新教材高中物理第2章机械振动第1节简谐运动课件鲁科版选择性

第1节简谐运动1.知道什么是机械振动。2.理解回复力、平衡位置的概念。3.知道弹簧振子模型,掌握简谐运动的动力学特征。物理学中,将物体(或物体的某一部分)在①

附近的往复运动称为机械

振动,简称振动。振动物体在某一位置附近做往复运动,这个位置称为②

,也是物体所

受回复力为③

的位置。(1)方向:总是指向④

。(2)作用效果:使物体总是在⑤

附近振动。(3)来源:回复力可由⑥

来提供,也可由振动物体受到的几个力的⑦

来提供。1|机械振动某一位置平衡位置零平衡位置平衡位置某一个力合力

(1)弹簧振子是一种⑧

。(2)弹簧振子的组成:如图所示,弹簧一端固定,另一端连接一个可视为质点的物体,

不计⑨

,物体置于光滑水平面上。2|简谐运动及其特征理想模型弹簧质量(3)弹簧振子的回复力:回复力由物体所受弹簧弹力提供,为F=⑩

。其

中k等于弹簧

,x是物体相对平衡位置的

,负号表示力与位移的方向

。(1)定义:物体所受回复力的大小与位移大小成

,方向总是与位移方向相反的运动称为简谐运动。(2)简谐运动的运动学特征:a=

。(3)弹簧振子能量特征:只有弹簧弹力做功,系统的动能和

相互转换,机械能守恒。-kx劲度系数位移相反正比-

x弹性势能1.机械振动是匀速直线运动。

()2.机械振动是匀变速直线运动。

()判断正误，正确的画“√”，错误的画“✕”。3.机械振动是物体在平衡位置附近所做的往复运动。

()4.弹簧振子是一种理想化模型。

()F=-kx中,负号表示回复力总是小于零。

()6.弹簧振子的加速度方向一定与位移方向相同。

()✕提示:机械振动的回复力大小随位移变化,是非匀变速运动。✕√√提示:负号表示回复力方向与物体位移方向相反。✕✕提示:弹簧振子的加速度方向与回复力方向相同,与物体位移方向相反。1|对简谐运动的平衡位置、位移、回复力、加速度的理解情境如图所示,图1中秋千来回荡起,图2是小球在弹簧弹力作用下的水平方向

的运动,图3是小球在重力和弹力作用下的竖直方向的运动。这些都是生活中常

见的运动。设问1.以上这些物体的运动各不相同,它们的运动轨迹和运动方向有什么不同呢?它

们的运动有什么共同特征?拔高问题5.由水平弹簧振子分析简谐运动有什么力学特征?提示:对水平方向的弹簧振子来说,回复力就是弹簧的弹力。在弹簧发生弹性形

变时,弹簧振子的回复力F的大小跟振子偏离平衡位置的位移x的大小成正比,方

向总与位移的方向相反,即F=-kx。6.图3中小球在竖直方向的振动是不是简谐运动?提示:规定向下为正方向,b为小球静止时球所在位置,小球在b位置时有mg=kx0

小球到达b下方的c位置时,弹簧弹力大小:F'=k(x+x0)小球所受合力大小为:F=F'-mg=k(x+x0)-mg=kx+kx0-mg=kx,且方向由小球所在位置指向b位置;同理可分析小球到达b位置上方与b相距x处,所受合力大小为F=kx,方

向由小球所在位置指向b位置,故此运动是简谐运动。

对平衡位置的理解(1)从物体受力特点看:物体在平衡位置所受合力不一定为零,而是沿振动方向的

合力为零。(2)从速度角度看:平衡位置是振动中速度最大的位置。

对简谐运动的位移的理解简谐运动的位移是矢量,是从平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段。注意:简谐运动的位移和一般运动的位移有很大区别,一般运动的位移都是由初

位置指向末位置,而简谐运动的位移都是由平衡位置指向振动质点所在位置。

对回复力的理解(1)回复力是指将振动物体拉回到平衡位置的力,它是效果力,而不是一种新的性

质力。它可以由物体所受的合外力提供,也可以由某一个力或某一个力的分力提

供。(2)简谐运动的回复力:F=-kx①k是比例系数,并非弹簧的劲度系数(弹簧振子中k等于弹簧的劲度系数),其值由

振动系统决定。②“-”号表示回复力的方向与物体偏离平衡位置的位移的方向相反。③x是指物体相对平衡位置的位移,不一定等于弹簧的伸长量或压缩量。④回复力的作用是把物体拉回平衡位置。2|简谐运动中各量的变化情况

简谐运动中各量变化规律总结(1)当物体做简谐运动时,它偏离平衡位置的位移x、回复力F、回复力产生的加速度a、速度v、动能Ek、系统的势能Ep及振动总能量E遵循一定的变化规律,如表:物理量xFavEkEpE远离平衡位置运动增大增大增大减小减小增大不变在最大位

移处最大最大最大零零最大不变靠近平衡位置运动减小减小减小增大增大减小不变在平衡位置零零零最大最大最小不变(2)两个转折点①平衡位置是速度大小、位移方向、回复力方向和加速度方向变化的转折点;②最大位移处是速度方向变化的转折点。(3)一个守恒:简谐运动过程中系统的动能和势能相互转化,总的能量守恒。

理解简谐运动的对称性举例如图所示,质点在A与B之间运动,O点为平衡位置,C和D两点关于O点对称

时间的对称性tOB=tBO=tOA=tAO,tOD=tDO=tOC