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

第2章 机械振动 第1节 简谐运动 汇报人： 往复摆荡的秋千 往复运动的钟摆 这些物体的运动有什么共同特点? 如何研究这类运动呢? 新知导入 作者编号：43999 会用能量守恒的观点分析弹簧振子中动能、势能、总能量的变化规律 掌握简谐运动的定义,会根据回复力的特点判断物体是否做简谐运动 知道机械振动、平衡位置、弹簧振子的概念 03 02 会用动力学的方法分析简谐运动中位移、速度、回复力和加速度的变化规律 01 04 学习目标 作者编号：43999 3 一、机械振动 1.定义：物体(或物体的某一部分)在某一位置附近的 运动称为机械振动，简称振动。 2.平衡位置：物体原来静止时的位置，即上述定义中的“某一位置”。 往复 平衡位置 新知学习 作者编号：43999 总之，只要琴弦偏离平衡位置，它总会受到指向平衡位置的弹力。 回复力：总是指向平衡位置的力 平衡位置 琴弦 F F 演奏前，琴弦所受合力为 0，静止于平衡位置。 演奏时拨动琴弦，使其偏离平衡位置。 平衡位置是指物体所受回复力为0的位置 二、回复力 新知学习 作者编号：43999 1、定义：振动物体所受的总是指向 的力。 2、方向：总是指向 。 3、作用效果：使物体总是在平衡位置附近振动。 4、来源：回复力可由振动物体受到的 来提供，也可由振动物体受到的几个力的 来提供。回复力为 的位置即平衡位置。 平衡位置 平衡位置 某一个力 合力 0 二、回复力 新知学习 作者编号：43999 5、判断一下这几个振动的回复力是由谁提供的 回复力的方向不一定和合力方向相同 振动过程中，物体到达平衡位置时不一定处于平衡状态 二、回复力 新知学习 作者编号：43999 三、弹簧振子 1、定义：弹簧一端固定，另一端连接一个可视为质点的物体，不计弹簧质量，物体置于光滑水平面上，这样构成的振动系统称为弹簧振子。弹簧振子是一种理想模型。 新知学习 作者编号：43999 三、弹簧振子 2、特征：弹簧振子在运动方向上只受弹簧弹力作用，机械能守恒，系统的动能和弹性势能相互转换。 A到O O到B B到O O到A 小球动能 增大 减小 增大 减小 弹簧势能 减小 增大 减小 增大 系统机械能 不变 不变 不变 不变 新知学习 作者编号：43999 1、定义 物体所受回复力的大小与位移大小成 ，方向总是与位移方向 的运动称为简谐运动。 2、运动学特征 ，即简谐运动的加速度的大小与位移大小成 ，方向与位移方向 。 3、弹簧振子能量特征 只有弹簧的弹力做功，系统的 和 相互转换，机械能守恒。 正比 相反 动能 正比 相反 弹性势能 四、简谐运动 新知学习 作者编号：43999 4、判断一个振动是否为简谐运动的方法 （1）动力学方法：对物体进行受力分析，物体所受的回复力满足F＝－kx，即可判断物体做简谐运动。 （2）运动学方法：根据牛顿第二定律或运动学知识，求解物体的加速度，如果满足，即可判断物体做简谐运动。 四、简谐运动 新知学习 作者编号：43999 如图(a),物体处于平衡位置O 时，弹簧为原长，物体所受的弹力为 0; (a) 如图(b),将物体向右拉至B后由静止释放，物体将如何运动?各物理量如何变化? 由于弹簧被拉长，物体受到向左指向平衡位置的弹力，向左加速运动，弹力减小，加速度减小，但速度增加。 (b) 五、简谐运动的运动规律 新知学习 作者编号：43999 此后，在弹力的作用下，物体改变运动方向，由位置C返回位置B,……这样在平衡位置附近往复运动，形成振动。 如图(c)，物块到达平衡位置O处，此时物体所受弹力为虽然为 0, 但速度达到最大，由于惯性，会继续向左运动并挤压弹簧。 如图(d)，由于弹簧被压缩，物体受到向右指向平衡位置的弹力，向左减速运动，弹力增大，加速度增大，速度一直减小到0。 v (c) (d) 五、简谐运动的运动规律 新知学习 作者编号：43999 如图(a)，取平衡位置O为 x 轴的原点，向右为 x 轴的正方向。 如图(b) ， (c) ，回复力方向始终与位移的方向相反 根据胡克定律，回复力大小与位移的大小成正比 x x F=-kx 物体所受弹簧的弹力提供了回复力 五、简谐运动的运动规律 新知学习 作者编号：43999 4、远离平衡位置有什么特征？ 位移方向（F、a）的转折点 速度方向的转折点 位移、速度方向相反 位移、速度方向相同 速度大小增大 速度大小减小 1. 平衡位置是什么的转折点呢？ 2、最大位移 是什么的转折点呢？ 3、靠近平衡位置有什么特征？ 思考讨论 新知学习 作者编号：43999 1、下图中振子由A点运动到O点的过程中，关于它的运动情况，下列说法中正确的是（ ） A、做加速度不断减小的加速运动 B、做加速度不断增大的加速运动 C、做加速度不断减小的减速运动 D、做加速度不断增大的减速运动 A 课堂练习 课堂练习 作者编号：43999 2．做简谐运动的弹簧振子除平衡位置外，在其他位置时，关于它的加速度方向，下列说法正确的是( 　) A．一定与速度方向相同 B．有时与速度方向相同，有时与速度方向相反 C．总是指向平衡位置 D．总是与位移方向相反 BCD 课堂练习 课堂练习 作者编号：43999 3.如图所示，质量为m1的物体A放置在质量为m2的物体B上，B与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐运动，振动过程中A、B之间无相对运动，设弹簧劲度系数为k，当物体离开平衡位置的位移为x时，A、B间摩擦力的大小等于(　　) A.0 B.kx C. D. 答案：D 课堂练习 课堂练习 作者编号：43999 简谐运动 一 机械振动 二 简谐运动及其特征 三 简谐运动过程中各物理量的变化 平衡位置:在振动方向所受合力为0 回复力:始终指向平衡位置,振动产生的原因. 弹簧振子:理想化模型,振动过程能量守恒. 判定简谐运动的方法 动力学：F=-kx 运动学： 以位移为纽带 速度 加速度 动能 势能 课堂总结 课堂总结 作者编号：43999 $$