2.1简谐运动(课件)-2021-2022学年高中物理课件（人教版2019选择性必修第一册）

第二章机械振动2.1简谐运动人教版（2019）高中物理选择性必修第一册CONTENTS01机

械

振

动02弹

簧

振

子03振

动

图

像04典型例题典型例题典型例题vvvvvvvv例典型例题题典型例题目录典型例题典型例题05简

谐

运

动01

机

械

振

动机械振动复习回顾高中阶段我们学过的运动形式有哪些?(提示：按运动轨迹分类)直线运动曲线运动匀速直线运动变速直线运动匀变速直线运动变加速直线运动抛体运动圆周运动平抛运动斜抛运动匀速圆周运动变速圆周运动生活中的机械振动这些不同的运动现象中是否隐藏着相同的物理规律？这些运动的共同点是什么？

也称这中心为平衡位置①围绕着“中心”位置“中心”意味着具有“对称性”知道一次完整的运动情况可推之后的运动情况②“往复”运动“往复”意味着具有“周期性”

一、机械振动2.特点:(1)平衡位置

振动停止时物体所在的位置.------“对称性”(2)往复运动------“周期性”

物体在平衡位置附近的往复运动．1.定义:例：(多选)下列几种运动属于机械振动的是(

)A．乒乓球在地面上的上下运动B．弹簧振子在竖直方向的上下运动C．秋千在空中来回运动D．浮于水面上的圆柱形玻璃瓶上下振动BCD解析：选BCD机械振动是物体在平衡位置两侧做往复运动，乒乓球的上下运动不是在平衡位置两侧的往复运动，A错误，BCD正确．02

弹

簧

振

子机械振动1．弹簧振子如图所示，如果球与杆或斜面之间的摩擦可以忽略，且弹簧的质量与小球相比也可以忽略，则该装置为弹簧振子。二、弹簧振子

弹

簧

振

子水平弹簧振子竖直弹簧振子

2.条件(理想化)

：

①小球看成质点

②忽略弹簧质量③忽略摩擦力

④在弹性限度内

1.定义:

小球和弹簧所组成的系统.理想化模型非匀变速直线运动振子的运动是怎样一种运动呢？二、弹簧振子3.平衡位置：振子原来静止时的位置．4.位移：由平衡位置指向振子所在位置的有向线段提示：通常说的振子的位移是指某时刻的位移，即振子相对平衡位置的位移.因此在研究振动时，字母x具有双重含义：它既表示小球的位置(坐标)，又表示振子在某时刻的位移.如图示，是振子在A、B位置的位移xA和xB

例.关于机械振动的位移和平衡位置，以下说法正确的是(

)A.平衡位置就是物体振动范围的中心位置B．机械振动的位移总是以平衡位置为起点的位移C．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：平衡位置是物体可以静止的位置，所以应与受力有关，与是否为振动范围的中心位置无关B例.如图所示的弹簧振子,O点为它的平衡位置,当振子m离开O点,再从A点运动到C点时,振子离开平衡位置的位移是 (

)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B03

振

动

图

像机械振动研究弹簧振子的位移-时间图像如何记录振子在不同时刻的位移？Ox三.弹簧振子的位移-时间图像图像绘制方法方法一、频闪照片法底片匀速运动方向xt底片匀速运动方向频闪照相法采集数据：甲方法二、描点法乙时间t0t02t03t04t05t06t0位移x/mm-20.0-17.8-10.1-0.110.317.720.0丙时间t6t07t08t0

9t010t011t012t0位移x/mm20.017.710.30.1-10.1-17.8-20.0第1个半周期第2个半周期作图思路：建坐标系定标度描点

连线3t06t09t012t0-1010-2020t/sx/mmO时间t0t02t03t04t05t06t0位移x/mm-20.0-17.8-10.1-0.110.317.720.0第1个半周期3t06t09t012t0-1010-2020t/sx/mmO第2个半周期时间t6t07t08t09t010t011t12t0位移x/mm20.017.7-10.30.1-10.1-17.8-20.03t06t09t012t0-1010-2020t/sx/mmO用平滑曲线将各点连接—描点法错啦对啦第一个1/2周期：

时间t(s)0t02t03t04t05t06t0位移x(cm）-20.0-17.8-10.10.110.317.720.0

第二个1/2周期：时间t(s)6t07t08t09t010t011t012t0位移x(cm)20.017.710.30.1-10.1-17.8-20.0坐标原点O－平衡位置横坐标－振动时间t纵坐标－振子相对于平衡位置的位移位移传感器验证法结论：弹簧振子的振动图像是一条正弦曲线.04

简

谐

运

动机械振动1、定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象（x—t图象）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。

2、图象意义:表示一个振子不同时刻所在的位置或者一个振子位移随时间的变化规律。四、简谐运动及其图象简谐运动是最简单、最基本的振动。

(1)任意时刻质点位移的大小和方向。如图甲所示，质点在t1、t2时刻的位移分别为x1和-x2。3、图象应用:(2)任意时刻质点的振动方向:看下一时刻质点的位置,如图乙中a点,下一时刻离平衡位置更远,故a点此刻向上振动。图乙中b点,下一时刻离平衡位置更近,故b此刻向上振动。(4)任意时刻质点的速度、加速度、位移的变化情况及大小比较：看下一时刻质点的位置，判断是远离还是靠近平衡位置(3)斜率：该时刻速度的大小和方向．①位移和合外力（加速度）的方向相反，变化趋势相同；②速度和合外力（加速度）的大小变化趋势相反；4、理解简谐运动的对称性如图所示，物体在A与B间运动，O点为平衡位置，C和D两点关于O点对称，则有：(1)时间的对称：tOB＝tBO＝tOA＝tAOtOD＝tDO＝tOC＝tCO，tDB＝tBD＝tAC＝tCA(2)速度的对称①物体连续两次经过同一点（如D点）的速度大小相等，方向相反．②物体经过关于O点对称的两点（如C与D两点）的速度大小相等，方向可能相同，也可能相反．05

典

型

例

题机械振动1、一水平弹簧振子做简谐运动，则下列说法中正确的是(

)A．若位移为负值，则速度一定为正值，加速度也一定为正值B．振子通过平衡位置时，速度为零，加速度最大C．振子每次通过平衡位置时，加速度相同，速度也一定相同D．振子每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同D

随堂练习2、(多选)如图所示，弹簧振子在a、b两点间做简谐运动，当振子从最大位移处a向平衡位置O运动过程中(

)A．加速度方向向左，速度方向向右B．位移方向向左，速度方向向右C．加速度不断增大，速度不断减小D．位移不断减小，速度不断增大BD3、如图所示，一个做简谐运动的质点，先后以同样的速度通过相距10cm的A、B两点，历时0.5s，过B点后再经过t＝0.5s，质点以大小相等、方向相反的速度再次通过B点，则质点从离开O点到再次回到O点历时(O点为AB的中点)(

)A．0.5s

B．1.0sC．2.0s D．4.0sB4、质点做简谐运动，其x-t关系如图所示．以x轴正向为速度v的正方向，该质点的v-t关系是(

)

B5、(多选)如图甲所示,质点在a、b两点之间做简谐运动,质点做简谐运动的图象如图乙所示。若t=0时,质点正经过O点向b运动,则下列说法正确的是(

)A.质点在0.7s时,正在远离平衡位置运动B.质点在1.5s时的位移最大C.1.2～1.4s,质点的位移在增大D.1.6～1.8s,质点的位移在增大BC解析：选B、C。由于位移是指由平衡位置指向质点所在位置的有向线段,故质点在0.7s时的位移方向向右,且正在向平衡位置运动,所以A项错误;质点在1.5s时的位移达到最大,故B项正确;在1.2～1.4s,质点正在远离平衡位置,所以其位移在增加,故C项正确;1.6～1.8s时间内,质点正向平衡