高中物理《简谐运动》

第一节简谐运动机械振动Simpleharmonicmotion第1页

想一想——

进入高中以来，我们主要学习了哪几个形式运动?

请说出各运动名称及每种运动所对应受力情况。1.匀速直线运动

2.匀变速直线运动、非匀变速直线运动3.平抛运动

4.匀速圆周运动

第2页机械振动是生活中常见运动形式第3页一、机械振动

1、定义：物体（或物体一部分）在某一中心位置（平衡位置）两侧所做往复运动（周期性），就叫做机械振动（振动）第4页2、机械振动主要特征是（周期性）（1）“空间运动”往复性（2）“时间”上周期性。3、产生振动有两个必要条件：（1）每当物体离开平衡位置就会受到平衡位置力作用。（2）阻力足够小。第5页什么样机械振动最简单？物体受力最简单、振动最简单-------只受一个力作用机械振动-------简谐振动第6页二、简谐运动第7页

振子以O点为中心在水平杆方向做往复运动。振子由B点开始运动，经过O点运动到C点，由C点再经过O点回到B点，且OC等于OB,今后振子不停地重复这种往复运动。以上装置称为弹簧振子。第8页弹簧振子定义：指理想化处理后弹簧与小球组成系统。第9页弹簧振子理想化条件（1）弹簧质量比小球质量小得多，能够认为质量集中于振子（小球）。（2）小球需体积很小，可当做质点处理。（3）忽略一切摩擦及阻力作用。（4）小球从平衡位置拉开位移在弹性程度内。第10页常见简谐运动：第11页常见简谐运动：第12页回复力

振子在振动过程中，所受重力与支持力平衡，振子在离开平衡位置O点后，只受到弹簧弹力作用，这个力方向跟振子离开平衡位置位移方向相反，总是指向平衡位置，所以称为回复力。第13页胡克定律

在弹簧发生弹性形变时，弹簧振子回复力F与振子偏离平衡位置位移x大小成正比，且方向总是相反，即：这个关系在物理学中叫做胡克定律第14页

式中k是弹簧劲度系数。负号表示回复力方向跟振子离开平衡位置位移方向相反。

定义:物体在跟位移大小成正比，而且总是指向平衡位置力作用下振动，叫做简谐运动。说明:判断是否作简谐振动依据是第15页简谐运动中位移、加速度、速度、动能、势能改变规律平衡位置:振动物体能够静止时位置。（1）振动中位移x都是以平衡位置为起点，所以，方向就是从平衡位置指向末位置方向，大小就是这两位置间距离，两个“端点”位移最大，在平衡位置位移为零。第16页第17页（2）加速度a在两个“端点”最大，在平衡位置为零，方向总指向平衡位置。简谐运动中位移、加速度、速度、动能、势能改变规律（3）速度大小v与加速度a改变恰好相反，在两个“端点”为零，在平衡位置最大，除两个“端点”外任何一个位置速度方向都有两种可能。a=-kx/m第18页（5）在简谐运动中，完成P6表格（4）能量改变：机械能守恒，动能和势能总量不变。简谐运动中位移、加速度、速度、动能、势能改变规律第19页物理量改变过程BOOB’B’OOB

位移（X）方向大小回复力（F）加速度（a）方向大小速度（V）方向大小动能大小势能大小向右减小向左减小向左增大增大减小向左增大向右增大向左减小减小增大向左减小向右减小向右增大增大减小向右增大向左增大向右减小减小增大OB’B第20页例1、图所表示为一弹簧振子，O为平衡位置，设向右为正方向，振子在B、C之间振动时（）A．B至O位移为负、速度为正B．O至C位移为正、加速度为负C．C至O位移为负、加速度为正D．O至B位移为负、速度为负OCBC第21页简谐运动特点：1、简谐振动是最简单、最基本运动，简谐振动是理想化振动。2、回复力与位移成正比而方向相反，总是指向平衡位置。3、简谐运动是一个理想化运动，振动过程中无阻力，所以振动系统机械能守恒。4、简谐运动是一个非匀变速运动。第22页简谐运动弹簧振子---------理想化物理模型2、产生条件（1）有回复力作用（2）阻力足够小回复力特点：F=-kx

各物理量分析OA’A1、定义机械振动小结第23页1、简谐运动属于哪一个运动（）

A、匀加速运动

B、匀减速运动C、匀速运动

D、非匀变速运动D思索与讨论第24页思索与讨论2、作简谐振动物体，当它每次经过同一位置时，一定相同物理量是（）

A、速度B、位移C、回复力

D、加速度E、动能CBDE第25页3、做简谐运动物体，当位移为负值时，以下说法正确是（）

A、速度一定为正值，加速度一定为正值。

B、速度不一定为正值，但加速度一定为正值。

C、速度一定为负值，加速度一定为正值。

D、速度不一定为负值，加速度一定为负值。

思索与讨论B第26页4．做简谐振动弹簧振子受到回复力与位移关系可用图中哪个图正确表示出来？（）C思索与讨论第27页三、描述简谐运动特征物理量1、全振动：振动物体往返一次（以后完全重复原来运动）运动，叫做一次全振动。2、振幅（A）：振动物体离开平衡位置最大距离，叫做振幅，用A表示，单位为长度单位单位，在国际单位制中为米（m），振幅是描述振动强弱物理量，振幅大表示振动强，振幅小表示振动弱。振幅大小反应了振动系统能量大小。第28页3、周期：做简谐运动物体完成一次全振动所需要时间，叫做振动周期用T表示，单位为时间单位，在国际单位制中为秒（s）。4、频率：单位时间内完成全振动次数，叫做振动频率。用f表示，在国际单位制中，频率单位是赫兹（Hz），三、描述简谐运动特征物理量振动周期是描述振动快慢物理量，周期越长表示振动越慢，周期越小表示振动越快。频率是表示振动快慢物理量，频率越大表示振动越快，频率越小表示振动越慢。第29页1、振幅是一个标量，是指物体偏离平衡位置最大距离。它没有负值，也无方向，所以振幅不一样于最大位移。2、在简谐运动中，在一个稳定振动中，物体振幅是不变。振幅与振动能量相关，振幅越大，能量越大。3、振动物体在一个全振动过程中经过旅程等于4个振幅，在半个周期内经过旅程等于两个振幅，但在四分之一周期内经过旅程不一定等于一个振幅，与振动起始时刻相关。几点注意事项4、周期与频率关系：T=1/f第30页例1、一个弹簧振子振动周期是0.25s，当振子从平衡位置开始向右运动，经过1.7s时，振子运动情况是（）A.正在向右做减速运动；B.正在向右做加速运动；C.正在向左做减速运动；D.正在向左做加速运动；思索与讨论B第31页2、一弹簧振子作简谐运动，则以下说法正确有（）A.若位移为负值，则速度一定为正值．B.振子经过平衡位置时，速度为零，加速度最大．C.振子每次经过平衡位置时，加速度相同，速度也相同．D.振子每次经过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同.思索与讨论D第32页3.将一个水平方向弹簧振子从它平衡位置向右拉开10cm，无初速释放，已知振子频率为5Hz，振子在0.1s到0.15s内向

（左、右）做

（加、减）速运动；在0.4s内一共经过旅程为

，位移为

（取向右为正）;振子0.65s末速度向

（左、右）；当振子位移为2cm时，它加速度大小为4m/s2。则振子在振动过程中最大加速度为

.思索与讨论右加80cm10cm左20m/s2第33页

4．如图所表示弹簧振子，振球在光滑杆上做简谐振动，往返于BOC之间，O是平衡位置，D是OC中点则

A.小球由O向C运动过程中，加速度越来越大，速度越来越大

B.小球由C到O运动过程中，加速度越来越小，速度越来越大C.小球由O到B运动过程中，要克服弹力做功

D.小球由D点运动到C再返回D，所用时间是1/4周期

思索与讨论BC第34页5．如图所表示，轻质弹簧下端挂重为20N物体A，弹簧伸长了3cm，再挂重为20N物体B时又伸长2cm，若将连接A和B连线剪断，使A在竖直面内振动时，下面结论正确是（）

A