2.1 简谐运动 导学案-（2019）新人教版高中物理高二选择性必修第一册.rar

第 2 章 机械振动2.1简谐运动【学习目标】1. 通过实验和观察生活现象，认识机械振动。会用理想化方法建模弹簧振子模型。2. 通过观察、分析和推理，证明弹簧振子的位移时间图像是正弦曲线，会用图像描述简谐运动。3. 经历探究简谐运动规律的过程，培养分析数据、发现特点和形成结论的科学探究能力。【开启新探索】 人类生活在运动的世界里，机械运动是最常见的运动。在机械运动中，振动也很常见。琴弦 的振动带给人们优美的音乐，地震则可能给人类带来巨大的灾难。本章我们将从最简单的振动开 始，学习怎样描述振动，分析振动的特点。【质疑提升 1】振动、振动的实例：弹簧振子1. 在初中，同学们已经学习了一些关于振动的知识。试举出生活中一些物体做机械振动的例子，并说明振动具有怎样的共性？ 2. 结合振动的特点，说明什么是机械振动（振动）？振动的概念：物体或物体的一部分在 附近的 运动称为机械振动，简称振动。1. 如图所示，通过摆的钟摆、琴弦振动等，说明：“一个位置”是指哪个位置？这些位置又具有怎样的共性？2. 如图所示，小球和弹簧组成的系统称“弹簧振子” （简称振子） 。（1）弹簧振子的结构特点？（2）将处于静止状态的小球，拉离初始位置一段距离，然后放手，观察小球的运动。小球的运动是振动吗？如果是振动其平衡位置是哪个位置？（3）观察弹簧振子的振动，简要说明振子的速度变化特点？（4）本节我们主要研究小球的位置随时间的变化，也就是小球位移随时间的变化。为方便振动位移的研究、体现振动的往复性，位移的起点选在哪个位置较好？（5）以小球通过平衡位置为 t=0，弹簧振子的位移随时间如何变化？（6）如何获取弹簧振子位移 x时间 t 图像？（7）如何确定弹簧振子中的小球的位移与时间的关系是否遵从正弦函数的规律？【质疑提升 2】简谐运动1. 结合弹簧振子的位移时间关系，说明：什么样的运动是简谐运动？如果物体的与的关系遵从的规律，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。【学以致用 1】1 如图，两人合作，模拟振动曲线的记录装置。先在白纸中央画一条直线OO，使它平行于纸的长边，作为图像的横坐标轴。一个人用手使铅笔尖在白纸上沿垂直于 OO的方向水平振动，另一个人沿 OO的方向匀速拖动白纸，纸上就画出了一条描述笔尖振动情况的图像。请完成这xt个实验，并解释：横坐标代表什么物理量？纵坐标代表什么量？为什么必须匀速拖动白纸？如果拖动白纸的速度是 510-2m/s，在横坐标轴上应该怎样标出坐标的刻度？2如图所示是某质点做简谐运动的振动图象，根据图象中的信息，回答 下列问题： （1）质点离开平衡位置的最大距离为 10cm；（2）质点在 1s 末、2s 末、3s 末的位移分别为 10cm、 0 、 -10cm；（3）质点第 2s 内的位移为-10 cm，第 4s 内的位移为10 cm； 质点在前 3s 内的位移为-10 cm；（4） 质点在第 2s 内路程为10 cm，在前 3s 内路程为 30cm，前 4s 内路程为40 cm；（5） 质点在 0.5s、1.5s、2.5s、3.5s 末的运动方向分别为正 、负、负、正（填“正”或“负” ） ；（6）质点在 0.5s、1.5s、2.5s、3.5s 前后的较短时间内速度大小变化趋势分别是变小、变大、变小、变大（填“变大” “变小” ） ；（7）质点在 04s 内速度最大的时刻为0 2s 4s ，此时的位移为0cm。3.质点做简谐运动的振动图像如图所示，那么（ ） At0.1 s 时，质点速度最大，位移最大Bt0.2 s 时，质点速度和位移都为最大C0-0.1 s 内，质点速度和位移方向相同Dt0.2 s 时，质点位移沿 x 轴负方向【素养提升专练】1简谐运动是一种（ ） A匀速运动 B匀变速运动 C匀加速运动 D变速运动 2如图所示，弹簧振子以 O 点为平衡位置作简谐振动，当它从 C 向 O 点运动的过程中，振动的位移方向及其大小的变化是（ ） A向右，逐渐增大 B向右，逐渐减小C向左，逐渐增大 D向左，逐渐减小3 如图所示，一个弹簧振子在 A、B 间做简谐运动，O 是平衡位置，把向右的方向选为正方向，以某时刻作为计时零点(t=0)，振子处于 B 位置，那么如图所示的四个振动图象中，能正确反映振动情况的图象是（ B ） 4 某一弹簧振子的振动图象如图所示，则由图象判断下列说法正确的是（ ） A振子在 2s 内完成一次往复运动B0.5s 时和 1.5s 时振子的位移相等，运动方向也相同C1.5s 时和 2.5s 时振子的位移相等，运动方向也相同D1s 到 2s 的时间内振子向平衡位置运动5 如图所示的简谐运动中，物体在前 2s 内通过的路程是（ ） A5cm B10cm C15cm D20cm6. 如图所示为质点 P 在 04s 内的振动图像，下列叙述正确的是（ ） At =1s 时，该质点速度最大，方向与正方向相同Bt = 4s 时，该质点速度最大，方向与正方向相反C再过 1s，该质点的位移是正向的最大D再过 1s，该质点的速度方向与正方向相同7如图所示是弹簧振子做简谐运动的图象，下列说法正确的是（ ） A在第 1s 内，质点做加速运动B在第 2s 内，质点做减速运动C在第 3s 内，位移逐渐增大D在第 4s 内，位移方向与速度方向相同8如图为某质点振动图像，从图可知（ ） A第 2s 内和第 3s 的速度方向相同B第 3s 内质点的位移是5cm C前 2s 内位移为零D第 4s 内的路程为 20cm9. 悬挂在竖直方向上的弹簧振子，从最低点的位置向上运动时开始计时，它的振动图象如图所示，由图可知（ ） At1.25s 时振子的位移为正，速度为正Bt1.7s 时振子的位移为负，速度为负Ct2.0s 时振子的速度为零，位移为正的最大值Dt3.5s 时振子的速度为零，位移为零10一质点做简谐运动，当正向位移最大时，质点的（ ） A速度为正的最大值 B速度为负的最大值C速度为零 D动能最大11如图所示，质点在前 6s 内通过的路程是_0.06_m；质点在前 6s 内通过的位移是_0.02_m；在 68s 内的平均速度大小为_0.01_m/s，方向为_负_。第第 2 章章 机械振动机械振动2.1简谐运动简谐运动【学习目标学习目标】1. 通过实验和观察生活现象，认识机械振动。会用理想化方法建模弹簧振子模型。2. 通过观察、分析和推理，证明弹簧振子的位移时间图像是正弦曲线，会用图像描述简谐运动。3. 经历探究简谐运动规律的过程，培养分析数据、发现特点和形成结论的科学探究能力。【开启新探索开启新探索】 人类生活在运动的世界里，机械运动是最常见的运动。在机械运动中，振动也很常见。琴弦 的振动带给人们优美的音乐，地震则可能给人类带来巨大的灾难。本章我们将从最简单的振动开 始，学习怎样描述振动，分析振动的特点。【质疑提升质疑提升 1】振动、振动的实例：弹簧振子振动、振动的实例：弹簧振子1. 在初中，同学们已经学习了一些关于振动的知识。试举出生活中一些物体做机械振动的例子，并说明振动具有怎样的共性？ 2. 结合振动的特点，说明什么是机械振动（振动）？振动的概念：物体或物体的一部分在 附近的 运动称为机械振动，简称振动。1. 如图所示，通过摆的钟摆、琴弦振动等，说明：“一个位置”是指哪个位置？这些位置又具有怎样的共性？2. 如图所示，小球和弹簧组成的系统称“弹簧振子” （简称振子） 。（1）弹簧振子的结构特点？（2）将处于静止状态的小球，拉离初始位置一段距离，然后放手，观察小球的运动。小球的运动是振动吗？如果是振动其平衡位置是哪个位置？（3）观察弹簧振子的振动，简要说明振子的速度变化特点？（4）本节我们主要研究小球的位置随时间的变化，也就是小球位移随时间的变化。为方便振动位移的研究、体现振动的往复性，位移的起点选在哪个位置较好？（5）以小球通过平衡位置为 t=0，弹簧振子的位移随时间如何变化？（6）如何获取弹簧振子位移 x时间 t 图像？（7）如何确定弹簧振子中的小球的位移与时间的关系是否遵从正弦函数的规律？【质疑提升质疑提升 2】简谐运动简谐运动1. 结合弹簧振子的位移时间关系，说明：什么样的运动是简谐运动？如果物体的与的关系遵从的规律，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。【学以致用学以致用 1】1】1 如图，两人合作，模拟振动曲线的记录装置。先在白纸中央画一条直线OO，使它平行于纸的长边，作为图像的横坐标轴。一个人用手使铅笔尖在白纸上沿垂直于 OO的方向水平振动，另一个人沿 OO的方向匀速拖动白纸，纸上就画出了一条描述笔尖振动情况的图像。请完成这xt个实验，并解释：横坐标代表什么物理量？纵坐标代表什么量？为什么必须匀速拖动白纸？如果拖动白纸的速度是 510-2m/s，在横坐标轴上应该怎样标出坐标的刻度？2如图所示是某质点做简谐运动的振动图象，根据图象中的信息，回答 下列问题： （1）质点离开平衡位置的最大距离为 10cm；（2）质点在 1s 末、2s 末、3s 末的位移分别为 10cm、 0 、 -10cm；（3）质点第 2s 内的位移为-10 cm，第 4s 内的位移为10 cm； 质点在前 3s 内的位移为-10 cm；（4） 质点在第 2s 内路程为10 cm，在前 3s 内路程为 30cm，前 4s 内路程为40 cm；（5） 质点在 0.5s、1.5s、2.5s、3.5s 末的运动方向分别为正 、负、负、正（填“正”或“负” ） ；（6）质点在 0.5s、1.5s、2.5s、3.5s 前后的较短时间内速度大小变化趋势分别是变小、变大、变小、变大（填“变大” “变小” ） ；（7）质点在 04s 内速度最大的时刻为0 2s 4s ，此时的位移为0cm。3.质点做简谐运动的振动图像如图所示，那么（ ） At0.1 s 时，质点速度最大，位移最大Bt0.2 s 时，质点速度和位移都为最大C0-0.1 s 内，质点速度和位移方向相同Dt0.2 s 时，质点位移沿 x 轴负方向【素养提升专练素养提升专练】1简谐运动是一种（ ） A匀速运动 B匀变速运动 C匀加速运动 D变速运动 2如图所示，弹簧振子以 O 点为平衡位置作简谐振动，当它从 C 向 O 点运动的过程中，振动的位移方向及其大小的变化是（ ） A向右，逐渐增大 B向右，逐渐减小C向左，逐渐增大 D向左，逐渐减小3 如图所示，一个弹簧振子在 A、B 间做简谐运动，O 是平衡位置，把向右的方向选为正方向，以某时刻作为计时零点(t=0)，振子处于 B 位置，那么如图所示的四个振动图象中，能正确反映振动情况的图象是（ B ） 4 某一弹簧振子的振动图象如图所示，则由图象判断下列说法正确的是（ ） A振子在 2s 内完成一次往复运动B0.5s 时和 1.5s 时振子的位移相等，运动方向也相同C1.5s 时和 2.5s 时振子的位移相等，运动方向也相同D1s 到 2s 的时间内振子向平衡位置运动5 如图所示的简谐运动中，物体在前 2s 内通过的路程是（ ） A5cm B10cm C15cm D20cm6. 如图所示为质点 P 在 04s 内的振动图像，下列叙述正确的是（ ） At =1s 时，该质点速度最大，方向与正方向相同Bt = 4s 时，该质点速度最大，方向与正方向相反C再过 1s，该质点的位移是正向的最大D再过 1s，该质点的速度方向与正方向相同7如图所示是弹簧振子做简谐运动的图象，下列说法正确的是（ ） A在第 1s 内，质点做加速运动B在第 2s 内，质点做减速运动C在第 3s 内，位移逐渐增大D在第 4s 内，位移方向与速度方向相同8如图为某质点振动图像，从图可知（ ） A第 2s 内和第 3s 的速度方向相同B第 3s 内质点的位移是5cm C前 2s 内位移为零D第 4s 内的路程为 20cm9. 悬挂在竖直方向上的弹簧振子，从最低点的位置向上运动时开始计时，它的振动图象如图所示，由图可知（ ） At1.25s 时振子的位移为正，速度为正Bt1.7s 时振子的位移为负，速度为负Ct2.0s 时振子的速度为零，位移为正的最大值Dt3.5s 时振子的速度为零，位移为零10一质点做简谐运动，当正向位移最大时，质点的（ ） A速度为正的最大值 B速度为负的最大值C速度为零 D动能最大11如图所示，质点在前 6s 内通过的路程是_0.06_m；质点在前 6s 内通过的位移是_0.02_m；在 68s 内的平均速度大小为_0.01_m/s，方向为_负_。