第2章 1 简谐运动-【精彩三年】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册课程探究与巩固PPT课件（人教版2019）

1　简谐运动 第二章　机械振动 目录 CONTENTS 教材整体初识 构建与探源 命题整体感知 尝试与研析 01 02 课标要点 学科素养 链接浙江选考 1．通过实验，认识简谐运动的特征。 2．能用图像描述简谐运动 物理观念：进一步树立运动与相互作用的观念。 科学思维：能用图像描述简谐运动。 科学探究：通过实验，认识简谐运动的特征 1．掌握机械振动、简谐运动的概念。 2．知道弹簧振子是一种理想化模型，理解振子的平衡位置和位移。 3．理解简谐运动图像的物理含义，知道该图像是一条正弦曲线 教材整体初识 构建与探源 01 1．机械振动：物体或物体的一部分在一个位置附近的________运动，简称振动。 2．弹簧振子：小球和________组成的系统。 3．弹簧振子是一个理想化模型 (1)不计摩擦阻力和空气阻力。 (2)不计弹簧的质量。 (3)小球可视为质点。 (4)弹簧的形变在弹性限度内。 知识点一　弹簧振子 往复 弹簧 4．弹簧振子的位移—时间图像(x-t图像) (1)用横坐标表示振子运动的时间(t)，用纵坐标表示振子离开________位置的位移(x)，描绘出的图像就是位移随时间变化的图像，即x-t图像，如图所示。 (2)振子的位移x：弹簧振子的位移x是从平衡位置指向振子所在的位置的有向线段。 (3)图像的物理意义：反映了振子位置(位移) 随时间变化的规律。 知识点一　弹簧振子 平衡 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)弹簧振子是一个理想化模型。(　　) (2)振子的位移是相对于平衡位置来说的。(　　) (3)机械运动的位移是从初位置指向末位置的有向线段。(　　) (4)弹簧振子的位移—时间图像就是振子的运动轨迹。(　　) 知识点一　弹簧振子 √ √ √ × 2．思考题：下图所示的弹簧振子，O点为它的平衡位置，振子从A点运动到C点，在C点时振子的位移大小是多少？方向向哪？ 知识点一　弹簧振子 1．简谐运动：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________曲线，这样的振动是一种简谐运动。 2．特点：简谐运动是最简单、最基本的振动。 3．简谐运动的图像 (1)描述振动物体的位移随________的变化规律。 (2)简谐运动的图像是正弦曲线，从图像上可直接看出不同时刻振动质点的________大小和方向、速度方向以及速度大小的变化趋势。 知识点二　简谐运动 正弦 时间 位移 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)弹簧振子的运动是简谐运动。(　　) (2)弹簧振子远离平衡位置运动，速度逐渐减小。(　　) (3)水平弹簧振子所受弹簧的弹力是振子受到的合力。(　　) (4)竖直弹簧振子所受弹簧的弹力等于振子受到的合力。(　　) 知识点二　简谐运动 √ √ √ × 2．思考题：如图所示，一个弹性小球被水平抛出后在互相平行的两个竖直墙面间运动，小球落地之前的运动能否看成简谐运动？ 知识点二　简谐运动 答案：不能看成简谐运动。 命题整体感知 尝试与研析 02 类型一　对弹簧振子的振动分析 1．位移及其变化 弹簧振子的位移是指相对平衡位置的位移，由平衡位置指向振子所在的位置。当振子从平衡位置向最大位移处运动时，位移增大；当振子由最大位移处向平衡位置运动时，位移减小。 2．速度及其变化 振子在平衡位置处速度最大，在最大位移处速度为0。振子由平衡位置向最大位移处运动时，速度减小；振子由最大位移处向平衡位置运动时，速度增大。 类型一　对弹簧振子的振动分析 例1 如图所示，一个弹簧振子做简谐运动。关于该弹簧振子，下列说法正确的是(　　) A．若振子远离平衡位置的位移为负值，则靠近平衡位置时位移一定为正值 B．振子通过平衡位置时，速度为0，位移最大 C．振子每次通过平衡位置时，位移相同，速度也一定相同 D．振子每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但位移一定相同 D 类型一　对弹簧振子的振动分析 【解析】 若振子远离平衡位置的位移为负值，则在平衡位置同一侧靠近平衡位置时位移也为负值，故A错误；当振子通过平衡位置时，位移为0，速度最大，故B错误；振子每次通过同一位置(非最大位移处)时，速度大小相同，方向不一定相同，但位移一定相同，故C错误，D正确。 活学活用 如图所示，小球被套在光滑的水平杆上，跟弹簧相连组成弹簧振子。小球在平衡位置O点附近的A、B两点间往复运动，以O点为位移起点，向右为位移x的正方向，则： (1)速度由正变成负的位置在______点。 (2)位移方向改变的位置在______点，负向最大位移值的位置在______点。 A O B 活学活用 【解析】 (1)小球在A、B两点处速度为0，速度由正变成负的位置在A点。 (2)位移的起点在O点，所以位移方向改变的位置在O点，负向最大位移值的位置在B点。 类型二　简谐运动及其图像 角度1：从弹簧振子认识简谐运动的特征 例2 弹簧上端固定在O点，下端连接一小球，组成一个振动系统，如图所示，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．在小球位移最大时的位置 D．在小球原来静止时的位置 D 类型二　简谐运动及其图像 【解析】 平衡位置是振动系统不振动时，小球(振子)处于平衡状态时所处的位置，可知此时小球所受的重力大小与弹簧的弹力大小相等，即mg＝kx，也即小球原来静止的位置，A、B错误，D正确；当小球处于平衡位置时，位移为0，C错误。 活学活用 [2023·湖州中学检测] (多选)用频闪照相的方法获得的弹簧振子的位移—时间图像如图所示，下列有关该图像的说法正确的是(　 　) A．该图像的坐标原点是随意选取的 B．从图像中可以看出小球在振动过程中是沿t轴方向移动的 C．为了显示小球在不同时刻偏离平衡位置的位移，让底片沿垂直x轴的方向匀速运动 D．图像中小球的疏密显示出相同时间内小球位置变化快慢不同 CD 活学活用 【解析】 从图像中能看出坐标原点在平衡位置，不是随意选取的，故A错误；横轴是由底片匀速运动得到的时间轴，小球只沿x轴振动，故B错误；为了显示小球在不同时刻偏离平衡位置的位移，让底片沿垂直x轴的方向匀速运动，故C正确；图像中相邻小球之间时间间隔相同，密处表示小球的位置变化慢，故D正确。 类型二　简谐运动及其图像 角度2：简谐运动x-t图像的应用 1．如图甲所示，可从图像上直接读出不同时刻t的位移x值。位于t轴上方的x值表示位移为正，位于t轴下方的x值表示位移为负。 类型二　简谐运动及其图像 2．判断任意时刻质点的振动方向：看下一相邻时刻质点的位置，如图乙中a点，下一相邻时刻比t0时刻离平衡位置远，故质点此刻向＋x方向运动。 3．速度大小和方向的判断 图像上某点切线的斜率大小表示速度大小，斜率的正负表示速度方向。在平衡位置，切线斜率最大，质点速度最大；在最大位移处，切线斜率为0，质点速度为0。在质点从平衡位置向最大位移处运动的过程中，切线斜率变小，速度减小；在质点从最大位移处向平衡位置运动的过程中，切线斜率变大，速度增大。 类型二　简谐运动及其图像 例3 如图甲所示，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的变化如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A．t＝0.4 s时，振子的速度方向向右 B．t＝0.8 s时，振子在O点和B点之间 C．t＝0.6 s和t＝1.2 s时刻，振子的速度完全相同 D．t＝1.5 s到t＝1.8 s时间内，振子的速度逐渐增大 D 类型二　简谐运动及其图像 【解析】 t＝0.4 s时，振子向负方向运动，即振子的速度方向向左，A项错误；t＝0.8 s时，振子的位移为负值，振子在O点和A点之间，B项错误；t＝0.6 s和t＝1.2 s时刻，振子的速度方向相反，C项错误；由题图乙可以看出，t＝1.5 s到t＝1.8 s时间内，x-t图像切线的斜率逐渐增大，振子的速度逐渐增大，D项正确。 活学活用 (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点时为计时起点，其振动的x-t图像如图乙所示。下列说法正确的是(　 　) A．t2时刻振子在A点 B．t2时刻振子在B点 C．在t1～t2时间内，振子的位移在增大 D．在t3～t4时间内，振子的位移在减小 AC 活学活用 【解析】 振子在A点和B点时位移最大，由于取向右为正方向，所以振子运动到A点时有正向最大位移，运动到B点时有负向最大位移，则t2时刻，振子在A点，t4时刻，振子在B点，故选项A正确，B错误；振子的位移以平衡位置为起点，所以在t1～t2和t3～t4时间内振子的位移都在增大，故选项C正确，D错误。 本课点睛(教师用书独有) 课后请完成高效作业11 判断一个物体的振动是否为简谐运动的方法 1．物体的位移与时间的关系是否遵从正弦函数的规律，若遵从正弦函数的规律，物体的振动就是简谐运动；否则，就不是。 2．物体的振动图像(x-t图像)是否是一条正弦曲线，若是正弦曲线，物体的振动就是简谐运动；否则，就不是。 感谢聆听，再见！ 答案：位移大小等于OC的长度，方向向右。 　 　 　 $$