简谐运动（高中物理教学课件）完整版5

我们学过哪些运动，如何进行分类？第15章机械振动擦窗工人被困高空01.简谐运动图片区1.定义：物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动称为机械振动，简称振动。2.特点：往复性，周期性，都具有平衡位置3.平衡位置：原来静止时的位置，或者振动方向上合力为零的位置。一.机械振动模型：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。弹簧的质量与小球相比可以忽略。小球运动时空气阻力很小，也可以忽略。弹簧未形变时，小球所受合力为0，处于平衡位置。把小球拉向右方，然后放开，它就在平衡位置附近运动起来。定义：把小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子，有时也简称为振子。注意：①弹簧振子是理想化模型②弹簧质量忽略不计③空气阻力忽略不计④小球可看成质点⑤振动时弹簧的形变量在弹性限度内二.弹簧振子注意：某过程的位移还是初位置指向末位置的有向线段。位移：指偏离平衡位置的位移，用x表示。简谐运动中的位移以平衡位置O点为起始位置，小球振动时所在的位置为末位置（即相对平衡位置的位移）。若规定水平向右为正方向。小球在平衡位置的右边时它的位移x为正，在左边时位移x为负。要想得到位移与时间的关系，关键在于记录不同时刻小球的位置，为了便于分析，最好是相等时间间隔的位置。利用频闪照相、照相机连拍，或用摄像机摄像后逐帧观察的方式，都可以得到相等时间间隔的不同时刻小球的位置。三.弹簧振子的位移－时间图象弹簧振子频闪照片三.弹簧振子的位移－时间图象三.弹簧振子的位移－时间图象记录法描图三.弹簧振子的位移－时间图象弹簧振子图像心电图仪图象地震记录仪图象音叉合成图象三.弹簧振子的位移－时间图象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？还需要进行深入的研究。三.弹簧振子的位移－时间图象验证法：假定图中的曲线是正弦曲线，测量它的振幅和周期，写出对应的正弦函数的表达式。然后，在图象的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），将每一个位移对应的振动时间代入表达式求出函数值，比较这一函数值与测量值，看一看二者是否相等。若可视为相等，则这条曲线就是一条正弦曲线。拟合法：在图中，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，让计算机拟合出这条曲线的函数方程，看一看小球的位移—时间关系表达式是否是正弦函数。结论：位移与时间关系是正弦函数。三.弹簧振子的位移－时间图象1.定义：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。注意：简谐运动是最简单最基本的振动。四.简谐运动2.从图象上得到的信息①得到周期与振幅，写出函数表达式②任一时刻的位移，位移变化情况，最大位移③一段时间内的路程④速度方向、大小变化情况（斜率）⑤周期注意：图象半不代表轨迹，随时间推移图像会延续，但已有形状不变四.简谐运动例1.简谐运动属于哪一种运动（）A.匀加速运动 B.匀减速运动C.匀速运动 D.非匀变速运动例2.某弹簧振子的振动图象如图所示，根据图象判断。下列说法正确的是（）A.第1s内振子相对于平衡位置的位移与速度方向相反B.第2s末振子相对于平衡位置的位移为-20cmC.第2s末和第3s末振子相对于平衡位置的位移均相同，但瞬时速度方向相反D.第1s末和第3s末振子的位移大小相等方向相反，瞬时速度均为零。DD典型例题例3.（多选）做简谐运动的弹簧振子，在某段时间内速度越来越大，则在这段时间内（）A、振子的位移越来越大B、振子正向平衡位置运动C、振子的速度与位移同向D、振子的速度与位移反向例4.（多选）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、振子偏离平衡位置的最大距离为10cmB、1s到2s的时间内振子向平衡位置运动C、2s时和3s时振子的位移相等，运动方向也相同D、振子在2s内完成一次往复性运动BDAB典型例题例5.如图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）质点离开平衡位置的最大距离有多大？（2）在1.5s和2.5s这两个时刻，质点的位置在哪里？质点向哪个方向运动？（3）质点相对于平衡位置的位移方向在哪些时间内跟它