2.1 简谐运动 课件-2026-2027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，涵盖机械振动、弹簧振子、简谐运动定义及x-t图像等核心知识。通过秋千摆动、浮标运动等生活情境导入，引导学生观察往复运动特点，建立机械振动概念，再以弹簧振子为理想化模型过渡到简谐运动，形成从生活实例到物理模型的学习支架。 其亮点在于以科学思维（模型建构）和科学探究（图像分析）为核心，结合情境设问（如x-t图像是否为运动轨迹）、例题解析（从图像判断速度方向、加速度变化）及分层练习，帮助学生理解简谐运动规律。学生能提升分析与解决问题能力，教师可借助系统资源高效落实教学目标。

第二章 1.简谐运动 学习目标 1.通过观察,初步形成简谐运动的概念。(物理观念) 2.通过对弹簧振子的分析,理解简谐运动这一理想化模型。(科学思维) 3.通过对弹簧振子的x-t图像描绘,理解简谐运动的特点。(科学探究) 4.养成观察、分析、猜想、验证的良好习惯。(科学态度与责任) 基础落实　必备知识全过关 一、弹簧振子及其位移—时间图像 1.机械振动 物体或物体的一部分在一个　　　　附近的　　　　运动称为机械振动,简称振动。  2.平衡位置 　　　　 不振动时受力平衡的位置 平衡位置指振动物体原来静止时的位置。 位置 往复 3.弹簧振子(或振子) 把一个有小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　　　　滑动。弹簧的质量与小球相比可以忽略。小球运动时空气阻力　　　　,也可以忽略。小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子。 理想化模型  【要点提示】 振动中,弹簧形变始终处于弹性限度内。 4.弹簧振子的位移—时间图像 起点为平衡位置 小球相对　　　　　　　的位移随时间变化的图像。  自由 很小 平衡位置 二、简谐运动 1.定义 如果物体的位移与时间的关系遵从　　 　　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 简谐运动是最基本的振动。弹簧振子的运动就是简谐运动。 正弦函数 正弦 微思考·情境探究 情境1如图所示,秋千来回摆动、水中的浮标上下运动,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? 提示 物体总是在某一位置附近做往复性运动。 情境2如图乙所示,横坐标t表示振动时间,纵坐标x表示弹簧振子偏离平衡位置的位移。建立坐标系,结合运动传感器测量得垂直悬挂弹簧振子做简谐运动的图像。 (1)弹簧振子的位移—时间图像是弹簧振子的运动轨迹吗? (2)通过位移—时间图像你能直接获取哪些信息? 提示 (1)不是;位移—时间图像是振动规律的直观呈现,并非弹簧振子的实际运动轨迹。 (2)可直接获取3类核心信息:①弹簧振子偏离平衡位置的最大距离;②弹簧振子完成一次全振动所需的时间;③某一时刻弹簧振子的位移大小及方向。 基础转化　夯实基础提能力 基础转化点1机械振动的特点分析与判断 AI解读机械振动是物体在平衡位置附近的往复运动,核心特点是运动具有周期性和往复性。它是本章的入门基础,定位为振动问题的核心判断依据,常通过运动轨迹、受力情况判断振动类型,是后续学习的前提。 1.（多选）下列几种运动中，属于机械振动的是( ) CD A.乒乓球在地面上的上下运动 B.匀速直线运动 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运动 【解析】匀速直线运动是单向的匀速运动，没有往复，不属于机械振动，故B错误； 乒乓球虽然做上下的往复运动，但乒乓球静止时的位置（平衡位置）在地面，乒乓 球不是在平衡位置附近做往复运动，故A错误。 易混易错 往复运动不一定是机械振动，物体的运动是不是机械振动，要看两个方 面：（1）是否有平衡位置；（2）是否在平衡位置附近做往复运动。 12 2.如图所示,一弹簧振子,O为平衡位置,以向右为正方向,则弹簧振子在B、C之间振动时(　　) A.B→O位移为负,速度为正 B.O→C位移为正,速度为负 C.C→O位移为负,速度为正 D.O→B位移为正,速度为负 A 解析 速度方向即弹簧振子的运动方向,则B→O位移方向向左,为负,速度方向向右,为正,A正确;O→C位移方向向右,为正,速度方向向右,为正,B错误;C→O位移方向向右,为正,速度方向向左,为负,C错误;O→B位移方向向左,为负,速度方向向左,为负,D错误。 基础转化点2弹簧振子运动模型的构建 AI解读弹簧振子是简谐运动的理想化模型,忽略摩擦等次要因素,聚焦弹力作为回复力的核心规律。它定位为简谐运动的具象载体,是理解抽象规律的关键,帮助掌握振动规律的基础转化。 3.[2026辽宁七校协作体联考]如图所示，关于简 谐运动的位移、加速度和速度的关系，下列说 法正确的是( ) A A.位移减小时，加速度减小，速度增大 B.位移方向总和加速度方向相反，和速度方向总相同 C.物体的速度增大时，加速度不一定减小 D.物体向平衡位置运动时，速度方向和位移方向相同 16 【解析】 位移减小时，合外力减小，则加速度减小，速度增大，故A正 确；位移方向总和加速度方向相反，和速度方向可能相同，也可能相反， 故B错误；物体的速度增大时，位移一定减小，则加速度一定减小，故C 错误；物体向平衡位置运动时，速度增大，加速度和速度方向相同，可知 速度方向和位移方向相反，故D错误。 17 4.（多选）[2026四川成都期末考试]如图所示，一弹簧振子做简谐运动， 下列说法正确的是( ) AD A.若位移为负值，则加速度一定为正值 B.振子通过平衡位置时，速度为零，位移最大 C.振子每次经过平衡位置时，位移相同，速度也一定相同 D.振子每次经过同一位置时，其速度不一定相同，但位移一定相同 18 【解析】 振子的位移为负值时，受到的弹力指向平衡位置，为正值，振 子的加速度方向与受到的弹力方向相同，为正值，故A正确;振子通过平衡 位置时，位移为零，速度最大，故B错误;振子每次经过平衡位置时，位移 相同，速度大小相等，但方向不一定相同，故C错误;振子每次经过同一位 置时，位移相同，速度大小相等，但速度方向可能相同，也可能不同，故 D正确。 19 5.(多选)如图所示,弹簧下端悬挂一钢球,上端固定,它们组成一个振动系统。用手把钢球向上托起一段距离,然后释放,钢球便上下振动起来。若以竖直向下为正方向,下列说法正确的是(　　) A.钢球运动的最低处为平衡位置 B.钢球振动到平衡位置上方2 cm处时位移为-2 cm C.钢球从平衡位置振动到平衡位置下方3 cm过程中速度增大 D.钢球从平衡位置振动到平衡位置上方2 cm过程中加速度增大 BD 解析 钢球的平衡位置为钢球静止时的位置,即在弹簧弹力与钢球重力相等的位置,A错误;振动中钢球的位移是相对于平衡位置的,若以竖直向下为正方向,则钢球振动到平衡位置上方2 cm处时位移为-2 cm,B正确;钢球远离平衡位置运动,速度减小,C错误;钢球远离平衡位置运动,加速度增大,D正确。 基础转化点3简谐运动的图像 AI解读简谐运动的图像是x-t图像,直观反映位移随时间的变化规律,可判断振幅、周期等关键物理量。它是本章的核心考点,地位重要,常结合图像分析振动状态、判断运动方向,是规律应用的基础转化工具。 6.[2026湖南岳阳期末考试]如图甲所 示，弹簧振子以 点为平衡位置，在 、 两点之间做简谐运动，取向右 为正方向，振子的位移随时间 的变 A A. 时，振子的速度方向向左 B.时，振子在点右侧 处 C.和 时，振子的加速度相同 D.到 的时间内，振子的速度逐渐减小 化如图乙所示，下列说法正确的是 ( ) 23 【解析】 由题图乙可知，当 时，振子正通过平衡位置向负方向 运动，即速度方向向左，A正确;在时，振子位移为正且大于 ， 即在点右侧大于处，B错误; 时，振子位于正向最大位移 处， 时，振子位于负向最大位移处，两个时刻振子的加速度方向 相反，C错误; 到 的时间内，振子向平衡位置运动，速度 逐渐增大，D错误。 24 7.[2026陕西商洛模拟考试]如图甲所 示，竖直的轻弹簧一端固定在地面上， 另一端拴住一个铁块，现让铁块在竖 直方向做往复运动，从铁块所受合力 为零开始计时，取向上为正方向，其 C A.在 时间内铁块的速度逐渐增大 B.在和 两时刻弹簧的弹力大小相等 C.在 时间内铁块做加速度逐渐减小的加速运动 D.在 时，铁块的速度方向向上 运动的位移—时间图像如图乙所示，下列说法正确的是( ) 25 【解析】 在 时间内铁块从平衡位置向最高点运动，铁块的速度 逐渐减小，故A错误；由题图乙可知铁块做简谐运动， 和 两时刻铁块相对平衡位置的位移大小相等，但铁块平衡时弹簧 的形变量并不为零，故两时刻弹簧形变量不同，即弹簧的弹力大小不相等， 故B错误；至 这段时间铁块从最高点向平衡位置运动， 相对平衡位置的位移逐渐减小，则所受合外力逐渐减小，则加速度减小， 即铁块做加速度逐渐减小的加速运动，故C正确；由题图乙斜率可知 时铁块速度方向为负方向，向下，故D错误。 26 重难探究　能力素养全提升 命题角度 从简谐运动图像(x-t图像)获取的信息 (1)任意时刻质点位移的大小和方向。如图甲所示,质点在t1、t2时刻的位移分别为x1和-x2。 (2)任意时刻质点的振动方向 ①看下一时刻质点的位置,如图乙中A点,下一时刻离平衡位置更远,故A点向正方向振动。②从图像的斜率分析:图像切线斜率为正(或负),表示速度方向为正(或负)方向;斜率的绝对值表示速度大小。 (3)某段时间内位移、速度、加速度的变化情况判断:先判断质点在这段时间内的振动方向,从而确定各物理量的变化。如图甲所示,质点在t1到t0这段时间内,离平衡位置的位移变小,故质点正向平衡位置运动,速度增大,加速度变小。 例题如图甲所示,一弹簧振子在A、B之间做简谐运动①,O点为弹簧振子静止的位置②,其振动图像如图乙③所示,规定水平向右为正方向③。试根据图像分析以下问题: (1)在t=0时刻,弹簧振子所处的位置为　　　　,正在向　　　　(选填“左”或“右”)运动。  (2)A、B两点间的距离为　　　　 cm。  O点 右 6 (3)在图乙中,弹簧振子在t=1 s、t=2 s和t=3 s时所处的位置依次是　　　　、　　　　和　　　　。  (4)在t=2 s时,弹簧振子的速度方向与t=0时速度的方向　　　　。  (5)弹簧振子在前4 s内的位移等于　　　　　　 cm,其路程为 　　　　 cm。  B点 O点 A点 相反 0 12 解析 (1)由振动图像知,t=0时,x=0,表示振子位于平衡位置O点,在0~1 s内,振动位移x>0,且逐渐增大,表示t=0时,振子沿正方向运动,即向右运动。 (2)由振动图像知,振子离开平衡位置的最大距离为3 cm,则lAB=6 cm。 (3)t=1 s时,x=3 cm,振子位于B点;在t=2 s时,x=0,振子位于平衡位置,即O点;在t=3 s时,x=-3 cm,振子位于A点。 (4)在t=2 s时,振动图像的斜率为负,表示向负方向运动,即向左运动,与t=0时速度的方向相反。 (5)在t=4 s时,振子又回到了平衡位置,故位移Δx=0,其路程为 s=3×4 cm=12 cm。 [教你析题] 读取题干 获取信息 ① A、B两点为弹簧振子向左或向右的最大位移位置 ② 弹簧振子的平衡位置在O点 ③ 各时刻的位置坐标,各时刻图像的斜率 [教你破题] 学以致用　随堂检测全达标 基础练习 题型1 对机械振动、弹簧振子的理解 1.（2025江苏扬州期中）图甲中，一只小鸟站在树枝上与树枝一起上下振动，小鸟振动 的 图像如图乙所示，速度向下为正。下列说法正确的是( ) B A. 时刻小鸟处在最低点 B. 时刻小鸟的加速度最大 C. 时刻树枝对小鸟的弹力最大 D. 时刻小鸟的速度方向向上 37 【解析】 由于速度向下为正，根据题图乙可知，小鸟先向下运动， 时刻的速度 为0，随后，速度变为负值，小鸟向上运动，可知 时刻小鸟处在最低点。 图像斜率的绝对值表示加速度大小，根据题图乙可知， 时刻小鸟的加速度 最大。 图像斜率的绝对值表示加速度大小，根据题图乙可知， 时刻加速度为0，树 枝对小鸟的弹力大小等于小鸟的重力（ 时刻小鸟的速度最大，加速度为0，此时 小鸟受力平衡。）， 时刻图像斜率为负值，表明此时加速度方向向上，树枝对小鸟弹 力大小大于小鸟的重力，可知 时刻树枝对小鸟的弹力不是最大。 根据题图乙可知， 时刻，速度为正，由于速度向下为正，所以小鸟的速度方 向向下。 . . . . 38 2.（2025上海市闵行中学期中）关于弹簧振子，以下说法正确的是( ) A A.弹簧振子是研究机械振动的物理模型 B.小球的质量远小于弹簧的质量 C.弹簧的质量不需要很轻 D.弹簧和小球组成的系统机械能不守恒 【解析】 弹簧振子是研究机械振动的理想化物理模型。 弹簧的质量需要很轻，小球的质量远大于弹簧的质量。 弹簧和小球组成的系统机械能守恒。 39 题型2 对简谐运动的理解 3.（2025重庆市武隆中学月考）下列关于简谐运动，说法正确的是( ) B A.位移的方向总是指向平衡位置 B.位移的方向总是由平衡位置指向物体所在位置 C.位移的方向总是跟速度的方向相反 D.速度的方向总是跟位移的方向相同 【解析】 简谐运动的质点相对平衡位置的位移方向总是由平衡位置指向质点 所在位置。 质点的位移方向总是由平衡位置指向质点所在位置，而速度方向有时指向平 衡位置，有时与其相反。所以速度的方向有时跟位移的方向相同，有时跟位移的方向相 反。 40 对弹簧振子平衡位置的理解 （1）弹簧振子的平衡位置是振子不振动时，小球静止的位置。 ①如图甲，水平方向的弹簧振子：弹簧弹力为零时的位置。 ②如图乙，竖直方向的弹簧振子：弹簧拉力与小球重力平衡时的位置。 ③如图丙，光滑斜面上的弹簧振子：弹簧拉 力与重力沿斜面向下的分力平衡时的位置。 （2）弹簧振子的平衡位置是振动过程中小 球速度最大的位置。 41 4.（多选/2024陕西渭南期中改编）关于简谐运动，下列说法正确的是( ) BC A.水平弹簧振子做简谐运动时振子运动是匀变速运动 B.水平弹簧振子通过平衡位置时，速度最大 C.水平弹簧振子的位移减小时，加速度减小，速度增大 D.水平弹簧振子连续两次通过同一位置时，速度相同 分析简谐运动中各物理量的变化情况时，要以位移为桥梁，位移增大时，振 子的受力、加速度增大，速度减小；反之，则产生相反的变化。 42 【解析】 做简谐运动的物体受到的是变力，加速度变化，所以简谐运动不是匀变 速运动。 水平弹簧振子通过平衡位置时，加速度为零，速度最大。 当位移减小时，弹力减小，则加速度减小，水平弹簧振子向平衡位置运动，速度增 大。 除了经过最大位移位置，振子连续两次经过同一位置时速度的大小相同，方向相反。 43 5.如图所示,一个质量为m=1 kg、有小孔的小球连接在轻质弹簧的一端,弹簧的另一端固定,该弹簧的劲 度系数k=100 N/m,小球套在光滑的杆上,能够自由滑动。不加任何外力时,小球静止在O点。现将小球 向右拉至A点,然后由静止释放,小球将做简谐运动,小球向左运动的最远位置是B点。OA=10 cm,小球运 动到A点时弹簧的弹性势能为0.5 J,不计其他阻力。求: (1)小球在B点的位移大小和加速度大小; (2)小球在振动过程中速度的最大值。 解析    (1)由于小球做简谐运动,故A、B两点关于O点对称,则小球在B点的位移大小 x=OB=OA=10 cm=0.1 m 小球在B点时对其进行受力分析,可得FB=kx=ma 解得加速度大小a=10 m/s2 (2)弹簧振子沿水平方向做简谐运动,只有弹簧弹力做功,故小球和弹簧组成的系统机械能守恒(破题关 键),小球在O点所受合力为0,弹簧的弹性势能最小(弹性势能为0),因此小球在O点时速度最大。小球由 A运动到O,弹簧的弹性势能全部转化为小球的动能,可得EpA= mv2,解得v=1 m/s 答案    (1)0.1 m    10 m/s2    (2)1 m/s 题型3 简谐运动的位移—时间图像 6.（2026上海复旦大学附属中学期中）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不正确的是( ) B A.选取小球的平衡位置为该图像的坐标原点 B.从图像可以看出小球在振动过程中是沿 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 轴方向匀速运动 D.图像中小球的疏密不同显示出相同时间内小球位置变 化快慢不同 46 【解析】 从题图中能看出坐标原点在平衡位置。 小球只在轴上振动，图像是让底片沿垂直 轴方向匀速运动得到的。 因题图中相邻小球之间经过的时间相同，疏密程度可以说明小球的位置变化快慢。 本题选不正确的，故选B。 47 7.（多选/2026广东河源期中）如图甲所示，弹簧振子在、间振动， 为平衡位置，规 定向右为正方向，图乙是从某位置开始计时的振动图像。则下列说法正确的是( ) BC A.振子的振幅为 B.内振子通过的路程为 C.时间内振子由向 运动 D.与 时振子加速度方向相反 【解析】 由题图乙可知，振子的振幅为 。 振子的振幅为，则内振子通过的路程为 。 由题图乙可知，时间内振子从平衡位置向正向最大位移处移动，即振子由 向 运动。 由题图乙可知，与 时振子处在同一位置，则加速度方向相同。 48 8.[2026江苏苏州期末]简谐运动是一种简单、协调、自洽的运动,拥有完美的对称性,它的速度随位移变化图线应为 ( )     B     解析　以水平弹簧振子为例,简谐运动过程中,根据能量守恒有 mv2+ kx2=C(常数),整理得 + =1, 即满足 + =1,因此v-x图线为椭圆,故选B。 一题多解　　图像法:v-x图线斜率k= = = ,弹簧振子从平衡位置向最大位移处运动时,位移x增大, 速度v减小,加速度a增大,即图线斜率的绝对值增大,B正确。 9.(2026·四川省双流棠湖中学期中)如图所示，轻弹簧一端固定于水平地面上的 点， 另一端与一小球相连，初始时小球静止于点，此时弹簧的压缩量为 。现用外力将 小球沿竖直方向缓慢压至点，撤去外力后小球在点及上方某点 （图中未标出） 之间做简谐运动。下列说法正确的是( ) C A.小球在点和 点时的速度为0，加速度相同 B.小球从点运动到 点的过程中，速度最大时弹簧一定处于原长状态 C.小球在、 两点间运动的过程中，动量最大时系统的势能最小 D.若换用质量更小的小球， 将变大 51 【解析】小球做简谐运动，在、 点时的速度为0，加速度大小相等，方向相反， 故A错误；小球在平衡位置时，速度最大，所受合外力为零，由于小球受重力和弹 簧弹力共同作用，在平衡位置（点处）弹簧弹力 ，弹簧处于压缩状态，并 非原长状态，故B错误；小球在、两点间运动的过程中，过 点时速度（动量）最 大，小球的动能最大，而整个运动过程中，系统的机械能守恒，所以此时系统的势 能最小，故C正确；由公式可知，若换用质量更小的小球， 将变小，故 D错误。 52 $