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

nullnull第2章 机械振动 High school physics 学习目标 认识简谐运动，找出简谐运动的特征。 认识机械振动，会找平衡位置和回复力。 02 01 会通过分析弹簧振子模型的运动，找出简谐运动中各物理量的变化规律。 03 重难点 重点 重点 机械振动 01 树上的枝条来回摇摆 这些物体的运动有什么共同特点？又应如何研究这类运动呢？ 有趣的秋千来回荡起 公司logo 公司logo 情境导入 机械振动 定义： 物体(或物体的某一部分)在某一位置两侧所做的往复运动，叫作机械振动，简称振动。 平衡位置 物体原来静止的位置 “对称性” 往复运动 “周期性” 公司logo 公司logo 核心知识 一切发声的物体都在振动。有的振动比较简单，如音叉的振动； 有的振动比较复杂， 如蜜蜂翅膀抖动和琴弦振动等。 机械振动是一种常见的运动。 音叉 蜜蜂 琴弦 公司logo 公司logo 观察与思考 振动是怎样产生的呢？以琴弦的振动为例进行定性分析。 演奏前 琴弦所受合力为0， 静止于平衡位置。 平衡位置 琴弦截面 演奏时 拨动琴弦，使其偏离平衡位置。 受弹力作用，在平衡位置附近来回振动。 F F 公司logo 公司logo 核心知识 (1)定义：振动物体所受的总是指向平衡位置的力。 (2)方向：总是指向平衡位置。 (3)作用效果：使物体总是在平衡位置附近振动。 (4)来源：回复力可由振动物体受到的某一个力来提供，也可由振动物体受到的几个力的合力来提供。 回复力 公司logo 公司logo 核心知识 (1)机械振动是匀变速直线运动。(　　) (2)平衡位置即为速度为零的位置。(　　) × × 辨析 1.下列日常生活常见的情形中，不属于机械振动的是 A. 浮标上下浮动 B.秋千的摆动 C.琴弦的振动 D.表针沿表盘转动 √ 例题 物体做机械振动时存在某一平衡位置，且物体在这一位置两侧往复运动。水中浮标上下浮动、秋千的摆动、琴弦的振动均符合这一要求，表针做圆周运动，它并不是在某一位置两侧往复运动，故不属于机械振动，选项D符合题意。 例题 简谐运动及其特征 02 弹簧振子 (1)模型：弹簧振子是一个理想化模型。 弹簧一端固定，另一端连接一个可视为质点的物体，不计弹簧质量，物体置于光滑水平面上，这样构成的振动系统称为弹簧振子。 公司logo 公司logo 核心知识 (2)振子的位移：振子相对平衡位置的位移。 (3)能量特征：只有弹簧的弹力做功，系统的动能和弹性势能相互转化，机械能守恒。 公司logo 公司logo 核心知识 简谐运动 (1)定义：物体所受回复力的大小与位移大小成正比，方向总是与位移方向相反的运动称为简谐运动。 (2)简谐运动的回复力F=-kx。式中“-”号表示F与x方向相反。 (3)简谐运动的加速度a=-x。 公司logo 公司logo 核心知识 弹簧振子的平衡位置一定在弹簧的原长位置吗？ 水平弹簧振子的平衡位置在弹簧的原长位置 × 公司logo 公司logo 思考与讨论 拓展　如图所示，若弹簧振子位于倾角为α的光滑的斜面上，其平衡位置又在何处？ 答案　当mgsin α=kΔx时，振子位于平衡位置。 小球原来处于静止时的位置 合力为零的位置 (2)振子振动过程 (1)振动系统不振动 弹簧振子平衡位置的判断方法 公司logo 公司logo 总结提升 2.(2024·福建省高二月考)弹簧振子在做简谐运动时 A.加速度大小和位移大小成正比，方向相反 B.加速度大小和位移大小成正比，方向相同 C.速度和位移大小成正比，方向相同 D.速度和位移大小成正比，方向相反 √ 例题 根据弹簧振子回复力与位移之间的关系F=-kx可知，回复力与位移的大小成正比，但方向相反，而回复力即为弹簧振子振动过程中所受到的合外力，根据牛顿第二定律有ma=-kx，加速度大小和位移大小成正比，方向相反，故A正确，B错误； 弹簧振子越靠近平衡位置速度越大，位移越小，速度与位移方向相反，而当弹簧振子远离平衡位置时，速度越小，位移越大，速度与位移方向相同，可知速度与位移并不成正比关系，故C、D错误。 　 3.如图所示，一根轻质弹簧上端固定在天花板上，下端挂一小球(可视为质点)，弹簧处于原长时小球位于O点。将小球从O点由静止释放，小球沿竖直方向在OP之间做往复运动，如图乙所示。 小球运动过程中弹簧始终处于弹性限度内。不计空气 阻力，重力加速度为g。证明小球的振动是简谐运动。 证明：开始时弹簧形变量为零，规定向下为正方向， 依据平衡条件mg=kΔx1，之后F合=k(Δx2-Δx1)， 以弹簧伸长Δx1的位置为平衡位置，故F=-kΔx，做简谐运动。 例题 对物体进行受力分析，物体所受的 回复力满足F=-kx，即可判断物体做简谐运动 根据牛顿第二定律或运动学知识，求解物体的加速度，如果满足a=-x，即可判断物体做简谐运动 (2)运动学方法 (1)动力学方法 判断一个振动是否为简谐运动的方法 公司logo 公司logo 总结提升 简谐运动中各物理量的变化 03 4.一小球做简谐运动，相继经过如图所示的位置。 (1)试根据图示，判断小球在此振动过程中的位移、回复力、加速度、速度、动能和弹簧的弹性势能分别是如何变化的，填入表中。 小球位置 O→B B→O O→C C→O 位移x ______ ______ ______ ______ 回复力F ______ ______ ______ ______ 加速度a ______ ______ ______ ______ 速度v ______ ______ ______ ______ 动能Ek ______ ______ ______ ______ 弹性势能Ep ______ ______ ______ ______ 例题 小球位置 O→B B→O O→C C→O 位移x ______ ______ ______ ______ 回复力F ______ ______ ______ ______ 加速度a ______ ______ ______ ______ 速度v ______ ______ ______ ______ 动能Ek ______ ______ ______ ______ 弹性势能Ep ______ ______ ______ ______ 增大 减小 增大 减小 增大 减小 增大 减小 增大 减小 增大 减小 减小 增大 减小 增大 减小 增大 减小 增大 增大 减小 增大 减小 O C B 点击小球可触发 (2)找出以上各物理量分别在小球运动至何处时最大，何处时最小。 答案　位移x、回复力F、加速度a、弹性势能最大处：B处或C处； 最小处：O处； 速度v、动能Ek最大处：O处；最小处：B处或C处。 O C B 点击小球可触发 两个“方向变化”的转折点 平衡位置是位移、回复力和加速度方向变化的转折点 物体距平衡位置最远处是速度方向变化的转折点 远离平衡位置过程中 位移x增大，回复力F 、加速度a和势能Ep增大，速度v、动能Ek减小 靠近平衡位置过程中 位移x减小，回复力F 、加速度a和势能Ep减小，速度v、动能Ek增大 在平衡位置处 F=0，a=0，Ep最小，Ek最大 距离平衡位置最远处 回复力F、加速度a、弹性势能Ep最大，动能Ek=0 公司logo 公司logo 总结提升 本课结束 Keep Thinking! $