2.1 简谐运动 课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版 （2019）选择性必修第一册

——身正心定 闳中博学—— 人教版（2019） 物理（选择性必修第一册） 张二朝 第二章 机械振动 第1节 简谐运动 学习目标 1.了解机械振动的概念，知道弹簧振子是一种理想化模型，理解弹簧振子的平衡位置； 2.理解简谐运动的概念和特点，知道简谐运动的图像特征； 3.会利用简谐运动的图像分析振子的位移和速度的变化情况。 人类生活在运动的世界里，机械运动是最常见的运动，在机械运动中，振动也很常见。琴弦的振动带给人们优美的音乐，地震则可能给人类带来巨大的灾难。本章我们将从最简单的振动开始，学习怎样描述振动，分析振动的特点。 第二章 机械振动 课堂引入 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 理查德·费恩曼（Richard Phillips Feynman，1918年5月11日—1988年2月15日） 课堂引入 钟摆来回摆动，水中浮标上下浮动，树梢在微风中摇摆，蜜蜂扇动着翅膀……在生活中我们会观察到很多类似这样的运动。这些运动的共同点是什么？ 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。 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。 观察发现，上述物体总是在某一位置附近做往复性的运动。 一、弹簧振子 　　如图，把一个有孔的小球连接在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球套在光滑的杆上，能够自由滑动。弹簧未变形时，小球所受合力为 0，处于平衡位置(equilibrium position)。把小球拉向右方，然后放开，它就在平衡位置附近运动起来。 思考： （1）小球的振动是机械振动吗？ （2）小球怎样才能持续振动？ （3）小球可以看作质点吗？ 一、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： （2）不计阻力； （3）忽略弹簧的质量； （1）小球看成质点； （4）弹簧始终在弹性限度内。 运动的描述从位置变化开始，那么，该如何描述弹簧振子的位置变化？ 一、弹簧振子 而弹簧振子总在平衡位置附近做往复运动，出发点可能是其中任一位置，描述振动位置变化时，相对其出发点的距离可能会很复杂，怎样规定更合适？ 机械振动的位移，应为平衡位置指向末位置的有向线段。 描述一般机械运动位置变化大小和方向时，是相对初位置而言。 即位移为初位置指向末位置的有向线段 二、弹簧振子的位移—时间图象 那么，弹簧振子位移变化规律如何: 1.弹簧振子的运动轨迹是怎样的？ 2.如何探究某一时刻，弹簧振子的位置？ 3.怎么才能得到小球位移与时间的关系？ 通过频闪相机得到弹簧振子的位移—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。 底片匀速运动方向 二、弹簧振子的位移—时间图象 二、弹簧振子的位移—时间图象 描图记录法 在弹簧振子的小球上安装一枝绘图笔，让一条纸带在与小球振动方向垂直的方向上匀速运动，笔在纸带上画出的就是小球的振动图象。 思考：1、振动图象是指什么图象？横纵坐标分别是什么？ 2、要达到这个目的，在实验中应该注意什么事项？ 二、弹簧振子的位移—时间图象 二、弹簧振子的位移—时间图象 二、弹簧振子的位移—时间图象 三、简谐运动 从获得的弹簧振子的x-t图像可以看出，小球位移与时间的关系似乎可以用正弦函数来表示。是不是这样呢? 三、简谐运动 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的规律? 假定图像为正弦曲线，测量它的振幅与周期，写出正弦函数表达式。 方法一：假设法 注意：表达式计时开始位移为0，随后位移增加并为正；将每一个位移对应的振动时间（测量值）数值代入表达式求出函数值，比较测量值与函数值是否相等，若可视相等，则为正弦曲线。 三、简谐运动 如图，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。 方法二：拟合法 三、简谐运动 通过仔细分析会发现，图示小球位移与时间的关系是正弦函数关系。 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(simple harmonic motion)。 简谐运动是最基本的振动。 弹簧振子的小球的运动就是简谐运动。 三、简谐运动 对简谐运动图像（x-t 图像）的认识 1．形状：正弦曲线； 2．物理意义：表示振动的质点在不同时刻偏离平衡位置的位移，是位移随时间的变化规律； 3．获取信息： （1）任意时刻质点位移的大小和方向； （2）任意时刻质点的振动方向，判断下一时刻 质点的位置； （3）某段时间内位移、速度、加速度的变化情况。 课堂小练 1.(多选)下列说法正确的是(　 　 ) A．乒乓球在地面上的上下运动是机械振动 B．平衡位置就是物体振动范围的中心位置 C．秋千在空中来回运动是机械振动 D．浮于水面上的圆柱形玻璃瓶上下振动是机械振动 【正确答案】CD 课堂小练 2.(多选)下列运动中属于机械振动的是（　　） A．人趴在地上做俯卧撑 B．水塘里的芦苇在微风作用后的左右摆动 C．五星红旗迎风飘扬 D．钓鱼时浮标在水中的上下浮动 【正确答案】BD 课堂小练 3.一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 【正确答案】D 课堂小练 4.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 【正确答案】A 课堂小结 再 见 ——身正心定 闳中博学—— Lavf57.25.100 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$