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机械振动与简谐运动，从钟摆摆动、浮标浮动等生活现象导入，引导学生归纳往复运动特征，建立弹簧振子模型，通过实验探究位移-时间图像，最终形成简谐运动概念，构建从生活到模型再到规律的学习支架。 其亮点在于以问题驱动和实验探究落实科学思维与科学探究，如通过讨论弹簧振子理想化条件培养模型建构能力，用描迹法生成图像并验证正弦规律强化证据意识。随堂练习结合图像分析运动状态，课堂小结用流程图梳理逻辑，助力学生构建知识体系，教师可直接用于教学提升效率。

第二章 机械振动 2.1 简谐运动 钟摆来回摆动 水中浮标上下浮动 扁担下物体颤动 这些运动都在某一位置附近往复变化。它们的共同特征是什么？怎样用图像描述这种往复运动？ 新课导入 1. 能通过生活现象归纳机械振动的共同特征。 2. 能说明弹簧振子模型的条件，辨认平衡位置和位移方向。 3. 能借助实验图像说明弹簧振子的位移随时间变化关系。 4. 能根据 x-t 图像判断简谐运动及振子位移、速度变化。 学习目标 一、认识机械振动 活动：请描述这些现象的运动范围和反复经过的位置有什么共同点？ 现象：钟摆、水中浮标、扁担下物体都不是沿直线远离原位置，而是在某一位置附近反复运动。 共同点：物体总是在某一位置附近做往复性的运动。 归纳：物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动，叫机械振动，简称振动。 1. 从往复现象归纳共同特征 钟摆来回摆动 水中浮标上下浮动 扁担下物体颤动 新知探究 问题1：小球的运动具有什么特点？为什么最终会停下来？ 问题2：如果阻力和弹簧质量都可忽略，研究对象可以怎样简化？ 二、建立弹簧振子模型 情境：把小球向右拉开一段距离后释放，会看到什么？ 1. 从真实装置抽象模型 开始做往复运动；受到摩擦阻力和空气阻力，机械能逐渐损失。 把小球和弹簧组成的系统抽象为弹簧振子。 新知探究 二、建立弹簧振子模型 弹簧振子：小球和弹簧组成的振动系统。 模型条件： 1. 小球可视为质点； 2. 弹簧质量远小于小球质量； 3. 摩擦力和空气阻力可以忽略； 4. 弹簧始终在弹性限度内。 2. 弹簧振子的理想化条件 新知探究 二、建立弹簧振子模型 问题：水平弹簧振子和竖直弹簧振子处于平衡位置时，弹簧状态相同吗？ 3. 比较水平与竖直振子的平衡位置 答案：不相同。水平弹簧振子在弹簧原长处合力为0；竖直弹簧振子在弹力与重力平衡处合力为0。 归纳：平衡位置是振动物体所受合力为0的位置。 O B A A o B 弹簧处于原长时的位置 弹力等于重力的位置 甲 乙 新知探究 二、建立弹簧振子模型 为了描述振子位置，以平衡位置 O 为坐标原点，沿振动方向建立 x 轴，规定向右为正方向。 问题：振子在 O 点右侧和左侧时，位移符号分别怎样确定？ x：表示振子相对平衡位置 O 的位移 右侧 x 为正，左侧 x 为负；这里的位移是相对平衡位置的位移。 新知探究 三、探究简谐运动的图像特征 活动：让纸带沿垂直于振动方向匀速运动，绘图笔随振子上下描迹。 1. 用描迹法记录 x-t 图像 纸带匀速运动，纸带位移与时间成正比；笔尖横向记录时间，纵向记录振子相对平衡位置的位移。 问题：为什么纸带上的曲线可以看作位移—时间图像？ 新知探究 三、探究简谐运动的图像特征 归纳：在坐标系中标出各时刻小球球心的位置，用曲线连接，就得到振子相对平衡位置的位移随时间变化的图像。 横轴表示时间 t，纵轴表示位移 x。 2. 从位置记录生成振动图像 新知探究 三、探究简谐运动的图像特征 问题：得到的 x-t 曲线很像正弦曲线，怎样判断它是否真的遵从正弦规律？ x = A sin(ωt + φ) 3. 判断 x-t 图像是否为正弦曲线 方法1：测量振幅和周期，写出对应的正弦函数，再比较测量点与函数值。 方法2：测量各点坐标，输入计算机拟合，看能否用正弦函数表示。 若位移与时间的关系可视为正弦函数关系，就具备简谐运动的图像特征。 新知探究 三、探究简谐运动的图像特征 定义：如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像是一条正弦曲线，这样的振动叫作简谐运动。 理解：简谐运动是最基本、最简单的振动；弹簧振子的运动可以看作简谐运动。 问题：简谐运动的轨迹一定是正弦曲线吗？ 4. 建构简谐运动概念 不是。正弦曲线是 x-t 图像，不是振子的实际运动轨迹。 新知探究 三、探究简谐运动的图像特征 C A x1 B x2 -x2 斜率<0，v<0 v最大 问题：图线上某点能告诉我们哪些运动信息？ 5. 从 x-t 图像读取运动信息 纵坐标判断位移大小和方向；切线斜率判断速度方向和快慢变化；远离平衡位置时速度减小，靠近平衡位置时速度增大。 新知探究 四、用图像分析简谐运动 如图是某质点做简谐运动的振动图像。 问题1：质点离开平衡位置的最大距离多大？ 问题2：1.5 s 和 2.5 s 时质点分别向哪个方向运动？ 问题3：第2s末位移和前2s内路程分别是多少？ 1. 根据振动图像分析运动状态 10 cm； 1.5 s 沿负方向运动，2.5s沿负方向运动； 第 2s末位移为0，前2s内路程为20 cm。 新知探究 四、用图像分析简谐运动 例：弹簧振子在B、C两点间做简谐运动，B、C相距20cm。小球从B点开始计时，0.5s后首次到达C点。 求：振幅 A、周期 T，以及5s内通过的路程和5s末位移。 2. 从端点计时求周期、路程与位移 解：A = BC/2 = 10 cm。由 B 到 C 是半个周期，T/2 = 0.5 s，得 T = 1.0 s。 5 s = 5T，一个周期路程为 4A = 40 cm，所以 s = 5×40 cm = 200 cm；5 s 末回到 B 点，位移为 +10 cm（若取 OB 方向为正）。 新知探究 五、形成研究振动的方法 （1）先观察：是否围绕某一位置往复运动。 （2）再建模：明确研究对象、平衡位置和忽略条件。 （3）后记录：用相等时间间隔的位置数据作 x-t 图像。 （40作判断：看位移与时间关系是否可用正弦函数描述。 1. 观察、建模、记录、判断 新知探究 五、形成研究振动的方法 本节我们从图像角度认识了简谐运动。 问题：如果要进一步解释弹簧振子为什么会按正弦规律振动，还需要研究哪些物理量之间的关系？ 2. 连接回复力与能量问题 需要研究振子所受回复力与位移的关系，以及振动过程中的能量转化。 新知探究 1.（多选）如图所示的弹簧振子，O 点为平衡位置。关于振子的运动，下列说法正确的是（ ） A. 振子从 A 点运动到 C 点时位移大小为 OC，方向向右 B. 振子从 C 点运动到 A 点时位移大小为 CA，方向向右 C. 振子从 A 点运动到 C 点的过程中，速度在增大，加速度在减小 D. 振子从 A 点运动到 O 点的过程中，速度先增大后减小，加速度先减小后增大 AC 随堂练习 2. 如图为水平方向的弹簧振子，小球在 M、N 间做简谐运动，O 是平衡位置。下列描述正确的是（ ） A. 小球经过 O 点时速度为零 B. 小球经过 M 点与 N 点时有相同的加速度 C. 小球从 M 点向 O 点运动过程中，加速度增大，速度增大 D. 小球从 O 点向 N 点运动过程中，加速度增大，速度减小 D 随堂练习 3.（多选）如图为某质点做简谐运动的位移—时间图像，若 t = 0 时质点正经过 O 点向 b 运动，则下列说法正确的是（ ） A. 质点在 0.7 s 时，正在远离平衡位置运动 B. 质点在 1.5 s 时的位移达到最大 C. 1.2 s 到 1.4 s，质点的位移在增大 D. 1.6 s 到 1.8 s，质点的位移在增大 BC 随堂练习 4.（多选）图甲为以 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。下列说法正确的是（ ） A. t = 0.2 s 时，弹簧振子的加速度为正向最大 B. 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，弹簧振子做加速度增大的减速运动 D. t = 0.6 s 时，弹簧振子有最小的位移 BC 随堂练习 生活往复现象 ↓ 机械振动：在某一位置附近往复运动 ↓ 弹簧振子模型：质点 + 轻弹簧 + 忽略阻力 + 弹性限度内 ↓ 以平衡位置为原点建立 x 轴，记录位移随时间变化 ↓ 若 x-t 图像为正弦曲线，则为简谐运动 课堂小结 EV.Movie.Editor Lavf58.33.100 www.ieway.cn $