高中物理鲁科版（2019）选择性必修一 课件 2.1 简谐运动(共29张PPT)

(共29张PPT)
2.1 简谐运动
学习目标
1.知道什么是机械振动，什么是简谐运动，知道两种运动的特征.
2.知道简谐运动的图像是一条正弦或余弦曲线.
3.正确理解简谐运动图像的物理意义.
观察下图几个常见的运动，具有什么共同特点？
小鸟飞离树枝后树枝的颤动
鼓的振动
小孩荡秋千的运动
摆钟在最低点附近的往复运动
物体（或物体的一部分）以某一位置（平衡位置）为中心的往复运动叫作机械振动，简称振动.
一、机械振动
平衡位置
物体原来静止时的位置（一般情况下指物体在没有振动时所处的位置）
一、机械振动
机械振动的主要特征：
1.“空间运动”上的往复性；
2.“时间”上的周期性.
回复力：
1.总是指向平衡位置的力.
2.回复力是产生振动的条件，它使物体总是在平衡位置附近振动.
2.条件 ：
（1）忽略摩擦力等各种阻力；
（2）物体可看成质点；
（3）忽略弹簧质量。
1.定义:弹簧一端固定，另一端连接一个可视为质点的物体，不计弹簧质量，物体置于光滑水平面上，这样构成的振动系统称为弹簧振子.
二、简谐运动及其特征
弹簧振子是理想化模型
弹簧振子
振子的位移x：都是相对于平衡位置的位移.
右图中如果规定在O点右边为正，则在左边为负.
xA为正，xB为负.
振幅（A）：振动物体离开平衡位置
的最大距离
说明：
（1）标量.
（2）物理意义：反映振动物体振动的强弱.
弹簧振子的位移——时间图像（振动图像）
1.利用频闪照相拍摄
思考：图像中的白点是物体的运动轨迹么
第一个1/2周期：
时间t(s) 0 t0 2t0 3t0 4t0 5t0 6t0
位移x(cm） -20.0 -17.8 -10.1 0.1 10.3 17.7 20.0
第二个1/2周期：
时间t(s) 6t0 7t0 8t0 9t0 10t0 11t0 12t0
位移x(cm) 20.0 17.7 10.3 0.1 -10.1 -17.8 -20.0
2.描点作图法
横坐标：振动时间t
纵坐标：振子相对于平衡位置的位移
在弹簧振子的物体上安装一枝绘图笔，让一条纸带在与物体振动方向垂直的方向上匀速运动，笔在纸带上画出的就是物体的振动图像.
3.描图记录法
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，观察得到的图像.
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.
绘制地震曲线的装置
心电图
上图中画出的物体运动的x—t图像很像正弦曲线，是不是这样呢？
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，然后在曲线中选物体的若干个位置，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.
方法一 验证法:
方法二 拟合法:
在图中，测量物体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.
1．位移-时间图像：以物体的平衡位置为坐标原点，用横坐标表示振子振动的时间，纵坐标表示振子的位移，建立坐标系，得到位移随时间变化的情况-振动图像.
2．物理意义：反映了振子的位移随时间的变化规律.
3．特点：弹簧振子的位移—时间图像是一条正弦或余弦曲线.
弹簧振子的回复力与位移的关系？
物体所受弹簧的弹力提供了回复力.
取平衡位置O为x轴的原点，向右为x轴的正方向.
根据胡克定律，物体所受回复力
F = -kx
k是弹簧的劲度系数，x是物体相对平衡位置的位移，负号表示力与位移的方向相反.
1．定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x－t图像)是一条正弦曲线，这样的振动叫作简谐运动.
2．特点：简谐运动是最简单、最基本的振动，其振动过程关于平衡位置对称，是一种周期性的往复运动.
3.简谐运动的典例：
（1）弹簧振子
（2）单摆
简谐运动
4.运动性质：简谐运动是一种周期性的变加速运动.
5.设物体质量为m，根据牛顿第二定律，其加速度
a = = - x
6.简谐运动的能量：
（1）简谐运动中动能和势能相互转换，总的机械能保持守恒.
（2）在平衡位置动能最大，势能最小.
1、简谐运动属于哪一种运动（ ）
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
随堂检测
2、图所示为一弹簧振子，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
O
C
B
C
随堂检测
3、作简谐振动的物体，当它每次经过同一位置时，一定相同的物理量是（ ）
A、速度 D、加速度
B、位移 E、动量
C、回复力 F、动能
BCDE
随堂检测
4、一质点做简谐运动，在t1和t2两个时刻加速度相同，则在这两个时刻，下列物理量一定相同的是 （ ）
A、 位移
B、 速度
C、 动量
D、 回复力
AD
随堂检测
5、关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的有
（ ）
A、等于在平衡位置时振子的动能
B、等于在最大位移时弹簧的弹性势能
C、等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和
D、位移越大振动能量也越大
ABC
随堂检测
6、某一弹簧振子的振动图像如图所示，则由图像判断下列说法正确的是（ ）
A、振子偏离平衡位置的最大距离为10 cm
B、1s到2s的时间内振子向平衡位置运动
C、振子在2s内完成一次往复性运动
D、2s时和3s时振子的位移相等，运动方向也相同
AB
随堂检测
1.机械振动：物以某一位置为中心的往复运动.简称为振动.
平衡位置：振子原来静止时的位置.
位移（x）：都是相对于平衡位置的位移.
振幅（A）：振动物体离开平衡位置的最大距离.
2.弹簧振子理想化模型：不计阻力、弹簧的质量与物体相比可以忽略.
本课小结
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，即它的振动图像（x—t图像）是一条正弦曲线.
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