物理人教版（2019）选择性必修第一册2.1简谐运动（共33张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）选择性必修第一册2.1简谐运动（共33张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 5.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-04-04 15:41:08 | ||
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文档简介
(共33张PPT)
2.1简谐运动
人教版（2019）物理选择性必修第一册 第二章 机械振动
问题？
钟摆来回摆动，水中浮标上下浮动，担物行走时扁担下物体的颤动，树梢在微风中的摇摆……在生活中我们会观察到很多类似这样的运动。这些运动的共同点是什么？
一、机械振动
物体（或物体的一部分）在某一中心位置附近往复运动.
2、特点:
(1)平衡位置：物体振动停止时所在位置，不一定是运动范围的中心
------可能有“对称性”和“周期性”
(2)往复运动：连续经过同一位置的运动方向相反，即往和返的方向。
1、机械振动定义:
一、机械振动
3、产生机械振动的条件
1.物体离开平衡位置后必须受到回复力的作用；
2.运动中物体所受阻力要足够小；
一、机械振动
1.振子模型：小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子。
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．
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.
二、弹簧振子——理想化模型
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？
二、弹簧振子——理想化模型
振子的位移x都是相对于平衡位置的位移，以平衡位置为坐标原点O，沿振动方向建立坐标轴。规定在O点右边时位移为正，在左边时位移为负。
三、弹簧振子的位移——时间图像
图像绘制方法
方法一、频闪照片法
三、弹簧振子的位移——时间图像
底片匀速运动方向
x
t
底片匀速运动方向
t T/12 T/8 T/4
θ(o) 30 o 45 o 90 o
理论值X=Asinθ(cm)
X(cm)
特殊点检验法
x
t
三、弹簧振子的位移——时间图像
（2）、描图记录法
结论：弹簧振子的振动图像是一条正弦曲线.
三、弹簧振子的位移——时间图像
弹簧振子的运动轨迹如何？
应该如何建立坐标系？
该如何作出上图中更直观的x-t图像？
如果以横坐标为位移作出的位移时间图像形状如何？
三、弹簧振子的位移——时间图像
1、x-t图像绘制方法
（1）轨迹展开法（匀速直线运动)
①将振子放在在光滑玻璃板上，然后在小球下方粘一蘸墨汁的毛笔尖
②以振子静止位置为原点O，水平向右方向建立x轴，竖直向下建立时间y轴
③使振子获得一定初速度从平衡位置开始振动，同时竖直向上匀速抽动玻璃板，笔尖在玻璃板上留下一条向下的曲线。
O
玻璃板抽动方向
④将x-y图像旋转900，即得到弹簧振子的x-t图像。
y(t)
为什么y轴能够表示时间轴t
弹簧振子在沿y轴方向相对玻璃板作匀速直线运动，y∝t
三、弹簧振子的位移——时间图像
（2）描点法
②频闪照片法采集各时刻位置信息记录在表格中。
时间t 0 t0 2t0 3t0 4t0 5t0 6t0
位移x/mm -20.0 -17.8 -10.1 -0.1 10.3 17.7 20.0
时间t 6t0 7t0 8t0 9t0 10t0 11t0 12t0
位移x/mm 20. 0 17.7 -10.3 0.1 -10.1 -17.8 -20.0
（2）描点法
②以振子静止位置为原点O，水平向右方向建立X轴，竖直向下建立时间t轴
③描点，用平滑曲线连接各点。
三、弹簧振子的位移——时间图像
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
拓展 旋 转 矢 量
因此，以O为圆点，旋转矢量A，则矢量A的末端，在ox投影点的运动是简谐运动。
三、弹簧振子的位移——时间图像
1．下列情形中不属于机械振动的是( )
A．水中浮标上下运动 B．秋千的摆动
C．拨动后的琴弦 D．表针沿表盘转动
【答案】D
【解析】物体做机械振动时存在某一平衡位置，且物体在这一位置两侧往复运动，A、B、C选项中描述的运动均符合这一要求，D选项表针做圆周运动，它并不是在某一位置两侧往复运动，故D选项不属于机械振动．
典型例题
2．(多选)如图所示为一个做简谐运动的弹簧振子的x－t图像，在下列哪些时刻，位移和速度的方向相同 ( )
A．1.4 s
B．4.6 s
C．4.2 s
D．5 s
【答案】AC
【解析】根据质点在下一时刻的位置来判断质点的速度方向．
3．(2021届上海期末)如图所示，弹簧振子在B、C两点间做无摩擦的往复运动，O是振子的平衡位置．则振子 ( )
A．从B向O运动过程中位移一直变小
B．从O向C运动过程中加速度一直变小
C．从B经过O向C运动过程中速度一直变小
D．从C经过O向B运动过程中速度一直变小
【答案】A
【解析】振子从B向O运动时，是向着平衡位置移动，位移变小，故A正确；振子从O向C运动时，是从平衡位置向最大位移运动的过程，所以位移变大，加速度变大，故B错误；从B经过O向C运动过程中速度先增大后变小，故C错误；从C经过O向B运动过程中速度先增大后变小，故D错误．
4．(多选)如图所示为某物体做简谐运动的图像，下列说法中正确的是 ( )
A．物体在0.2 s时刻与0.4 s时刻的速度相同
B．物体在0.6 s时刻与0.4 s时刻的动能相同
C．0.7～0.9 s时间内物体的加速度在减小
D．0.9～1.1 s时间内物体的势能在增加
【答案】AB
【解析】由图可知，物体在0.2 s与0.4 s时刻都向正x方向运动，速度大小相等，A正确；物体在0.6 s与0.4 s时刻速度大小相等，动能相同，B正确；物体在0.7～0.9 s内加速度在增大，C错误；物体在0.9～1.1 s内势能在减小，D错误．
5．如图所示，轻质弹簧一端固定在地面上，另一端与
一薄板连接，薄板的质量不计，板上放一重物．用手将重物往
下压，然后突然将手撤去，则重物被弹离之前的运动情况是
加速度先________后________．
【答案】减小 增大
【解析】竖直方向的弹簧振子的振动也是简谐运动，但它的平衡位置在重力与弹力平衡的位置，此位置加速度为零．因此从平衡位置将弹簧压缩以后放手，它的加速度是先减小，到达平衡位置以后再增大．
6.(弹簧振子的理解)(多选)下列关于理想弹簧振子的说法正确的是( )
A.任意的弹簧和任意的小球就可以构成弹簧振子
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.弹簧振子中小球的体积不能忽略
D.弹簧振子中的小球一旦振动起来就停不下来
答案:BD
解析:理想弹簧振子中弹簧的质量可以忽略,小球体积忽略不计,可看成质点,不计摩擦阻力,小球一旦振动起来将不会停下来,而小球振动时,不能超出弹簧的弹性限度,故B、D正确,A、C错误。
7.(简谐运动的图像)装有砂粒的试管竖直静浮于水面,如图所示。将试管竖直提起少许,然后由静止释放并开始计时,在一定时间内试管在竖直方向做简谐运动。若取竖直向上为正方向,则以下描述试管振动的图像中可能正确的是( )
答案:D
解析:装有砂粒的试管受到重力和浮力作用,竖直提起少许时,浮力小于重力,合力向下。试管释放时,试管处于最高点(正方向最大位移处),将在合力作用下向下(负方向)做加速运动,之后试管将做简谐运动,故试管的振动图像中0时刻位移为正方向最大值,只有选项D正确。
课堂小结
1、机械振动：
物体在平衡位置（中心位置）两侧附近所做往复运动。通常简称为振动。
平衡位置：振子原来静止时的位置
2、弹簧振子理性化模型：不计阻力、弹簧的质量与小球相比可以忽略。
3、简谐运动：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象（x—t图象）是一条正弦曲线 。
课后作业
课本练习与应用
谢谢聆听
2.1简谐运动
人教版（2019）物理选择性必修第一册 第二章 机械振动
问题？
钟摆来回摆动，水中浮标上下浮动，担物行走时扁担下物体的颤动，树梢在微风中的摇摆……在生活中我们会观察到很多类似这样的运动。这些运动的共同点是什么？
一、机械振动
物体（或物体的一部分）在某一中心位置附近往复运动.
2、特点:
(1)平衡位置：物体振动停止时所在位置，不一定是运动范围的中心
------可能有“对称性”和“周期性”
(2)往复运动：连续经过同一位置的运动方向相反，即往和返的方向。
1、机械振动定义:
一、机械振动
3、产生机械振动的条件
1.物体离开平衡位置后必须受到回复力的作用；
2.运动中物体所受阻力要足够小；
一、机械振动
1.振子模型：小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子。
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．
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.
二、弹簧振子——理想化模型
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？
二、弹簧振子——理想化模型
振子的位移x都是相对于平衡位置的位移，以平衡位置为坐标原点O，沿振动方向建立坐标轴。规定在O点右边时位移为正，在左边时位移为负。
三、弹簧振子的位移——时间图像
图像绘制方法
方法一、频闪照片法
三、弹簧振子的位移——时间图像
底片匀速运动方向
x
t
底片匀速运动方向
t T/12 T/8 T/4
θ(o) 30 o 45 o 90 o
理论值X=Asinθ(cm)
X(cm)
特殊点检验法
x
t
三、弹簧振子的位移——时间图像
（2）、描图记录法
结论：弹簧振子的振动图像是一条正弦曲线.
三、弹簧振子的位移——时间图像
弹簧振子的运动轨迹如何？
应该如何建立坐标系？
该如何作出上图中更直观的x-t图像？
如果以横坐标为位移作出的位移时间图像形状如何？
三、弹簧振子的位移——时间图像
1、x-t图像绘制方法
（1）轨迹展开法（匀速直线运动)
①将振子放在在光滑玻璃板上，然后在小球下方粘一蘸墨汁的毛笔尖
②以振子静止位置为原点O，水平向右方向建立x轴，竖直向下建立时间y轴
③使振子获得一定初速度从平衡位置开始振动，同时竖直向上匀速抽动玻璃板，笔尖在玻璃板上留下一条向下的曲线。
O
玻璃板抽动方向
④将x-y图像旋转900，即得到弹簧振子的x-t图像。
y(t)
为什么y轴能够表示时间轴t
弹簧振子在沿y轴方向相对玻璃板作匀速直线运动，y∝t
三、弹簧振子的位移——时间图像
（2）描点法
②频闪照片法采集各时刻位置信息记录在表格中。
时间t 0 t0 2t0 3t0 4t0 5t0 6t0
位移x/mm -20.0 -17.8 -10.1 -0.1 10.3 17.7 20.0
时间t 6t0 7t0 8t0 9t0 10t0 11t0 12t0
位移x/mm 20. 0 17.7 -10.3 0.1 -10.1 -17.8 -20.0
（2）描点法
②以振子静止位置为原点O，水平向右方向建立X轴，竖直向下建立时间t轴
③描点，用平滑曲线连接各点。
三、弹簧振子的位移——时间图像
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
拓展 旋 转 矢 量
因此，以O为圆点，旋转矢量A，则矢量A的末端，在ox投影点的运动是简谐运动。
三、弹簧振子的位移——时间图像
1．下列情形中不属于机械振动的是( )
A．水中浮标上下运动 B．秋千的摆动
C．拨动后的琴弦 D．表针沿表盘转动
【答案】D
【解析】物体做机械振动时存在某一平衡位置，且物体在这一位置两侧往复运动，A、B、C选项中描述的运动均符合这一要求，D选项表针做圆周运动，它并不是在某一位置两侧往复运动，故D选项不属于机械振动．
典型例题
2．(多选)如图所示为一个做简谐运动的弹簧振子的x－t图像，在下列哪些时刻，位移和速度的方向相同 ( )
A．1.4 s
B．4.6 s
C．4.2 s
D．5 s
【答案】AC
【解析】根据质点在下一时刻的位置来判断质点的速度方向．
3．(2021届上海期末)如图所示，弹簧振子在B、C两点间做无摩擦的往复运动，O是振子的平衡位置．则振子 ( )
A．从B向O运动过程中位移一直变小
B．从O向C运动过程中加速度一直变小
C．从B经过O向C运动过程中速度一直变小
D．从C经过O向B运动过程中速度一直变小
【答案】A
【解析】振子从B向O运动时，是向着平衡位置移动，位移变小，故A正确；振子从O向C运动时，是从平衡位置向最大位移运动的过程，所以位移变大，加速度变大，故B错误；从B经过O向C运动过程中速度先增大后变小，故C错误；从C经过O向B运动过程中速度先增大后变小，故D错误．
4．(多选)如图所示为某物体做简谐运动的图像，下列说法中正确的是 ( )
A．物体在0.2 s时刻与0.4 s时刻的速度相同
B．物体在0.6 s时刻与0.4 s时刻的动能相同
C．0.7～0.9 s时间内物体的加速度在减小
D．0.9～1.1 s时间内物体的势能在增加
【答案】AB
【解析】由图可知，物体在0.2 s与0.4 s时刻都向正x方向运动，速度大小相等，A正确；物体在0.6 s与0.4 s时刻速度大小相等，动能相同，B正确；物体在0.7～0.9 s内加速度在增大，C错误；物体在0.9～1.1 s内势能在减小，D错误．
5．如图所示，轻质弹簧一端固定在地面上，另一端与
一薄板连接，薄板的质量不计，板上放一重物．用手将重物往
下压，然后突然将手撤去，则重物被弹离之前的运动情况是
加速度先________后________．
【答案】减小 增大
【解析】竖直方向的弹簧振子的振动也是简谐运动，但它的平衡位置在重力与弹力平衡的位置，此位置加速度为零．因此从平衡位置将弹簧压缩以后放手，它的加速度是先减小，到达平衡位置以后再增大．
6.(弹簧振子的理解)(多选)下列关于理想弹簧振子的说法正确的是( )
A.任意的弹簧和任意的小球就可以构成弹簧振子
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.弹簧振子中小球的体积不能忽略
D.弹簧振子中的小球一旦振动起来就停不下来
答案:BD
解析:理想弹簧振子中弹簧的质量可以忽略,小球体积忽略不计,可看成质点,不计摩擦阻力,小球一旦振动起来将不会停下来,而小球振动时,不能超出弹簧的弹性限度,故B、D正确,A、C错误。
7.(简谐运动的图像)装有砂粒的试管竖直静浮于水面,如图所示。将试管竖直提起少许,然后由静止释放并开始计时,在一定时间内试管在竖直方向做简谐运动。若取竖直向上为正方向,则以下描述试管振动的图像中可能正确的是( )
答案:D
解析:装有砂粒的试管受到重力和浮力作用,竖直提起少许时,浮力小于重力,合力向下。试管释放时,试管处于最高点(正方向最大位移处),将在合力作用下向下(负方向)做加速运动,之后试管将做简谐运动,故试管的振动图像中0时刻位移为正方向最大值,只有选项D正确。
课堂小结
1、机械振动：
物体在平衡位置（中心位置）两侧附近所做往复运动。通常简称为振动。
平衡位置：振子原来静止时的位置
2、弹簧振子理性化模型：不计阻力、弹簧的质量与小球相比可以忽略。
3、简谐运动：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象（x—t图象）是一条正弦曲线 。
课后作业
课本练习与应用
谢谢聆听