2.1简谐运动及其图像 课件-2024-2025学年高二上学期物理教科版（2019）选择性必修第一册

2.1简谐运动及其图像 自我精进 勇毅担当 “自主化、情境化“展学课堂实践 “展学式”课堂教学实践 导标 “自主化、情境化“展学课堂实践 1.认识机械振动和简谐运动 2.知道简谐运动的位移—时间图像，会根据图像分析位移变化情况 3.知道简谐运动的振幅、全振动、周期、频率 4.理解简谐运动的表达式，会用来分析相关问题 “展学式”课堂教学实践 导标 观察下图几个常见的运动，具有什么共同特点？ 小狗荡秋千的运动 钟摆的往复运动 镲片的运动 特点: 上述物体总是在某一位置附近做往复性的运动。 “展学式”课堂教学实践 学标1：机械振动 1.定义：物体或物体的一部分在某一个位置两侧做的往复运动称为机械振动。简称振动。 一、机械振动： 2.特点： (1)中心位置（平衡位置） (2)往复运动 振动物体静止时的位置 “对称性” “周期性” “展学式”课堂教学实践 学标2：弹簧振子 “展学式”课堂教学实践 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，小球放在地面上，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。 任务：建立理想化的振动模型 (1) 为了方便研究，是否需要考虑小球的大小和形状？ (2) 小球怎样才能持续运动下去？ (3) 弹簧质量是否需要考虑？ 可将小球看成质点。 可忽略弹簧的质量。 不计一切阻力。 学标1：机械振动 “展学式”课堂教学实践 学标2：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 二、弹簧振子 合力为零 “展学式”课堂教学实践 思考：弹簧振子的平衡位置一定在弹簧的原长位置吗？ 学标2：弹簧振子 “展学式”课堂教学实践 3、位移：从平衡位置指向振子在某时刻位置的有向线段 o x x x x1=＋4cm x2=－4cm 学标2：弹簧振子 A B C “展学式”课堂教学实践 学标3：简谐运动 “展学式”课堂教学实践 三、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。 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。 （简谐运动是最简单、最基本的振动） （做简谐运动的振子称为谐振子） 学标3：简谐运动 思考：简谐运动的图象就是物体的运动轨迹吗？ 不是 “展学式”课堂教学实践 (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。 3、图象应用: (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此刻向下振动。 (3)斜率：该时刻速度的大小和方向。 学标3：简谐运动 b c e d f “展学式”课堂教学实践 验标3：简谐运动 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时刻振子速度最大 C.在t1~t2时间内,振子的位移在增大 D.在t3~t4时间内,振子向右振动 答案:AC “展学式”课堂教学实践 定义：振动物体离开平衡位置的最大距离，叫做振动的振幅。 1、振幅(A） 物理意义： 单位：米 振幅是表示振动幅度强弱的物理量。 振幅与位移的关系： 振幅等于最大位移的数值。 对于一个给定的振动，振子的位移是时刻变化的，但振幅是不变的。 位移是矢量，振幅是标量。 学标3：描述简谐运动的物理量 “展学式”课堂教学实践 振动物体从某一初始状态开始，再次回到初始状态（即位移、速度均与初态完全相同）所经历的过程。 全振动 若从振子向右经过某点p起，经过怎样的运动才叫完成一次全振动？ O A P v 平衡位置 A′ P A′ O A O P 振动物体连续两次以相同速度通过同一点所经历的过程。 2、周期和频率 学标3：描述简谐运动的物理量 “展学式”课堂教学实践 做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间，叫作振动的 周期。用T表示周期。 周期： 频率： 单位： 关系： 单位时间内完成全振动的次数。用f表示频率。 周期:s 频率：Hz 周期和频率都是表示物体振动快慢的物理量。 物理意义： 学标3：描述简谐运动的物理量 “展学式”课堂教学实践 3、振幅与路程的关系 2 1个周期： 个周期： 个周期： A 起点： 平衡位置或最大位移 学标3：描述简谐运动的物理量 “展学式”课堂教学实践 定义：物理学中把(ωt+φ)叫作相位。其中φ是t=0时的相位，称作初相位或初相。 意义：是表示物体振动步调的物理量。 4、相位（ φ ）: 学标3：描述简谐运动的物理量 “展学式”课堂教学实践 验标3：描述简谐运动的物理量 “展学式”课堂教学实践 振幅 角速度 （圆频率） 相位 初相位 （平衡位置处开始计时） （最大位移处开始计时） 学标4：简谐运动的表达式 “展学式”课堂教学实践 3、在建筑工地上，工人使用插入式混凝土振捣器对浇筑的混凝土进行振捣作业。振捣器开启后，其内部的偏心块高速旋转，带动振捣棒做简谐运动，并将振动传递给混凝土。已知振捣棒的振动方程为 。下列说法正确的是（　　） A．振捣棒做简谐运动的频率为50HzB．t=0时刻，振捣棒的位移为1.5mm C．振捣棒在1s内通过的路程是600mmD．振捣棒偏离平衡位置的最大距离为m 验标4：简谐运动的表达式 C “展学式”课堂教学实践 课堂小结 1、机械振动：物体在平衡位置（中心位置）两侧附近所做的往复运动，叫机械振动，简称振动。 2、弹簧振子：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； 3、描述简谐运动的物理量：振幅、周期、频率、相位、全振动； 4、简谐运动及其表达式： 5、简谐运动的图像： “展学式”课堂教学实践 验标4：简谐运动的表达式 课后作业 “展学式”课堂教学实践 练习册P2 案例辨析3 验标4：简谐运动的表达式 “展学式”课堂教学实践 验标4：简谐运动的表达式 练习册P2—基础训练4 “展学式”课堂教学实践 5.简谐运动中的振幅、位移和路程 振动物体离开平衡位的最大距离 从平衡位置指向振子所在位置的有向线段 运动轨迹的长度 标量 矢量 标量 不发生变化 大小和方向随时间做周期性变化 随时间增加 (1)振幅等于位移最大值的数值；(2)在一个完整周期内的路程等于4个振幅。 学标3：描述简谐运动的物理量 “展学式”课堂教学实践 Lavf58.20.100 $$