2018-2019学年高中物理沪科版选修3-4（课件+检测+学业分层测评）：1.1 研究简谐运动 (2份打包)

1.1　研究简谐运动 学 习 目 标 知 识 脉 络 1.知道什么是弹簧振子，理解振动的平衡位置和位移. 2.理解简谐运动的概念及描述简谐运动的物理量.(重点) 3.能从简谐运动图像中了解简谐运动的规律.(重点、难点) 4.掌握在一次全振动过程中位移随时间变化的规律.(难点) 弹 簧 振 子 1.弹簧振子 在一根水平的光滑金属杆上穿一根轻质螺旋弹簧，弹簧一端固定，另一端和一个质量为m的带孔小球(振子)相连接， 这样就构成了一个弹簧振子. 球与杆间的摩擦不计，弹簧的质量与小球质量相比可以忽略. 2.平衡位置 振子原来静止时的位置. 3.振动 振子以平衡位置为中心的周期性的往复运动，是一种机械振动，简称振动. 4.全振动 图1­1­1 小球从O到B，再从B到A，最后回到O的过程. 5.位移—时间图像 (1)以小球的平衡位置为坐标原点，用横坐标表示振子振动的时间，纵坐标 表示振子相对平衡位置的位移，建立坐标系，如图1­1­2所示，这就是弹簧振子运动时的位移­时间图像. 图1­1­2 (2)位移—时间图像(x­t图像)的物理意义 振动图像表示振动物体相对平衡位置的位移随振动时间的变化规律. (3)理论和实验都表明，弹簧振子振动时，其位移—时间图像是正弦(或余弦)曲线. 1.弹簧振子是一种理想化的模型.(√) 2.弹簧振子的平衡位置都在弹簧原长处.(×) 3.振动的物体可以做直线运动，也可以做曲线运动.(√) 如图1­1­3在弹簧振子的运动过程中，弹性势能最大的位置有几个？动能最大的位置有几个？ 图1­1­3 【提示】　在弹簧振子的运动过程中，弹性势能最大的位置有两个，分别对应于振子运动的最左端和最右端.动能最大的位置只有一个，就是弹簧振子运动到平衡时的位置. 1.机械振动的理解 (1)机械振动的特点 ①振动的轨迹：可能是直线，也可能是曲线. ②平衡位置：质点原来静止时的位置.从受力角度看，应该是振动方向上合力为零的位置. ③振动的特征：振动具有往复性. (2)振动的条件 ①每当物体离开平衡位置后，它就受到一个指向平衡位置的力，该力产生使物体回到平衡位置的效果(这样的力称为回复力，在第2节中我们将学到). ②受到的阻力足够小 如果物体只受到指向平衡位置的力而阻力为零，则物体做自由振动，当然这是一种理想模型. 2.弹簧振子的位移—时间图像 反映了振动物体相对于平衡位置的位移随时间变化的规律，弹簧振子的位移—时间图像是一个正(余)弦函数图像.图像不是振子的运动轨迹. 1.下列运动中属于机械振动的是(　　) A.小鸟飞走后树枝的运动 B.爆炸声引起窗子上玻璃的运动 C.匀速圆周运动 D.竖直向上抛出的物体的运动 E.人说话时声带的振动 【解析】　物体在平衡位置附近所做的往复运动是机械振动，A、B、E正确.圆周运动和竖直上抛运动不是机械振动. 【答案】　ABE 2.如图1­1­4所示，弹簧下端悬挂一钢球，上端固定组成一个振动系统，用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，下列说法正确的是(　　) 图1­1­4 A.钢球运动的最高处为平衡位置 B.钢球运动的最低处为平衡位置 C.钢球速度最大处为平衡位置 D.钢球原来静止时的位置为平衡位置 E.钢球在平衡位置时所受合力为零 【解析】　钢球振动的平衡位置应在钢球重力与弹力大小相等的位置，即钢球静止时的位置，故C、D、E正确. 【答案】　CDE 3.如图1­1­5所示是用频闪照相的方法获得的弹簧振子的位移—时间图像，下列有关该图像的说法中正确的是(　　) 【导学号：38910000】 图1­1­5 A.该图像的坐标原点是建立在弹簧振子的平衡位置 B.从图像可以看出小球在振动过程中是沿x轴方向移动的 C.从图像可以看出小球在振动过程中是沿y轴方向移动的 D.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x轴方向匀速运动 E.图像中小球的疏密显示出相同时间内小球位置变化的快慢不同 【解析】　从图像中能看出坐标原点在平衡位置，A正确.横轴虽然是由底片匀速运动得到的位移，但可以转化为时间轴，弹簧振子只在y轴上振动，所以B、D错误，C正确.图像中相邻弹簧振子之间的时间间隔相同，密处说明位置变化慢，E正确.故正确答案为A、C、E. 【答案】　ACE 对弹簧振子的说明 弹簧振子有多种表现形式，对于不同的弹簧振子，在平衡位置处，弹簧不一定处于原长(如竖直放置的弹簧振子)，但运动方向上的合外力一定为零，速度也一定最大. 简 谐 运 动 及 其 图 像 1.简谐运动 (1)如果质点的位移与时间的关系遵从正弦(或余弦)函数的规律，这样的振动就叫简谐运动. (2)简谐运动是最简单、最基本的振动，弹簧振子的运动就是简谐运动. 2.简谐运动的图像 简谐运动的图像是一条正弦(或余弦)曲线，表示简谐