2.1简谐振动（共30张ppt）
文档属性
| 名称 | 2.1简谐振动（共30张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-12 07:31:34 | ||
图片预览
文档简介
(共30张PPT)
第2章 机械振动
加速度大小方向都不变的匀变速直线运动。（自由落体运动）
思考1：我们以前学过哪些运动形式？
加速度大小方向都不变的匀变速曲线运动。（平抛运动）
加速度大小不变方向改变的变加速曲线运动。（匀速圆周运动）
思考2：如果加速度大小和方向都改变，那么物体会做什么运动呢？
物体在平衡位置附近所做的往复运动叫做机械振动，简称振动。
一、机械振动
（1）、围绕着“中心”位置
（2）、“往复”运动
这些运动的共同特点是什么？
1、定义：物体在平衡位置附近的往复运动。
2、特点：
（1）平衡位置——“对称性”。
振动停止时物体所在的位置
（2）往复运动——“周期性”
简单应用：下列运动中属于机械振动的是（ ）
A、树枝在微风的作用下的运动
B、竖直向上跑出的物体的运动
C、说话时声带的振动
D、爆炸声引起的窗扇的运动
ACD
下面运动都是机械振动：
钟摆的摆动，水上浮标的浮动，
担物行走时扁担的颤动，
在微风中树梢的摇摆，
振动的音叉、锣、鼓、琴弦等都是机械振动．
例1．(多选)下列运动中属于机械振动的是( )
A．小鸟飞走后树枝的运动
B．爆炸声引起窗子上玻璃的运动
C．匀速圆周运动
D．竖直向上抛出的物体的运动
解析：物体在平衡位置附近所做的往复运动是机械振动，A、B正确；圆周运动和竖直上抛运动不是机械振动．
答案：AB
振子以O点为中心在水平杆方向做往复运动．
1. 理想模型--- 弹簧振子
小球与水平杆间
的摩擦忽略不计，
M小球＞＞M弹簧
以上装置称为
弹簧振子
二、简谐运动
小球看成质点
竖直方向上的弹簧振子
二、弹簧振子——理想化模型
1.振子模型：如图，如果球与杆之间的摩擦可以忽略，且弹簧的质量与小球的质量相比也可以忽略，则该装置为弹簧振子。
2.理想模型：
（2）不计阻力
（3）弹簧的质量与小球相比可以忽略
（1）小球看成质点
二、弹簧振子——理想化模型
3.平衡位置：振子原来静止时的位置．
二、弹簧振子
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.
例2.关于机械振动的位移和平衡位置，以下说法正确的( )
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
答案：AB
例3.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
答案：B
思考：如图所示的弹簧振子中，把小球拉向右方，然后放开，小球将如何运动？它的运动有什么特点？
三、振动图像 (位移--时间图象)
1、位移x:振动物体的位移x用从平衡位置指向物体所在位置的有向线段表示.
如图所示，是振子在A、B位置的位移xA和xB
坐标原点0－平衡位置
横坐标t－振动时间
纵坐标x－振子偏离平衡位置的位移
注意：规定在0点右边时位移为正，左边时位移为负.
2、画法:
可用数码照相机拍摄弹簧振子的运动录像，得到分帧照片，依次排列得到图象。
（1）.图像绘制方法:
（2）记录法做图
应用：心电图仪、地震仪
三、弹簧振子——理想化模型
体验：一同学匀速拉动一张白纸，另一同学沿与纸运动方向相垂直方向用笔往复画线段，观察得到的图象。
这种记录振动的方法在实际中有很多应用。医院里的心电图及地震仪中绘制的地震曲线等，都是用类似的方法记录振动情况的。
绘制地震曲线
心电图
我们所得到的小球运动的x—t图象很像正弦曲线，是不是这样呢？你用什么方法来检验？
思考：
3.验证:
方法一 验证法:（计算机拟合）
假定是正弦曲线，可用刻度尺测量它的振幅和周期，写出对应的表达式，然后在曲线中选小球的若干个位置，用刻度尺在图中测量它们的横坐标和纵坐标，代入所写出的正弦函数表达式中进行检验，看一看这条曲线是否真的是一条正弦曲线。
结论：弹簧振子的振动图像是一条正弦曲线。
方法二 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作出这条曲线，然后按照计算机提示用一个周期性函数拟合这条曲线，看一看弹簧振子的位移—时间的关系可以用什么函数表示。
四、简谐运动
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。
2.特点：简谐运动是最基本的振动。
t
x
o
思考：（1）位移如何变化？
解析：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。时间轴上方位移为正，时间轴下方位移为负。
3.简谐运动的图像
思考：（2）速度如何变化？
解析：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。速度的方向“面向未来”（看x-t图像的斜率）
提示：不对，因为振动图象不是运动轨迹，而是振子相对于平衡位置的位移随时间的变化规律，如图所示，水平方向的弹簧振子振动时，振子在A′—O—A之间往复运动，则其运动轨迹是线段A′A.
思考：（3）振动图象是正弦曲线，那么其运动轨迹也应该是正弦曲线，结合水平方向的弹簧振子讨论一下，这种说法对吗？
总结提升1
根据振动图像获取信息
1.可直接读出振子在某一时刻相对于平衡位置的位移大小和位移方向：位于t轴上方的x值表示位移为正，位于t轴下方的x值表示位移为负。
2.可判断某一时刻振动物体的速度方向以及大小的变化趋势。
3.平衡位置的特点：速度最大，位移为0
最大位移处的特点：速度为0，位移最大
4.图像反映位移随时间的变化规律，不是质点的运动轨迹
t
x
o
例4.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-20cm
C.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内和第2s内振子相对于平衡位置的位移方向相同,瞬时速度方向相反
答案：D
例5.如图所示，弹簧振子在M、N之间做简谐运动．以平衡位置O为原点，建立Ox轴．向右为x轴正方向．若振子位于N点时开始计时，则其振动图象为( )
答案：A
【做一做】两人合作，模拟振动曲线的记录装置
先在白纸中央画一条直线 OO′，使它平行于纸的长边，作为图像的横坐标轴。一个人用手使铅笔尖在白纸上沿垂直于 OO′的方向水平振动，另一个人沿 OO′的方向匀速拖动白纸，纸上就画出了一条描述笔尖振动情况的 x-t图像。
【思考？】横坐标代表什么物理量？纵坐标代表什么量？为什么必须匀速拖动白纸？如果拖动白纸的速度是 5×10-2 m/s，在横坐标轴上应该怎样标出坐标的刻度？
解析：（1）OO′为横坐标代表时间；纵坐标代表位移。
（2）白纸匀速运动时，由位移公式x=vt知：位移与时间成正比，因此在匀速运动的条件下，可以用相等的位移表示时间。
（3）5cm作为1s的时间
课堂小结
1．一个模型：弹簧振子．
2．三个概念：简谐运动、平衡位置、简谐运动的位移
3．简谐运动的图像：由图像上提取信息
[变式训练3-1]如图1所示，弹簧振子以点O为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动。取向右为正方向，振子的位移x随时间t的变化如图2所示，下列说法正确的是( )
A．t＝0.8 s时，振子的速度方向向右
B．t＝0.2 s时，振子在O点右侧6 cm处
C．t＝0.4 s和t＝1.2 s时，振子的加速度完全相同
D．t＝0.4 s到t＝0.8 s的时间内，振子的速度逐渐增大
答案： D
第2章 机械振动
加速度大小方向都不变的匀变速直线运动。（自由落体运动）
思考1：我们以前学过哪些运动形式？
加速度大小方向都不变的匀变速曲线运动。（平抛运动）
加速度大小不变方向改变的变加速曲线运动。（匀速圆周运动）
思考2：如果加速度大小和方向都改变，那么物体会做什么运动呢？
物体在平衡位置附近所做的往复运动叫做机械振动，简称振动。
一、机械振动
（1）、围绕着“中心”位置
（2）、“往复”运动
这些运动的共同特点是什么？
1、定义：物体在平衡位置附近的往复运动。
2、特点：
（1）平衡位置——“对称性”。
振动停止时物体所在的位置
（2）往复运动——“周期性”
简单应用：下列运动中属于机械振动的是（ ）
A、树枝在微风的作用下的运动
B、竖直向上跑出的物体的运动
C、说话时声带的振动
D、爆炸声引起的窗扇的运动
ACD
下面运动都是机械振动：
钟摆的摆动，水上浮标的浮动，
担物行走时扁担的颤动，
在微风中树梢的摇摆，
振动的音叉、锣、鼓、琴弦等都是机械振动．
例1．(多选)下列运动中属于机械振动的是( )
A．小鸟飞走后树枝的运动
B．爆炸声引起窗子上玻璃的运动
C．匀速圆周运动
D．竖直向上抛出的物体的运动
解析：物体在平衡位置附近所做的往复运动是机械振动，A、B正确；圆周运动和竖直上抛运动不是机械振动．
答案：AB
振子以O点为中心在水平杆方向做往复运动．
1. 理想模型--- 弹簧振子
小球与水平杆间
的摩擦忽略不计，
M小球＞＞M弹簧
以上装置称为
弹簧振子
二、简谐运动
小球看成质点
竖直方向上的弹簧振子
二、弹簧振子——理想化模型
1.振子模型：如图，如果球与杆之间的摩擦可以忽略，且弹簧的质量与小球的质量相比也可以忽略，则该装置为弹簧振子。
2.理想模型：
（2）不计阻力
（3）弹簧的质量与小球相比可以忽略
（1）小球看成质点
二、弹簧振子——理想化模型
3.平衡位置：振子原来静止时的位置．
二、弹簧振子
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.
例2.关于机械振动的位移和平衡位置，以下说法正确的( )
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
答案：AB
例3.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
答案：B
思考：如图所示的弹簧振子中，把小球拉向右方，然后放开，小球将如何运动？它的运动有什么特点？
三、振动图像 (位移--时间图象)
1、位移x:振动物体的位移x用从平衡位置指向物体所在位置的有向线段表示.
如图所示，是振子在A、B位置的位移xA和xB
坐标原点0－平衡位置
横坐标t－振动时间
纵坐标x－振子偏离平衡位置的位移
注意：规定在0点右边时位移为正，左边时位移为负.
2、画法:
可用数码照相机拍摄弹簧振子的运动录像，得到分帧照片，依次排列得到图象。
（1）.图像绘制方法:
（2）记录法做图
应用：心电图仪、地震仪
三、弹簧振子——理想化模型
体验：一同学匀速拉动一张白纸，另一同学沿与纸运动方向相垂直方向用笔往复画线段，观察得到的图象。
这种记录振动的方法在实际中有很多应用。医院里的心电图及地震仪中绘制的地震曲线等，都是用类似的方法记录振动情况的。
绘制地震曲线
心电图
我们所得到的小球运动的x—t图象很像正弦曲线，是不是这样呢？你用什么方法来检验？
思考：
3.验证:
方法一 验证法:（计算机拟合）
假定是正弦曲线，可用刻度尺测量它的振幅和周期，写出对应的表达式，然后在曲线中选小球的若干个位置，用刻度尺在图中测量它们的横坐标和纵坐标，代入所写出的正弦函数表达式中进行检验，看一看这条曲线是否真的是一条正弦曲线。
结论：弹簧振子的振动图像是一条正弦曲线。
方法二 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作出这条曲线，然后按照计算机提示用一个周期性函数拟合这条曲线，看一看弹簧振子的位移—时间的关系可以用什么函数表示。
四、简谐运动
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。
2.特点：简谐运动是最基本的振动。
t
x
o
思考：（1）位移如何变化？
解析：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。时间轴上方位移为正，时间轴下方位移为负。
3.简谐运动的图像
思考：（2）速度如何变化？
解析：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。速度的方向“面向未来”（看x-t图像的斜率）
提示：不对，因为振动图象不是运动轨迹，而是振子相对于平衡位置的位移随时间的变化规律，如图所示，水平方向的弹簧振子振动时，振子在A′—O—A之间往复运动，则其运动轨迹是线段A′A.
思考：（3）振动图象是正弦曲线，那么其运动轨迹也应该是正弦曲线，结合水平方向的弹簧振子讨论一下，这种说法对吗？
总结提升1
根据振动图像获取信息
1.可直接读出振子在某一时刻相对于平衡位置的位移大小和位移方向：位于t轴上方的x值表示位移为正，位于t轴下方的x值表示位移为负。
2.可判断某一时刻振动物体的速度方向以及大小的变化趋势。
3.平衡位置的特点：速度最大，位移为0
最大位移处的特点：速度为0，位移最大
4.图像反映位移随时间的变化规律，不是质点的运动轨迹
t
x
o
例4.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-20cm
C.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内和第2s内振子相对于平衡位置的位移方向相同,瞬时速度方向相反
答案：D
例5.如图所示，弹簧振子在M、N之间做简谐运动．以平衡位置O为原点，建立Ox轴．向右为x轴正方向．若振子位于N点时开始计时，则其振动图象为( )
答案：A
【做一做】两人合作，模拟振动曲线的记录装置
先在白纸中央画一条直线 OO′，使它平行于纸的长边，作为图像的横坐标轴。一个人用手使铅笔尖在白纸上沿垂直于 OO′的方向水平振动，另一个人沿 OO′的方向匀速拖动白纸，纸上就画出了一条描述笔尖振动情况的 x-t图像。
【思考？】横坐标代表什么物理量？纵坐标代表什么量？为什么必须匀速拖动白纸？如果拖动白纸的速度是 5×10-2 m/s，在横坐标轴上应该怎样标出坐标的刻度？
解析：（1）OO′为横坐标代表时间；纵坐标代表位移。
（2）白纸匀速运动时，由位移公式x=vt知：位移与时间成正比，因此在匀速运动的条件下，可以用相等的位移表示时间。
（3）5cm作为1s的时间
课堂小结
1．一个模型：弹簧振子．
2．三个概念：简谐运动、平衡位置、简谐运动的位移
3．简谐运动的图像：由图像上提取信息
[变式训练3-1]如图1所示，弹簧振子以点O为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动。取向右为正方向，振子的位移x随时间t的变化如图2所示，下列说法正确的是( )
A．t＝0.8 s时，振子的速度方向向右
B．t＝0.2 s时，振子在O点右侧6 cm处
C．t＝0.4 s和t＝1.2 s时，振子的加速度完全相同
D．t＝0.4 s到t＝0.8 s的时间内，振子的速度逐渐增大
答案： D