部分）在一个位置附近做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)运动具有往复性。 问题2：根据共同点如何对类似的运动下定义？ 任务二：构建弹簧振子模型 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，小球放在水平面上，或者放在竖直平面内，拉动小球，然后静止释放，发现小球能够往返运动。 我们先找个代表出来看看： 问题1：实际小球会逐渐停下来，怎样才能持续运动？ 忽略摩擦阻力 任务二：构建弹簧振子模型 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，小球放在水平面上，或者放在竖直平面内，拉动小球，然后静止释放，发现小球能够往返运动。 我们先找个代表出来看看： 问题2：为了方便研究，还可以忽略哪些次要因素？ 忽略小球的形状和大小；忽略弹簧的质量。 任务二：构建弹簧振子模型 1.定义：小球和弹簧所组成的系统称做弹簧振子，简称振子。 理想化模型 2.平衡位置：振子原来静止时的位置。 问题：弹簧振子的平衡位置一定在弹簧的原长位置吗？ 振子的平衡位置不一定在弹簧原长位置，但振子在平衡位置所受的合力为零。 任务三：探究弹簧振子位移与时间的关系 思考：观察振子的振动，我们如何寻找弹簧振子位移与时间的关系？ 问题1：如何确定小球的位置和位移？ o x 建立一维坐标系，将平衡位置作为坐标原点，并规定向右为正方向。 选不同的位置为运动起点，振子运动到同一位置将会有不同的位移，为了研究方便，将平衡位置固定为初位置，那么，振子运动的位移就是相对平衡位置的位移，即质点在某一时刻的位置坐标。 任务三：探究弹簧振子位移与时间的关系 思考：观察振子的振动，我们如何寻找弹簧振子位移与时间的关系？ 问题2：振子具有往复性，如何解决振子运动到同一位置对应许多不同的时刻？ o x 将振子的往复运动进行“空间展开”，建立二维坐标系。 任务三：探究弹簧振子位移与时间的关系 方案一、利用频闪照相获取位移-时间图像 频闪仪每隔0.05 s闪光一次，闪光的瞬间振子被照亮，从而得到闪光时小球的位置，相邻两个位置之间的时间相隔为0.05 s。拍摄时底片从下向上匀速运动，因此在底片上留下了小球和弹簧的一系列的像。 任务三：探究弹簧振子位移与时间的关系 建立坐标系: 坐标原点O－－平衡位置 横坐标t－－振动时间 纵坐标x－－振子偏离平衡位置的位移 方案一、利用频闪照相获取位移-时间图像 任务三：探究弹簧振子位移与时间的关系 方案二、用手机连拍绘制竖直方向弹簧振子的位移-时间图像 任务三：探究弹簧振子位移与时间的关系 方案二、用手机连拍绘制竖直方向弹簧振子的位移-时间图像 任务三：探究弹簧振子位移与时间的关系 方案三、用传感器绘制竖直方向弹簧振子的位移-时间图像 任务三：探究弹簧振子位移与时间的关系 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？ 任务三：探究弹簧振子位移与时间的关系 方法一：验证法 1.假定所得曲线是正弦曲线，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。 任务三：探究弹簧振子位移与时间的关系 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，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。通过仔细分析会发现，小球位移与时间的关系是正弦函数关系。 任务四：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:表示振子不同时刻所在的位置或者振子位移随时间的变化规律。 思考：简谐运动的位移-时间图像是不是质点的轨迹？请说明理由。 任务四：简谐运动 3.位移与速度关系： 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。 祝同学们学习愉快 Lavf59.32.100 Lavf58.29.100 Lavf59.32.100 Lavf59.32.100 $$