2.1简谐运动 课件-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册

第二章

机械振动第1节

简谐运动思考并回答问题。

[答案]

振子振动而白纸不动时，画出的痕迹是一条线段；振子振动时匀速拖动白纸，画出的痕迹是一条正弦曲线。正确的打“√”，错误的打“×”。（1）

简谐运动就是指弹簧振子的运动。(

)×（2）

简谐运动是机械振动中最简单、最基本的一种运动。(

)√（3）

只要有弹簧、物体，就可以组成弹簧振子。(

)×（4）

振动的物体可以做直线运动，也可以做曲线运动。(

)√（5）

振动物体的位移都是以平衡位置为初位置的。(

)√（6）

振动图像是振子的运动轨迹。(

)×任务1

弹簧振子情境引入

如图所示的装置中，把小球向右拉开一段距离后释放，可以观察到小球左右运动了一段时间，最终停止运动。问题引领1.小球的运动具有什么特点？为什么小球最终会停止运动？[答案]

小球的运动具有往复性。小球因为受到摩擦力的作用最终停止运动。2.在横杆上涂上一层润滑油，重复刚才的实验，观察到的结果与第一次实验有何不同？[答案]

小球往复运动的次数增多，运动时间变长。知识生成1.机械振动：物体或者物体的一部分在一个位置附近的①___________，称为机械振动，简称振动。往复运动2.平衡位置：振子（振动物体）原来②_______时的位置。静止3.弹簧振子：由③_______和④_______构成的⑤_______。小球弹簧系统应用探究

生活中我们会看到人趴在地上做俯卧撑，水塘里的芦苇在微风作用后左右摆动，五星红旗迎风飘扬，钓鱼时浮标在水中上下浮动……（1）

上面四个现象的共同特点是什么？[答案]

它们做的都是往复运动。（2）

上面四个现象中的运动是否都是机械振动？请说明理由。[答案]

物体在平衡位置附近的往复运动叫作机械振动，人趴在地上做俯卧撑和五星红旗迎风飘扬都缺少特定的平衡位置，所以不属于机械振动，另外两个现象中存在稳定的平衡位置，所以其运动属于机械振动。

例1

（多选）下列关于理想弹簧振子的说法正确的有(

@18@

)。A.任意的弹簧和任意的小球都可以构成弹簧振子B.弹簧振子中小球的振动范围不能超出弹簧的弹性限度C.弹簧振子中的小球的体积不能忽略D.弹簧振子中的小球一旦开始振动就不会停下来BD

分析问题.理想化模型实际真的存在吗？如何建构出理想化模型？【提示】理想化模型实际不存在；当某些因素对所研究的问题没有影响或影响几乎可以忽略时，我们忽略这些因素，这就建构出一个理想化模型。

弹簧振子是一种理想化模型。实际情形可看成弹簧振子应该满足以下四个条件：（1）不计摩擦阻力和空气阻力。（2）不计弹簧的质量。（3）物体可视为质点。（4）弹簧的形变在弹性限度内。任务2

简谐运动及其图像情境引入

问题引领1.白纸不动时，甲同学画出的轨迹是怎样的？

2.乙同学向右以较小的速度匀速拖动白纸时，甲同学在纸上画出的轨迹又是怎样的？[答案]

轨迹如图所示，类似于正弦曲线。

知识生成1.弹簧振子的位移—时间图像

用横坐标表示振子运动的⑥_______，纵坐标表示振子运动的⑦_______，然后用频闪照相法可以得到振子在平衡位置附近做往复运动的位移—时间图像。

振子的位移：振子相对⑧___________的位移。时间位移平衡位置2.简谐运动及其图像（1）简谐运动：如果质点的位移与时间的关系遵循⑨_________________的规律，即它的振动图像是一条⑩_________________，这样的振动叫作简谐运动。（2）简谐运动是最简单、最基本的振动，⑪___________的振动就是简谐运动，是一种理想化模型。正（余）弦函数正（余）弦曲线弹簧振子应用探究

如图1所示，以小球的平衡位置为坐标原点，规定小球在平衡位置右侧时的位移为正，在左侧时的位移为负。用频闪仪给小球连续拍照的同时，将底片匀速移动得到如图2所示的图片。

（2）

图2中的图像呈现的是什么？[答案]

图像记录了小球在不同时刻所在的位置。

D

分析问题.（1）弹簧振子的运动是否存在对称性？如果存在，关于什么位置对称？（2）远离平衡位置的过程中，弹簧振子的位移和速度变化趋势是否相同？

弹簧振子的运动是一种典型的简谐运动。（1）位移及其变化

位移指相对平衡位置的位移，由平衡位置指向振子所在的位置。当振子从平衡位置向最大位移处移动时，位移增大；当振子由最大位移处向平衡位置移动时，位移减小。（2）速度及其变化

振子在平衡位置处速度最大，在最大位移处速度为零。振子由平衡位置向最大位移处运动时，速度减小；振子由最大位移处向平衡位置运动时，速度增大。（3）加速度及其变化

水平弹簧振子中振子所受弹簧的弹力是振子受到的合力，竖直弹簧振子中振子所受的重力与弹簧弹力的合力是振子受到的合力。不论是水平弹簧振子还是竖直弹簧振子，均满足：振子在平衡位置处所受的合力为零，加速度为零；而在最大位移处所受的合力最大，加速度最大。1.（任务1）下列运动中，属于机械振动的是(

@35@

)。①乒乓球在桌面上的上下运动②弹簧振子在竖直方向的上下运动③秋千在空中的来回运动④竖立于水面上的圆柱形玻璃瓶的上下运动A.①②

B.②③

C.③④

D.②③④D[解析]

机械振动的特点是物体在平衡位置附近做往复运动，①不属于机械振动，②③④属于机械振动，D项正确。

AC

3.（任务2）在水平方向上做简谐运动的质点，其振动图像如图所示，假设向右为正方向，则质点正在向右做加速运动的时间是(

@39@

)。

D

A.