2.2 简谐振动的描述 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简谐运动的描述，涵盖振幅、周期、频率、相位等物理量及振动表达式，通过视频观察弹簧振子振动图像导入，结合匀变速直线运动、匀速圆周运动物理量回顾，搭建新旧知识联系的学习支架。 其亮点在于融合科学探究（实验测量不同振幅下周期得出固有周期结论）、科学思维（数学正弦函数与物理运动结合分析相位差），用表格对比振幅、位移、路程差异，例题练习结合生活实例。助力学生形成物理观念，培养科学探究与思维能力，教师可依托结构化内容突出重难点，提升教学效率。

2.简谐振动的描述 第二章 机械振动 人教版选择性必修第一册 导入新课 观察视频中弹簧振子的振动图像，试用数学知识表示位移的一般函数表达式 导入新课 1、学习机械运动时，为了描述匀变速直线运动，我们引入了哪些物理量？ 位移、时间、速度、加速度 2、为了描述匀速圆周运动，我们引入了哪些物理量？ 线速度、角速度、周期、频率等 有些物体的振动可以近似为简谐运动，做简谐运动的物体在一个位置附近不断地重复同样的运动。如何描述简谐运动的这种独特性呢？ 学习目标 物理观念 理解振幅、周期、频率、相位和初相位的概念，知道全振动的含义。 科学思维 了解简谐运动位移方程中各量的物理意义，能依据振动方程描绘振动图像。 科学探究 通过实验测量不同振幅下简谐运动周期，分析数据、发现特点、得出结论。 科学态度 与责任 能够将数学中正弦函数的知识与简谐运动结合起来，会用数学表达式描述简谐运动，分析并解决问题。 重点难点 重点 1.描述简谐运动的两个概念——周期和相位。 2. 相位、初相位和相位差的理解。 难点 能够将数学中正弦函数的知识与简谐运动结合起来，判断位移随时间的变化。 1. 描述简谐运动的物理量 2. 简谐运动的表达式 3. 课堂总结 4. 练习与应用 学习内容 第2节 简谐振动的描述 一、描述简谐运动的物理量 第2节 简谐振动的描述 一、描述简谐运动的物理量 振幅是描述振动强弱的物理量，标量，常用字母A表示; 1.振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离，叫做振动的振幅。 振幅的大小直接反映了振子振动能量(E=EK+EP)的高低。 振子振动范围的大小是振幅的两倍——2A; 振幅 振幅 振幅 振幅 国际单位——米。 一、描述简谐运动的物理量 简谐运动中的振幅、位移和路程 振幅 位移 路程 意义 标矢性 变化 联系 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 振幅等于最大位移的数值 一、描述简谐运动的物理量 2、周期和频率 （1）全振动：振子在之间振动，O为平衡位置。如果从点开始运动，经O点运动到点，再经过O点回到点，就说它完成了一次全振动，此后振子只是重复这种运动。 A’ O A （1）从O→A→O→A'→O也是一次全振动 B （2）从B→A→O→A'→O→B也是一次全振动 不管以哪里作为开始研究的起点。做简谐运动的物体完成一次全振动的时间总是相同的。 一、描述简谐运动的物理量 (2)周期T：振子进行一次完整的振动（全振动）所经历的时间，单位：s 一次全振动又叫一个完整的振动过程. （3）频率f：物体完成全振动的次数与所用时间之比，数值等于单位时间内完成的全振动的次数。常用字母表示，单位：，1 Hz=1s-1 （4）周期和频率的关系： 注意：周期和频率都是表示物体振动快慢的物理量，周期越小，频率越大，表示振动越快 一、描述简谐运动的物理量 探究：弹簧振子的T与A的关系 结论：弹簧振子的周期T由振子的质量m和弹簧的劲度系数k决定,而与振幅A无关.又称为“固有周期”. （请点击小球） 固有周期对应的是固有频率，发声体的固有频率不同，发出的声音的音调也不同。 一面锣、一根弦、一座桥、一幢楼……都有自己的固有周期和固有频率。 一、描述简谐运动的物理量 1、做简谐运动的物体，一个周期内，路程和振幅有什么定量关系？半个周期呢？ 2、同一个振动系统，弹簧振子的振动周期与振幅有关吗？ 无论从什么位置开始计时，振动物体在一个周期内通过的路程均为 无论从什么位置开始计时，振动物体在半个周期内通过的路程均为 一个振动系统的周期有确定的值，由振动系统本身的性质决定，与振幅无关。 想一想 一、描述简谐运动的物理量 例1.如图所示,水平方向的弹簧振子振动过程中,振子先后经过a、b两点时的速度相同,且从a到b历时0.2 s,从b再回到a的最短时间为0.4 s,aO=bO,则该振子的振动频率为(　　) A.1 Hz　　　B.1.25 Hz　　　C.2 Hz　　　D.2.5 Hz 　　　 B 二、简谐运动的表达式 第2节 简谐振动的描述 二、简谐运动的表达式 通过实验描绘弹簧振子做简谐运动时的振动图像 纸上的图像可视为振子在振动过程中的位移—时间图像。 简谐运动的振动图像是一条正弦(或余弦)曲线。 二、简谐运动的表达式 1.简谐运动的一般表达式： 2.相位：理学中把叫做相位；相位代表了做简谐运动的物体此时正处于一个运动周期的哪个状态。 3.圆频率：ω是一个与周期成反比、与频率成正比的量，叫作简谐运动的“圆频 率”；描述振动快慢的物理量。 4.初相位：是t=0时的相位，简称初相。 振幅 圆频率 初相位 相位 相当于角度大小 二、简谐运动的表达式 设两个具有相同频率的简谐运动的振动方程分别为 ， ，则 5.相位差：相位差是指两个相位之差。在实际应用中经常用到的是：两个具有相同频率的简谐运动的相位差值. 相位差即初相位之差 的相位比的超前 的相位比的落后 甲 乙 丙 二、简谐运动的表达式 对相位差的深度理解 (1) 若，表明两个物体运动步调一致，即同相 (2) 若，表明两个物体运动步调相反，即反相 甲与乙的相位差为0，同相 步调一致 乙与丙的相位差为π，反相 步调相反 二、简谐运动的表达式 6.简谐运动的运动特点 位移： 速度： 方向：每经过最大位移处速度方向发生改变 大小：远离平衡位置时位移增大，靠近时减小 大小：靠近平衡位置时速度增大，远离时减小 方向：始终背离平衡位置，每经过平衡位置位移方向发生改变 加速度： 大小：远离平衡位置时增大，靠近时减小 方向：始终指向平衡位置，每经过平衡位置处方向发生改变 二、简谐运动的表达式 7.简谐运动的对称性 （1）时间的对称： 简谐运动是一种周期性的运动，简谐运动的物理量随时间周期性变化，如图所示，物体在、两点间做简谐运动，点为平衡位置， ①物体来回通过相同两点间的时间相等 ②物体经过关于平衡位置对称的等长的两段路程的时间相等 二、简谐运动的表达式 （2）速度的对称： ①物体连续两次经过同一点的速度：大小相等，方向相反 ②物体经过关于点对称的两点时的速度：大小相等，方向可能相同，也可能相反 （3）位移的对称： ① 物体连续两次经过同一点的位移相同 ②物体经过关于点对称的两点时的位移：大小相等，方向相反 二、简谐运动的表达式 例2.一质点做简谐运动的位移—时间图线如图所示．关于此质点的振动，下列说法中正确的是(　　) A．质点做简谐运动的表达式为x＝10sin(πt) cm B．在0.5～1.0 s时间内，质点向x轴正向运动 C．在1.0～1.5 s时间内，质点的动能在增大 D．在1.0～1.5 s时间内，质点的加速度在增大 D 三、课堂总结 第2节 简谐振动的描述 三、课堂总结 振动的描述 一 振动特征的描述 二 简谐运动的位移图像 三 简谐运动的位移公式 振幅A 周期T 频率f 离开平衡位置的最大距离,表示振动强弱 完成一次全振动所用时间,表示振动快慢 单位时间内完成全振动的次数,表示振动快慢 x－t图像的建立 x－t图像的特点 x－t图像的意义 x－t图像反映的信息 x=Asinωt, A振幅, ω圆频率, x=Asin(ωt+φ0) ωt+φ0相位, φ0初相位,计时起点 四、练习与应用 第2节 简谐振动的描述 四、练习与应用 1.光滑水平面内的弹簧振子做简谐运动，经过半个周期，振子（　　） A．动量一定不变 B．速度一定不变 C．加速度一定不变 D．动能一定不变 D 四、练习与应用 2.某弹簧振子做简谐运动，其位移随时间变化的关系式为 x = Asin πt /4，单位为 cm，则弹簧 振子（ ） A. 第 1 s 末与第 3 s 末的位移相同； B. 第 1 s 末与第 3 s 末的速度相同； C. 第 3 s 末至第 5 s 末的位移方向都相同； D. 第 3 s 末至第 5 s 末的速度方向都相同； AD 四、练习与应用 3．一水平弹簧振子做简谐运动，从某时刻开始计时，其振动图像如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．振子计时起点位置是平衡位置 B．图中振子振动方程为 x＝2 cos( ) cm C．t＝0 时振子振动方向沿 x 轴向上，速度增大 D．振子在 t＝1 s 时的位移为 2 cm，速度最大，加速度最大且指向平衡位置 B 四、练习与应用 4.弹簧振子以点为平衡位置做简谐运动，从小球通过点时开始计时，小球第一次到达点用了，又经过第二次通过M点，则小球第三次通过点还要经过的时间可能是（ ） AC Lavf58.20.100 Lavf58.46.101 A. s B. s C.1.4 s D.1.6 s $