2.1简谐运动 ppt课件（含视频） -（2019）新人教版高中物理选择性必修第一册高二上学期(002).rar

机械振动CONTENTSCONTENTS04目录030102弹簧振子位移时间图像简谐运动典例分析（1）定义：物体(或物体的一部分)总是在某一位置附近的往复运动，叫机械振动，简称振动。（2）特点 振动的轨迹：可能是直线，也可能是曲线。 钟摆来回摆动是曲线，平静的水面上浮标上下浮动是直线。 平衡位置：质点原来静止时的位置，此位置振动方向上合力为零。 周期性：振动具有往复性。机 械 振 动 （多选）下列运动属于机械振动的是（）（多选）下列运动属于机械振动的是（） A说话时声带的运动说话时声带的运动 B弹簧振子在竖直方向的上下运动弹簧振子在竖直方向的上下运动 C体育课上同学进行体育课上同学进行25米折返跑米折返跑 D竖立于水面上的圆柱形玻璃瓶的上下运动竖立于水面上的圆柱形玻璃瓶的上下运动解： 物体在平衡位置两侧所做的往复运动叫机械振动，ABD正确； 体育课上同学进行25米折返跑没有平衡位置，不是机械振动，C错误。ABD简谐运动01弹簧振子弹簧振子要想更为简单地研究小球的振动情况，需要满足哪些条件？模型建立 质量：弹簧的质量远小于小球的质量； 体积：小球的体积足够小（视为质点）； 阻力：摩擦力和空气阻力可以忽略； 弹性限度：振动范围在弹性限度内。模型建立理想化模型 把一个有小孔的小球连接在弹簧的一端,弹簧的另一端固定,小球套在光滑的杆上,能够自由滑动。小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子（振子）。水平弹簧振子：把小球拉向右方，然后放开，它就在平衡位置附近运动起来。竖直弹簧振子：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。平衡位置？弹簧振子模型02位移位移时间图像时间图像通过观察和分析，理解简谐运动的位移时间图像是一条正弦曲线。简谐运动问题思考 如果想要描绘弹簧振子的位移随时间变化的关系，建立左图中的一维直线坐标系是否足够？ 不够。因为弹簧振子的运动具有往复性，同一个位置对应许多时刻，缺乏唯一性。应该使用二维坐标系。1. x-t 图像 选取小球平衡位置为坐标原点，横坐标表示振子振动的时间t，纵坐标表示振子相对平衡位置的位移x。振动图像2. x-t图象物理意义 反映了振子的位移随时间的变化规律。小球的位置坐标反映了小球相对于平衡位置的位移。（不是小球的运动轨迹！）运动图像右图中以弹簧原长右图中以弹簧原长O为振为振动的平衡位置，若选定动的平衡位置，若选定水平向右为正方向。某水平向右为正方向。某时刻质点位移时刻质点位移为正为正，表，表示质点位于示质点位于O点右侧，位点右侧，位移移为负为负，表示质点位于，表示质点位于O点左侧。点左侧。 （多选）如图，弹簧下端悬挂一钢球，上端固定，它们组成一个振动（多选）如图，弹簧下端悬挂一钢球，上端固定，它们组成一个振动的系统用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动起来，若以竖的系统用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动起来，若以竖直向下为正方向，下列说法正确的是直向下为正方向，下列说法正确的是( ) A钢球的最低处为平衡位置钢球的最低处为平衡位置 B钢球原来静止时的位置为平衡位置钢球原来静止时的位置为平衡位置 C钢球振动到距原静止位置下方钢球振动到距原静止位置下方3 cm处时位移为处时位移为3 cm D钢球振动到距原静止位置上方钢球振动到距原静止位置上方2 cm处时位移为处时位移为2 cm 解：钢球在竖直方向做往复运动，平衡位置为重力和弹簧弹力相等的位置，即钢球原来静止的位置为平衡位置，故A错误，B正确；振子的位移为相对平衡位置的位移，且以竖直向下为正方向，钢球振动到距原静止位置下方3cm时的位移为3cm；钢球振动到原静止位置上方2cm处时的位移为-2cm，故C正确，D错误。BC 从获得的弹簧振子的 x-t 图像可以看出，小球位移与时间的关系似乎可以用正弦函数来表示。是不是这样呢？猜想验证（1）验证法：假定是正弦曲线，可用刻度尺测量它的振幅和周期，写出对应的表达式，然后在曲线中选小球的若干个位置，用刻度尺在图中测量它们的纵坐标(位移)，将每一个测量位移所对应的横坐标 (时间)代入正弦函数表达式求出函数值，比较函数值与测量值，如果相等，则这条曲线就是一条正弦曲线。（2）拟合法：测量小球在各个位置的横坐标和纵坐标，把测量值输入计算机中，作出这条曲线，然后按照计算机提示用一个周期性函数拟合这条曲线，看一看弹簧振子的x-t的关系是否可以用正弦函数表示。猜想验证03简谐运动简谐运动经历对简谐运动规律的探究过程，学会用图像描绘运动的方法。简谐运动n简谐运动简谐运动（1）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（x-t 图像）是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。（2）简谐运动是最基本、最简单的振动。（3）物理意义：表示振动的质点在不同时刻偏离平衡位置的位移，是位移随时间的变化规律。典型的运动形式 （多选）如图所示为获取弹簧振子的位移（多选）如图所示为获取弹簧振子的位移时间图像的一种方法，改时间图像的一种方法，改变纸带运动的速度，下列说法正确的是（）变纸带运动的速度，下列说法正确的是（） A如果纸带不动，作出的振动图像仍然是正弦函数曲线如果纸带不动，作出的振动图像仍然是正弦函数曲线 B如果纸带不动，作出的振动图像是一段线段如果纸带不动，作出的振动图像是一段线段 C图示时刻，振子正经过平衡位置向右运动图示时刻，振子正经过平衡位置向右运动 D若纸带运动的速度不恒定，则纸带上描出的仍然是简谐运动的图像若纸带运动的速度不恒定，则纸带上描出的仍然是简谐运动的图像3BC 当纸带不动时，描出的只是振子在平衡位置两侧往复运动的轨迹，即一段线段，A错误，B正确；由振动图像可以看出，图示时刻振子正由平衡位置向右运动，C正确；只有当纸带匀速运动时，运动时间才与纸带运动的位移成正比，振动图像才是正弦或余弦函数曲线，而简谐运动的图像一定是正弦或余弦函数曲线，D错误。BC简谐运动的图像 （多选）如图甲所示为以（多选）如图甲所示为以O点为平衡位置，在点为平衡位置，在A、B两点间做简谐运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，则下列说法中正确的是（）动的弹簧振子，图乙为这个弹簧振子的振动图像，则下列说法中正确的是（） A在在t0.2s时，弹簧振子的加速度为正向最大时，弹簧振子的加速度为正向最大 B在在t0.1s与与t0.3s两个时刻，弹簧振子在同一位置两个时刻，弹簧振子在同一位置 C从从t0到到t0.2s时间内，弹簧振子做加速度增大的减速运动时间内，弹簧振子做加速度增大的减速运动 D在在t0.6s时，弹簧振子有最小的位移时，弹簧振子有最小的位移BC【详解】 A在t0.2s时，弹簧振子的位移为正向最大，加速度为负向最大，故A错误； B在t0.1s与t0.3s两个时刻，弹簧振子的位移相同，说明弹簧振子在同一位置，故B正确； C从t0到t0.2s时间内，弹簧振子的位移增大，加速度增大，速度减小，所以弹簧振子做加速度增大的减速运动，故C正确； D在t0.6s时，弹簧振子的位移为负方向最大，故D错误。故选BC。04典例分析典例分析根据简谐运动的图像，经过综合分析和逻辑推理从而得出正确的结论。简谐运动 （多选）一质点做简谐运动的振动图象如图所示，质点的（多选）一质点做简谐运动的振动图象如图所示，质点的速度与位移方向相同的时间段是（）速度与位移方向相同的时间段是（） A00.3 s B0.3 s0.6 s C0.6 s0.9 s D0.9 s1.2 s答案：AC在0.30.6 s位移为正值，速度为负值，方向相反；在0.91.2 s位移为负值，速度为正值，方向相反，选项BD错误；在00.3 s位移为正值，速度也为正值，方向相同；在0.60.9 s位移为负值，速度也为负值，方向相同，选项AC正确。AC （多选）如图是某质点做简谐运动的振动图像。根据图像中的信息，（多选）如图是某质点做简谐运动的振动图像。根据图像中的信息，判断下列说法正确的是（）判断下列说法正确的是（） A质点离开平衡位置的最大距离为质点离开平衡位置的最大距离为10 cm B在在1.5 s和和2.5 s这两个时刻，质点的位移相同这两个时刻，质点的位移相同 C在在1.5 s和和2.5 s这两个时刻，质点的速度相同这两个时刻，质点的速度相同 D质点在质点在0.5 s内通过的路程一定是内通过的路程一定是10 cm 答案：ACA由振动图像可知，质点离开平衡位置的最大距离为10 cm，故A正确；B在1.5 s和2.5 s这两个时刻，质点的位移等大反向，故B错误；C在1.5 s和2.5 s这两个时刻，图像的斜率相同，则质点的速度相同，故C正确；D0.5s=T/8，则质点在0.5 s内通过的路程一定不是一个最大位移大小10 cm，故D错误。ACn简谐运动简谐运动（1）位移：从平衡位置指向振子所在位置的有向线段；（2）速度：位移最大时速度为0，位移为0时速度最大；（3）加速度：方向始终指向平衡位置，大小与位移成正比。(1)在在 0.5 s 时刻，质点的位置在哪里？时刻，质点的位置在哪里？(2)在在 1.5 s 时刻，质点向哪个方向运动？时刻，质点向哪个方向运动？(3)在在 2.5 s 时刻，质点加速度向哪个方向？时刻，质点加速度向哪个方向？(4)在哪些在哪些时间内时间内位移位移跟速度方向相跟速度方向相同同？位移：图像位于 t 轴上方位移为正。速度：图像斜率正负反映速度方向。加速度：位移为正时加速度为负。质点位移为正，质点位移为正，x=7.07cm斜率为负，向负方向运动斜率为负，向负方向运动指向平衡位置，加速度向正方向指向平衡位置，加速度向正方向01s和和23s内速位移和速度同向内速位移和速度同向思思维维导导图图