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

该高中物理课件聚焦机械振动与简谐运动，系统讲解机械振动定义、弹簧振子模型、简谐运动特征及x-t图像。通过回顾直线与曲线运动等旧知，结合木马、琴弦等生活往复运动实例导入，搭建新旧知识学习支架。 其亮点在于运用理想实验法建构弹簧振子模型（科学思维），通过频闪照相法获取x-t图像（科学探究），并以表格对比位移、速度等物理量变化规律。助力学生形成运动与相互作用观念，提升科学推理能力，教师可借助清晰逻辑与实例优化教学。

1.简谐运动 第二章 机械振动 人教版选择性必修第一册 导入新课 回顾 高中阶段我们学过的运动形式有哪些? 按运动轨迹分类 直线运动 曲线运动 匀速直线运动 变速直线运动 匀变速直线运动 变加速直线运动 抛体运动 圆周运动 平抛运动 斜抛运动 匀速圆周运动 变速圆周运动 导入新课 往复摇摆的木马 往复摆荡的琴弦 这些物体的运动有什么共同特点? “往复”运动 往复摆荡的秋千 学习目标 物理观念 形成简谐运动的概念，认识简谐运动的位移—时间图像。 科学思维 能将振动物体和弹簧作为一个系统分析问题；会利用理想实验法建构弹簧振子的模型。 科学探究 通过探究简谐运动规律的过程，具有分析数据、发现特点形成结论的能力。 科学态度 与责任 能使用数学方法或者通过计算机、传感器等辅助工具拿出证据，证明简谐运动位移和时间的函数关系。 重点难点 重点 1. 形成机械振动和简谐振动的概念。 2. 认识简谐运动的位移—时间图像。 难点 弹簧振子理想化模型的建构和简谐运动位移与时间的函数关系。 1. 机械振动 2. 弹簧振子 3. 简谐运动 4. 课堂总结 5. 练习与应用 学习内容 第1节 简谐运动 一、机械振动 第1节 简谐运动 一、机械振动 1.定义：物体或物体的一部分在某个位置附近的往复运动称为机械振动 ，简称振动。 2.特征：(1)有一个“中心位置”------“对称性” 平衡位置：振动方向上物体合力为0的位置（物体原来静止的位置）； (2)运动具有往复性------“周期性”。 想一想：你能举出生活中，机械振动的其他例子吗？ 平衡位置 一、机械振动 例1.(多选)下列几种运动属于机械振动的是( 　 　) A．乒乓球在地面上的上下运动 B．弹簧振子在竖直方向的上下运动 C．秋千在空中来回运动 D．浮于水面上的圆柱形玻璃瓶上下振动 BCD 二、弹簧振子 第1节 简谐运动 二、弹簧振子 1.定义:小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，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 水平弹簧振子 把小球拉向右方，然后放开，它就在平衡位置附近运动起来。 竖直弹簧振子 总是在竖直方向的平衡位置附近的往复运动。 3.常见的弹簧振子 二、弹簧振子 弹簧振子平衡位置的理解： （1）振子的平衡位置不一定是弹簧的原长； （2）位于平衡位置时，小球所受合力为0； （3）经过平衡位置时，小球速度最快。 二、弹簧振子 （1）振子在某时刻的位移：从平衡位置指向振子在该时刻位置的有向线段；若规定振动质点在平衡位置右侧时位移为正，则它在平衡位置左侧时位移为负。 4.弹簧振子的位移 （2）振子在某段时间内的位移：由初位置指向末位置的有向线段。 例如：振子在MM′之间振动，O为平衡位置，振子的在某时刻的位移x情况： O→M: M→O: O→M´: M´→O: x的大小增大，方向始终向右。 x的大小减小，方向始终向右。 x的大小增大，方向始终向左。 x的大小减小，方向始终向左。 二、弹簧振子 振子在某时刻的位移方向总是背离平衡位置．如图所示，振子在AA′之间振动，O为平衡位置，t1时刻振子在M点的位移为xM，t2时刻振子在N点的位移为xN。而振子在Δt＝t2－t1时间内的位移为xMN，方向如右图所示． （3）振子在某时刻的位移与在某段时间内的位移的区别 通常说的振子的位移是指某时刻的位移，即振子相对平衡位置的位移。因此在研究振动时，字母x具有双重含义：它既表示小球的位置(坐标)，又表示振子在某时刻的位移。 二、弹簧振子 （1）图像的建立：用横坐标表示物体运动的时间t，纵坐标表示振动物体运动过程中相对平衡位置的位移x，建立坐标系，如图． t /s x 横向 纵向 5.弹簧振子的位移—时间图像 (2)x-­t图象物理意义：反映了振子的位移随时间的变化规律。小球的位置坐标反映了小球相对于平衡位置的位移。 二、弹簧振子 （3）图像的获取方式 方法一：手动描图法 以小球的平衡位置为坐标原点，规定水平向右为正方向，横轴为时间 t，纵轴为位移 x。在坐标系中标出各时刻小球球心的位移，用曲线将其连接在一起，得到振动图像，如图所示： 二、弹簧振子 因为摄像底片做匀速运动，底片运动的距离与时间成正比。因此，可用底片运动的距离代表时间轴，振子的频闪照片反映了不同时刻振子离开平衡位置的位移，也就是位移随时间变化的规律。 底片匀速运动方向 0 x t 方法二：频闪照相法 结论：弹簧振子的振动图像是一条正弦曲线. 二、弹簧振子 例2.弹簧振子在光滑水平面上做机械振动,在振子向平衡位置运动的过程中 (　　) A. 振子所受的弹力逐渐增大 B. 振子的位移逐渐增大 C. 振子的速度逐渐减小 D. 振子的加速度逐渐减小 D 三、简谐运动 第1节 简谐运动 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. 特点：简谐运动是最基本的振动。 3. 性质：简谐运动是一种周期性的变加速运动。 4.能量：总的机械能保持守恒。 5.对简谐运动图象(x-t图象)的认识 （1）形式：正（余）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。 三、简谐运动 C A x1 B x2 -x2 k<0,v <0 v最大 随着振子的运动，A到B，位移减小。 位移： 加速度： A到B，加速度减小。 与位移变化规律相同。 速度： 看切线斜率 →速度的大小与方向。 对简谐运动位移、加速度和速度的判断 三、简谐运动 位移x 速度v F、a A A-O O O-B B 向左最大 向左减小 向右最大 向右最大 0 向右最大 向右增大 向右减小 0 0 向右增大 向右减小 向左增大 0 向左最大 仔细观察 进行填空 最大位移处: x、F、a、Ep最大，v、Ek为零 平衡位置处: x、F、a、Ep为零，v、Ek最大 若远离平衡位置，则速度越来越小，加速度、位移越来越大；若靠近平衡位置，则速度越来越大，加速度、位移越来越小. 三、简谐运动 6.判断物体做简谐运动的方法 简谐运动的位移随时间按正弦规律变化。判断物体是否做简谐运动，可以从运动学方面定性分析。具体步骤如下： (1)分析物体的运动状态。 (2)分析位移随时间的变化规律。 (3)若位移随时间按正弦规律变化，则物体做简谐运动。 另外简谐运动具有重复性的运动轨迹，若轨迹不重复，则一定不是简谐运动。 三、简谐运动 例3.是某质点做简谐运动的振动图像。根据图像中的信息，回答下列问题。 (1)质点离开平衡位置的最大距离有多大？ (2)在1.5s和2.5s这两个时刻，质点的位置在哪里？质点向哪个方向运动？ (3)质点相对于平衡位置的位移方向在哪些时间内跟它的瞬时速度的 方向相同？在哪些时间内跟瞬时速度的方向相反？ (4）质点在第2s末的位移是多少？ (5)质点在前2s内运动的路程是多少？ 10cm 都在距离平衡位置约7cm处，分别位于平衡位置两侧。 负方向运动 第1s内和第3s内 第2s内和第4s内 0 20cm 四、课堂总结 第1节 简谐运动 四、课堂总结 简谐运动 一 机械振动 二 弹簧振子 三 简谐运动 定义:在某个位置附近的往复运动 平衡位置:在振动方向所受合力为0 弹簧振子:理想化模型,振动过程能量守恒. 弹簧振子的位移—时间图像 位移 速度 最基本的振动 周期性的变加速运动 机械能保持守恒 判断物体做简谐运动的方法 五、练习与应用 第1节 简谐运动 五、练习与应用 1、关于水平放置的弹簧振子的运动，下列说法正确的是(　　) A.若位移为负值，则速度一定为正值，加速度也一定为正值 B.振子通过平衡位置时，速度为零，加速度最大 C.振子每次通过平衡位置时，加速度相同，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，但加速度一定相同 D 五、练习与应用 2.(多选)对于弹簧振子的简谐运动，下述说法正确的是 (　　) A.振子通过平衡位置时，加速度最小 B.振子在最大位移处时，速度最大 C.振子连续两次通过同一位置时，速度相同 D.振子连续两次通过同一位置时，动能相同 AD 五、练习与应用 3.(多选)如图所示，弹簧振子在a、b两点间做简谐运动，当振子从最大位移处a向平衡位置O运动过程中(　　) A．加速度方向向左，速度方向向右 B．位移方向向左，速度方向向右 C．加速度不断增大，速度不断减小 D．位移不断减小，速度不断增大 BD 五、练习与应用 4.(多选)如图甲所示为以O点为平衡位置，在A、B两点间做简谐运动的弹簧振子，图乙为这个弹簧振子的振动图像，由图可知下列说法中正确的是（ ） A.在t＝0.2 s时，弹簧振子的加速度为正向最大 B.在t＝0.1 s与t＝0.3 s两个时刻，弹簧振子在同一位置 C.从t＝0到t＝0.2 s时间内，弹簧振子做加速度增大的减速运动 D.在t＝0.6 s时，弹簧振子有最小的位移 BC EV.Movie.Editor Lavf58.33.100 www.ieway.cn $