2.1 简谐运动(PPT课件)-【满分思维】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册配套课件（人教版）

1 简谐运动 1 学习任务一 弹簧振子 学习任务二 弹簧振子的位移—时间图像 随堂巩固 ◆ ◆ 新课探究 课后习题 2 学习任务一 弹簧振子 ［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空. 1.机械振动 (1)定义：物体或物体的一部分在______位置附近的往复运动称为机械振动，简 称振动.这个位置称之为平衡位置. (2)特点：①围绕着平衡位置运动；②运动具有往复性. 一个 学习任务一 3 2.弹簧振子 (1)定义：小球和弹簧组成的系统称作弹簧振子，有时也简称为振子. (2)条件：①忽略摩擦力等各种阻力；②小球看成质点； ③忽略弹簧质量; ④弹 簧始终在弹性限度内. 学习任务一 4 水平弹簧振子 竖直弹簧振子 示意图 运动特点 把小球拉向右方,然后放开,它就在 水平方向的平衡位置附近运动起来 将小球下拉或者上托之后 放开,小球总是在竖直方向 的平衡位置附近往复运动 (3)弹簧振子的分类(按振动方向分) 学习任务一 5 水平弹簧振子 竖直弹簧振子 平衡位置受力 平衡位置 弹簧原长 形变量 续表 学习任务一 6 【辨别明理】 (1) 乒乓球在地面上的上下运动是一种机械振动.( ) × (2) 平衡位置是速度为零的位置.( ) × 学习任务一 7 例1 关于弹簧振子，以下说法正确的是( ) 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物理模型，故A正确；弹簧的质量需要很轻， 小球的质量要远大于弹簧的质量，故B、C错误；弹簧和小球组成的系统机械能 守恒，故D错误. √ 学习任务一 8 例2 (多选)弹簧上端固定在 点，下端连接一小球，组成一个振动系统， 如图所示，用手竖直向下拉一小段距离后释放小球，小球便上下振动 起来.关于小球的平衡位置，下列说法正确的是( ) A.在小球运动的最低点 B.在弹簧处于原长的位置 C.在小球速度最大的位置 D.在小球原来静止的位置 [解析] 平衡位置是振动系统不振动时小球处于平衡状态的位置，可知 在该位置小球所受的重力与弹簧的弹力相等，即 ，则小球原来静止的 位置是小球的平衡位置，D正确，A、B错误；当小球在振动过程中经过平衡位 置时，其加速度为零，速度最大，C正确. √ √ 学习任务一 9 变式1 [2025·重庆八中高二月考] 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 、 两点时速度 相同，那么下列说法正确的是 ( ) A.振子在、 两点所受弹簧弹力相同 B.振子在、 两点时的位移相同 C.振子在、 两点加速度大小相等 D.从点到 点，振子先做匀加速运动，后做匀减速运动 √ 学习任务一 10 [解析] 、两点关于 点对称，弹簧弹力、位移和加速度大小相等、方向相反， 选项A、B错误，C正确；振子由 速度越来越大，但加速度越来越小，振 子做加速运动，但不是匀加速运动，振子由 速度越来越小，但加速度越 来越大，振子做减速运动，但不是匀减速运动，选项D错误. 学习任务一 11 【要点总结】 振子振动中的运动描述 振动的过程 弹力方向 位移方向 从平衡位置 运动到正向 位移最大 指向平衡位置 由平衡位置指向小球所在的位置 ①弹簧对小球的弹力方向与位移方向相反 ②加速度方向与弹力方向相同,与位移方向相反 ③速度方向与位移方向相同 从正向位移 最大处运动 到平衡位置 指向平衡位置 由平衡位置指向小球所在的位置 ①弹簧对小球的弹力方向与位移方向相反 ②加速度方向与弹力方向相同,与位移方向相反 ③速度方向与位移方向相反 学习任务一 12 学习任务二 弹簧振子的位移—时间图像 ［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空. 1.弹簧振子的位移:从______位置指向振子在该时刻位置的______线段;若规定振 动质点在平衡位置右侧时位移为____，则它在平衡位置左侧时位移为____. 平衡 有向 正 负 学习任务二 13 2.振动图像图像 (1) 图像：用横轴表示小球运动的________，纵轴表示小球离开______位 置的位移 ，描绘出的小球在平衡位置附近__________时的______随______变 化的 图像，即为振动图像，如图所示. 时间 平衡 往复运动 位移 时间 (2) 图像的物理意义：反映了振子位移随时间变化的规律，它______ 不是 3.简谐运动：物体的位移与时间的关系遵从__________的 规律，振动图像图像 是一条__________. 正弦函数 正弦曲线 (选填“是”或“不是”)振子的运动轨迹. 学习任务二 14 例3 如图所示是某振子做简谐运动的图像，以下说法正确的是( ) A.因为振动图像可由实验直接得到，所以图像就是振子实际 运动的轨迹 B.振动图像反映的是振子位移随时间变化的规律，并不是振 子运动的实际轨迹 C.振子在位置的位移就是曲线 的长度 D.振子运动到 点时的速度方向即该点的切线方向 [解析] 振动图像表示振子位移随时间的变化规律，并不是振子实际运动轨迹，B 正确，A、C错误；点切线的方向不表示振子运动到 点时的速度方向，D错误. √ 学习任务二 15 变式2 (多选)[2026·河北石家庄二中高二月考] 弹簧振子做简谐运动，振动图像 如图所示，下列说法正确的是( ) A.、 时刻物体的速度大小相等，方向相反 B.、 时刻物体的位移大小相等，方向相反 C.、 时刻物体的速度大小相等，方向相反 D.、 时刻物体的位移大小相等，方向相反 [解析] 从题图可以看出，、 时刻物体位于同一位置，位移大小相等，方向 相同，速度大小相等，方向相反，A正确，B错误；、 时刻物体速度大小相 等，方向相同，C错误；、 时刻物体分别位于平衡位置两侧且关于平衡位置 中心对称，位移大小相等，方向相反，D正确. √ √ 学习任务二 16 【要点总结】 1.从弹簧振子的振动图像可以确定任意时刻小球的位移、振动方向和加速度的方向. 2.位移—时间图像反映了小球位移随时间变化的规律,它不是小球的运动轨迹. 3.弹簧振子的振动图像图像 是正弦曲线. 学习任务二 17 1.(对机械振动的理解)关于机械振动的位移和平衡位置,以下说法中正确的是 ( ) A.平衡位置就是物体振动范围的中心位置 B.机械振动的位移是以平衡位置为起点的位移 C.做机械振动的物体运动的路程越大,发生的位移也越大 D.机械振动的位移是指振动物体偏离平衡位置最远时的位移 [解析] 简谐运动的平衡位置在中心位置，非简谐运动不一定在，A错误;机械振 动的位移是以平衡位置为起点指向物体所在位置的有向线段,位移随时间而变化, 振动物体偏离平衡位置最远时,发生的位移最大,B正确,C、D错误. √ 随 堂 巩 固 18 2.(弹簧振子)[2026·北京十一学校高二月考] 如图所示为一个水平方向的弹簧振 子，小球在、间做简谐运动， 是平衡位置.关于小球的运动情况，下列描述 正确的是( ) A.小球经过 点时速度为零 B.小球经过点与 点时有相同的加速度 C.小球从点向 点运动过程中，速度减小 D.小球从点向 点运动过程中，速度减小 [解析] 在平衡位置速度最大，故A错误；小球经过点与 点时加速度大小相等， 但方向相反，故B错误；小球从点向 点运动过程中，速度增大，故C错误； 小球从点向 点运动过程中，远离平衡位置，速度减小，故D正确. √ 随 堂 巩 固 19 3.(弹簧振子的位移—时间图像)[2026·安徽合肥一六八中学高二月考] 如图所示 为质点在 内的振动图像，下列叙述正确的是( ) A.再过 ，该质点的位移是正方向最大 B.再过 ，该质点的速度方向为正方向 C.再过 ，该质点的速度方向为负方向 D.再过 ，该质点的速度最大 [解析] 由振动图像可知，再过即第 时，质点在正方向最大位移处，速度为 零，故选A. √ 随 堂 巩 固 20 课后习题 21 知识点一 弹簧振子模型 1.下列各种运动中，属于简谐运动的是( ) A.拍皮球时球的往复运动 B.将轻弹簧上端固定，下端挂一钩码，钩码在竖直方向上来回运动 C.粗糙水平面上，一端固定的轻弹簧和小球固定，小球在水平面上来回运动 D.孩子用力荡秋千，秋千来回运动 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 22 [解析] 拍皮球时皮球做往返运动，但是受到的力不满足简谐运动的条件，所以 不是简谐运动，故A错误；轻弹簧上端固定，下端挂钩码，钩码上下振动时， 钩码受到的合力与钩码相对于平衡位置的位移满足 ，为简谐运动，故B 正确；粗糙水平面上，一端固定的轻弹簧和小球固定，小球运动过程受摩擦力， 不满足简谐运动条件，故C错误；孩子荡秋千，只有秋千在摆角很小且空气阻 力可以忽略的情况下才能被认为是简谐运动，故D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 23 2.如图所示，光滑水平面上的弹簧振子以点为平衡位置在、 两点间做简谐 运动，取向左为正方向，则振子从点运动到 点的过程中( ) A.位移不断减小 B.位移先减小后增大 C.位移方向与加速度方向始终相同 D.速度减小 [解析] 振子从 运动的过程是远离平衡位置的过程，故位移增大，加速度 增大，位移方向与加速度方向相反，速度减小，故选D. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 24 3.(多选)对于做简谐运动的弹簧振子,下述说法正确的是( ) A.振子通过平衡位置时,速度最大 B.振子在最大位移处时,速度最大 C.振子在连续两次通过同一位置时,位移相同 D.振子连续两次通过同一位置时,动量相同 [解析] 振子经过平衡位置时速度最大,A正确;振子在最大位移处时速度最小,是 零,B错误;振子在连续两次经同一位置时,相对于平衡位置的位移相同,C正确;动 量是矢量,振子连续两次经同一位置时,速度的大小相同,方向相反,则动量大小相 同,方向相反,D错误. √ √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 25 知识点二 弹簧振子的位移—时间图像 4.[2026·湖南师大附中高二月考] 如图所示，装有砂粒的试管竖直静浮于水中， 将试管竖直提起少许，然后由静止释放并开始计时，在一定时间内试管在竖直 方向近似做简谐运动.若取竖直向上为正方向， 下列描述试管振动的图像可能正确的是( ) A. B. C. D. [解析] 由题意知，以竖直向上为正方向，开始时刻位移为正且最大，故D正确. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 26 5.[2025·河北邢台一中高二月考] 如图甲所示，一 弹簧振子在、 间振动，取向右为正方向，小球 经过点时为计时起点，其振动的 图像如图 乙所示，则下列说法正确的是( ) A.时刻振子在点 B.时刻振子在 点 C.在时间内，小球的位移在增大 D.在 时间内，小球的位移在减小 [解析] 小球在点和点时位移最大，由于取向右为正方向，所以小球运动到 点有正向最大位移，运动到点有负向最大位移，则时刻，小球在点， 时 刻，小球在点，故A、B错误；小球的位移以平衡位置为起点，所以在 和 时间内小球的位移都在增大，故C正确，D错误. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 27 6.在水平方向上做简谐运动的质点，其振动图像如图 所示.若取向右为正方向，则质点的位移向左且速度向 右的时间段是( ) A.0到内 B.到 内 C.到内 D.到 内 [解析] 由于规定向右为正方向，则位移向左表示位移为负，这段时间应为 到 内，又要求速度向右，因此速度方向应为正，则满足这两个条件的时间段为 到 内，故A、B、C错误，D正确. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 28 7.图为某鱼漂的示意图.当鱼漂静止时，水位恰好在 点.用手将鱼漂往下按，使 水位到达点.松手后，鱼漂会上下运动，水位在、 两点之间来回移动.若鱼 漂的运动是简谐运动，则( ) A.水位到达 点时，鱼漂的位移向下最大 B.水位在 点时，鱼漂的速度最大 C.水位到达 点时，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 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 29 [解析] 水位从点到点的过程中，鱼漂向上运动，水位到达 点时，鱼漂位移 方向向上，达到最大，A错误；水位在 点时鱼漂的速度最大，B正确；水位到 达 点时，鱼漂具有向上的加速度，C错误；鱼漂由上往下运动时，可能加速也 可能减速，D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 30 8.如图所示是一水平弹簧振子做简谐运动的振动图像图像 ，由图可推断， 振子( ) A.在和 时刻具有相同的动量 B.在和 时刻具有相同的动量 C.在和 时刻具有相同的速度 D.在和 时刻具有相同的位移 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 31 [解析] 在和时刻，振子速度大小不同，故动量不相同，选项A错误；在 和 时刻，振子所在位置关于平衡位置对称，且速度方向相同，故具有相同的动 量，选项B正确；在和 时刻，振子在同一位置，但速度方向相反，选项C错 误;在和 时刻,振子所在位置关于平衡位置对称,位移大小相等，但方向不同, 选项D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 32 9.[2025·天津红桥区高二期末] 弹簧振子做简谐运动的振动图像如图所示,则 ( ) A. 时,小球位移为零,速度为零,加速 度为零 B. 时,小球位移最大,速度最大,加 速度最大 C.和 时刻小球具有相同的速度 D.和 时刻小球具有相同的加速度 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 33 [解析] 时,小球位于平衡位置,位移为零,加速度为零,但速度最大,选项A错 误; 时,小球位于正向最大位移处,位移最大,加速度最大,但速度为零,选项B 错误;和时刻，小球速度大小相等,但方向相反,选项C错误;和 时刻，小球 位移相同,即处在同一位置,有大小相等、 方向相同的加速度,选项D正确. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 34 10.(多选)[2026·湖南长沙一中高二月考] 如图甲所示，弹簧振子以 点为平衡位置， 在、 两点之间做往复运动，取向右为 正方向，振子的位移随时间 的变化如 图乙所示，下列说法正确的是( ) A.时，振子在点右侧 处 B.和 时，振子的速度相同 C.到 的时间内，振子的位移逐渐减小 D.到 的时间内，振子的速度逐渐增大 √ √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 35 [解析] 在内，振子从点减速运动到点，所以时，振子在 点 右侧，与点的距离大于，A错误；时振子从点向 点运动，速度 方向向左，时，振子从点向 点运动，速度方向向右，振子的速度不 相同，B错误；到 的时间内，振子从最大位移处靠近平衡位置， 振子的位移逐渐减小，速度逐渐增大，C、D正确. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 36 11.[2026·浙江学军中学高二月考] 某弹簧振子的振动图像如图所示，将小球从 平衡位置拉开 后放开，同时开始计时，则( ) A. 内，小球正在做加速度减小的加速运动 B. 内，小球正在做加速度增大的减速运动 C. 内，小球速度方向沿纵轴正方向 D.在时小球的位移一定等于 [解析] 内，小球由平衡位置向负向的最大位移处运动，加速度在增 大，速度在减小，小球的速度方向沿纵轴负方向，A、C错误，B正确； 内，小球做加速度增大的减速运动，故在 时小球的位移一定不 等于 ，D错误. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 37 12.(10分)如图所示是某质点做简谐运动的振动图像,根据图像中的信息,回答下列 问题: (1) (3分)质点离开平衡位置的最大距离是多少? [答案] [解析] 质点离开平衡位置的最大距离为 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 38 (2) (3分)在时和 时,质点分别向哪个方向运动? [答案] 轴负方向 轴负方向 [解析] 图像的斜率表示速度,由图像可知，在 时质点的速度为负,即 沿轴负方向,在 时质点的速度也为负,也沿 轴负方向 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 39 (3) (4分)质点在第 末的位移是多少? [答案] 0 [解析] 质点在第 末处于平衡位置,因此位移为0 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 40 $