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 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 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(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。 弹簧振子 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。 理想模型： 1）小球看成质点 2）不计阻力 3）忽略弹簧的质量 4）弹簧始终在弹性限度内 图像获取方式 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（ 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。 纵向 简谐运动图像应用 1.任意时刻质点位移的大小和方向。如图甲，质点在、时刻的位移分别为和。 2.任意时刻质点的振动方向：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。 形形色色的弹簧振子 如图，振动物体可以沿水平方向振动，也可以沿竖直方向或倾斜方向振动，弹簧可以只有一个，也可以有多个。 O 弹簧原长 弹簧振子的位移、速度、加速度 A B A→O:位移⇘ 速度⇗ 加速度⇘ 要想了解振子运动的特点，就要知道它的位置随时间变化的关系，以小球的平衡位置为坐标原点O，沿振动方向建立坐标轴，规定水平向右为正方向，小球在平衡位置右边时位置坐标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，小球的位置坐标反映了小球相对于平衡位置处的位移，这样小球的位置时间图像就是小球的位移时间图像。 10 【例1】 一水平弹簧振子做简谐运动，则下列说法正确的是( 　) A. 若位移为负值，则速度一定为正值 B. 物体通过平衡位置时，速度为零 C. 物体每次通过平衡位置时，速度一定相同 D. 物体每次通过同一位置时，其速度不一定相同 答案:D 1.质点运动的位移x与时间t的关系如图，其中不属于机械振动的是(　) 答案:C 学以致用 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，用手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. 在弹簧处于原长时的位置 C. 在小球速度最大时的位置 D. 在小球原来静止时的位置 答案:CD 【例2】 一质点做简谐运动的图像如图，该质点在t=3.5 s时刻(　) A. 速度为正，加速度为正 B. 速度为负，加速度为负 C. 速度为负，加速度为正 D. 速度为正，加速度为负 答案:D 学以致用 2.下图为某物体做简谐运动的图像，下列说法正确的是(　　) A. 由P→Q 位移在增大 B. 由P→Q 速度在增大 C. 由M→N 速度是先减小后增大 D. 由M→N 位移始终减小 答案:A 4.(多选)下图是一质点做简谐运动的振动图像，下列说法正确的是(　) A. t1时刻质点正通过平衡位置向正方向运动 B. t2时刻质点的位移最大 C. t3时刻质点正通过平衡位置向正方向运动 D. 该图像是从平衡位置计时画出的 答案:BC 5.图甲为一弹簧振子的振动图像。图乙为弹簧振子的示意图，弹簧振子在F、G 之间运动，E是振动的平衡位置，规定向右的方向为正方向。试根据图像分析以下问题。 (1)如图乙，振子振动的起始位置是　　　　(选填 “E ” “F ” 或 “G ” )，从初始位置开始，振子向　　　　(选填 “左” 或 “右” )运动。  (2)图甲中的A、B、C、D点各对应图乙中振动过程中的哪个位置? A对应　　，B对应　　，C 对应　　，D 对应　　。 (3)在t=2 s时，振子的速度方向与t=0时速度方向　　　(选填 “相同” 或 “相反”)。  (4)振子在前4 s内的位移等于　　　　。  答案:(1)E　右　(2)G　E　F　E　 (3)相反　(4)0 $$