第2章 第1节 简谐运动（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（鲁科版）

该高中物理课件聚焦机械振动与简谐运动，通过生活实例（如浮标浮动、秋千摆动）导入机械振动概念，逐步建立平衡位置、回复力等核心物理量认知，再以弹簧振子模型为支架过渡到简谐运动特征及各物理量变化规律。 其亮点在于以科学思维中的模型建构（弹簧振子理想化）和科学推理（F=-kx推导）为核心，结合物理观念中的运动与能量观念，通过易错辨析、表格总结各物理量变化规律。学生能深化对简谐运动本质的理解，教师可依托清晰的重难点设计提升教学针对性。

简谐运动 第1节 第 2 章 1.认识机械振动，会找平衡位置和回复力(重点)。 2.认识简谐运动，找出简谐运动的特征(重点)。 3.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(重难点)。 学习目标 内容索引 课时对点练 一、机械振动 二、简谐运动及其特征 三、简谐运动中各物理量的变化 < 一 > 机械振动 1.机械振动：物体(或物体的某一部分)在某一位置附近的 称为机械振动，简称振动。 2.平衡位置：物体原来静止时的位置，即上述定义中的“某一位置”。 3.回复力 (1)定义：振动物体所受的总是指向 的力。 (2)方向：总是指向 。 (3)作用效果：使物体总是在 附近振动。 (4)来源：回复力可由振动物体受到的 来提供，也可由振动物体受到的几个力的 来提供。 往复运动 平衡位置 平衡位置 平衡位置 某一个力 合力 (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。(　　) × × 易错辨析 　下列日常生活常见的情形中，不属于机械振动的是 例1 √ 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。 返回 < 二 > 简谐运动及其特征 1.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 的物体，不计 质量，物体置于 水平面上，这样构成的 称为弹簧振子。 (2)振子的位移：振子相对 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 相互转化，机械能 。 质点 弹簧 光滑 振动系统 平衡 弹性势能 守恒 2.简谐运动 (1)定义：物体所受回复力的大小与位移大小成 ，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= 。式中“-”号表示F与x方向相反。 (3)简谐运动的加速度a=-x。 正比 -kx 弹簧振子的平衡位置一定在弹簧的原长位置吗？请结合竖直悬挂的弹簧振子进行分析(小球的质量为m，重力加速度为g，弹簧的劲度系数为k)。 思考与讨论 答案　不一定。如竖直悬挂的弹簧振子，当mg=kΔx，即重力与弹力的合力为零时，振子位于平衡位置。 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。 弹簧振子平衡位置的判断方法： (1)振动系统不振动，小球原来处于静止时的位置； (2)振子振动过程中，合力为零的位置，此时小球的加速度为零，速度 最大。 提炼·总结 　(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2 √ 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。 　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。 例3 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。 答案　见解析 判断一个振动是否为简谐运动的方法 1.动力学方法：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。 2.运动学方法：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。 总结提升 返回 < 三 > 简谐运动中各物理量的变化 　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。 例4 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 (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。 1.当物体远离平衡位置过程中，位移增大，回复力、加速度和势能增大，速度和动能减小；当物体靠近平衡位置过程中，位移减小，回复力、加速度和势能减小，速度和动能增大。 2.简谐运动中的物体距平衡位置最远处，F、a、Ep最大，Ek=0；在平衡位置处，F=0，a=0，Ep最小，Ek最大。 3.两个“方向变化”的转折点 (1)平衡位置是位移方向、回复力方向和加速度方向变化的转折点。 (2)物体距平衡位置最远处是速度方向变化的转折点。 总结提升 返回 < 四 > 课时对点练 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 B BC B D C B B AB B 对一对 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 考点一　机械振动 1.(多选)下列运动中不属于机械振动的是 A.小鸟飞走后树枝的运动 B.竖直向上抛出的物体的运动 C.说话时声带的运动 D.爆炸声引起窗扇的运动 基础对点练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 25 物体(或物体的某一部分)在某一位置附近的往复运动称为机械运动，树枝的运动、声带的运动以及窗扇的运动均是在其平衡位置附近的往复运动，只有竖直向上抛出的物体的运动不是在其平衡位置附近的往复运动，故选B。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 考点二　简谐运动及其特征 2.(多选)关于简谐运动的回复力，下列说法正确的是 A.简谐运动的回复力一定是弹力 B.回复力的方向一定指向平衡位置 C.回复力大小一定与位移大小成正比，且两者方向总是相反 D.简谐运动的回复力公式F=-kx中，k是弹簧的劲度系数，x是弹簧的长度 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 简谐运动的回复力是按效果命名的力，是使物体回到平衡位置的力，可能是弹力，也可能是其他力或某些力的合力，方向一定指向平衡位置，故A错误，B正确； 回复力大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反，C正确； 简谐运动的回复力公式F=-kx中，k是比例系数，x是物体相对平衡位置的位移，D错误。 3.如图所示的弹簧振子，O点为它的平衡位置，当小球从A点运动到C点时，小球离开平衡位置的位移 A.大小为OC，方向向左 B.大小为OC，方向向右 C.大小为AC，方向向左 D.大小为AC，方向向右 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 小球的位移是相对于平衡位置的位移，故选B。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 考点三　简谐运动中各物理量的变化 4.一弹簧振子振动过程中的某段时间内其加速度数值越来越大，则在这段时间内 A.物体的动能逐渐增大 B.物体正在向平衡位置运动 C.物体的速度方向与加速度方向一致 D.物体的位移逐渐增大 √ 弹簧振子振动过程中，加速度数值越来越大，位移数值越来越大，物体远离平衡位置，速度越来越小，动能越来越小，A、B错误，D正确； 由以上分析可知，物体正远离平衡位置，速度方向背离平衡位置，加速度方向指向平衡位置，所以物体的速度方向与加速度方向相反，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 5.如图所示，一弹簧振子在一条直线上做简谐运动，第一次先后经过M、N两点时速度v(v≠0)相同。那么，下列说法正确的是 A.小球在M、N两点所受弹簧弹力相同 B.小球在M、N两点相对平衡位置的位移相同 C.小球在M、N两点加速度大小相等 D.从M点到N点，小球先做匀加速运动，后做匀减速运动 √ 由题意和简谐运动的对称性特点知，M、N两点关于平衡位置O对称。小球在M、N两点所受弹力大小相等、方向相反，小球位移也是大小相等、方向相反，A、B错； 小球在M、N两点的加速度虽然方向相反，但大小相等，C对； 小球由M到O速度越来越大，但加速度越来越小，小球做加速运动，但不是匀加速运动，小球由O到N速度越来越小，但加速度越来越大，小球做减速运动，但不是匀减速运动，D错。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 6.关于简谐运动，下列说法正确的是 A.物体所受的回复力始终指向平衡位置，方向不变 B.如果物体的速度越来越大，加速度一定越来越小 C.在恒力作用下，物体可能做简谐运动 D.物体的加速度方向和速度方向总是相反 √ 能力综合练 物体所受的回复力始终指向平衡位置，方向在变化，A错误； 如果物体的速度越来越大，说明在靠近平衡位置，位移越来越小，加速度一定越来越小，B正确； 物体做简谐运动需满足F=-kx，回复力与位移成正比，所以在恒力的作用下，物体不可能做简谐运动，C错误； 在物体靠近平衡位置时，物体的加速度方向和速度方向相同，在物体远离平衡位置时，物体的加速度方向和速度方向相反，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 7.做简谐运动的物体，其加速度a随位移x变化的规律应是 根据F=-kx，则振子的加速度a==-x，则a-x图像为B图所示。 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 8.(多选)某鱼漂的示意图如图所示，O、M、N为鱼漂上的三个点。当鱼漂静止时，水面恰好过点O。用手将鱼漂向下压，使点M到达水面，松手后，鱼漂会上下运动，上升到最高处时，点N到达水面。不考虑阻力的影响，下列说法正确的是 A.鱼漂的运动是简谐运动 B.点O过水面时，鱼漂的速度最大 C.点M到达水面时，鱼漂具有向下的加速度 D.鱼漂由上往下运动时，速度越来越大 √ √ 鱼漂在水中受到了浮力的作用，浮力的大小与鱼漂进入水面的深度成正比，鱼漂所受的重力为恒力，以静止时O点所处位置为坐标原点，则合力的大小与鱼漂的位移大小成正比，方向总是与位移方向相反，所以鱼漂做简谐运动，故A正确； 点O过水面时，鱼漂到达了平衡位置，所受合力为零，加速度最小，速度最大，故B正确； 点M到达水面时，鱼漂达到了向下的最大位移，所受合力方向向上，所以具有向上的加速度，故C错误； 由简谐运动的特点可知，鱼漂由上往下运动时，速度先增大，达到最大后开始减小，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 9.(2024·福建德化一中高二月考)如图所示，木块在水中沿竖直方向做简谐运动，运动过程中速度v随时间t变化的关系和木块受到的合力F和动能Ek随相对平衡位置的位移x变化的关系图像可能正确的是 尖子生选练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 因为木块在水中沿竖直方向做简谐运动，故运动的速度v随时间t变化的关系图像应如图B所示，A错误，B正确； 设木块底面积为S，根据简谐运动的规律可知，浮力与重力平衡时木块所处位置为平衡位置，则有F=-ρ水Sxg，则运动过程木块受到的合力F与x的图线应该过二、四象限，C错误； Ek-x图线斜率表示合外力F，F随x变化，则Ek-x图线不是直线，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 返回 本课结束 第 2 章 $