2.1简谐运动课件 （20张PPT）高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

(共20张PPT)
第一节 简谐运动
粤教版（2019）高中物理选择性必修第一册
第二章 机械振动
1、机械振动：物体（或物体的一部分）在一个位置附近做的往复运动。简称振动。
2、特点：
（1）有一个平衡位置(物体静止时所处的位置)；
（2）具有往复性、周期性。
机械振动
弹簧振子
简谐振动
简谐运动
认识简谐运动
简谐运动能量特征
图像和特征
1、定义：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。
弹簧+小球
2、理性化模型：
（1）忽略摩擦力等各种阻力；
（2）小球看成质点；
（3）忽略弹簧质量。
机械振动
弹簧振子
简谐振动
简谐运动
认识简谐运动
简谐运动能量特征
图像和特征
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
B
C
D
A
x
x
x
x
x
x
F
F
F
F
F
F
总是指向平衡位置
3、弹簧振子做机械振动时，所受的合力有什么特点？
机械振动
弹簧振子
简谐振动
简谐运动
认识简谐运动
简谐运动能量特征
图像和特征
回复力：振子在运动过程中水平方向只受弹力作用，这个弹力的方向跟振子偏离平衡位置O的位移方向相反，总指向平衡位置，它的作用是使振子能返回平衡位置。
F=-kx
振子所受回复力F的大小跟振子偏离平衡位移的位移x的大小成正比，即
负号表示回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向相反。
物体在跟平衡位置的位移大小成正比并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动，叫简谐振动。
机械振动
弹簧振子
简谐振动
简谐运动
认识简谐运动
简谐运动能量特征
图像和特征
（1）如右图，振子经历B→O→B’→O→B路径的一个完整振动过程叫一次全振动。
（2）如左图，振子一直在平衡位置附近振动，每个全振动中偏离平衡位置的最大距离和需要的时间都不变，振子的位移—时间函数为正弦或者余弦函数，我们把具有这种特征的运动叫做简谐运动。
机械振动
弹簧振子
简谐振动
简谐运动
认识简谐运动
简谐运动能量特征
图像和特征
例题1：对于下面甲、乙、丙、丁四种情况，可认为是简谐运动的是（　　）

①甲：倾角为θ的光滑斜面上的小球沿斜面拉下一段距离，然后松开，空气阻力可忽略
②乙：粗细均匀的木筷，下端绕几圈铁丝，竖直浮在较大的装有水的杯中。把木筷往上提起一段距离后放手，木筷就在水中上下振动
③丙：小球在半径为R的光滑球面上的A、B（AB=R）之间来回运动
④丁：小球在光滑固定斜面上来回运动
A．只有① B．只有①② C．只有①②③ D．都可以
C
简谐运动的图像和特征
1. 弹簧振子的位移——时间图像（x-t）
（1）全振动：振子往复运动一次
（2）简谐运动及图像：正弦或余弦函数
【注意】振动图像是位移随时间变化的规律，不是振子的运动轨迹
2. 简谐运动的几个特征物理量
（1）振幅：振子振动时，离开平衡位置的最大距离，用“A”表示；
（2）周期：物体完成一次全振动所需要的时间，用“T”表示。
（3）频率：物体在一段时间内全振动的次数与所用时间之比，用“f ”表示。
（4）周期与频率的关系：T=
x
t
机械振动
弹簧振子
简谐振动
简谐运动
认识简谐运动
简谐运动能量特征
图像和特征
思考：从振动图像上可以获取哪些信息？
20
-20
t/s
x/cm
0 1 2 3 4 5 6 7
(1)振幅和周期
(2)任一时刻物体的位置
(3)任一时间段内的路程
t/s
O
3
-3
8
16
x/cm
例题2：如图是某质点的振动图像，请回答以下问题.
1、质点的振幅、周期？
2、4s末、10s末质点位置在哪里？
质点的振幅为3cm，周期为16s.
4s末质点位置在3cm处，10s末质点位置在-2cm处.
t/s
O
3
-3
8
16
x/cm
4、质点在4s、16s内通过的路程分别是多少？
例题2：如图是某质点的振动图像，请回答以下问题.
质点在4s内通过的路程为3cm，16s内通过的路程为12cm.
3、1s末、6s末质点向哪个方向运动？
1s末质点向正方向运动，6s末质点向负方向运动.
机械振动
弹簧振子
简谐振动
简谐运动
认识简谐运动
简谐运动过程 B B→O O O→B’ B’ B’→O O O→B
位移 大小
方向
回复力 大小
方向
加速度 大小
方向
速度 大小
方向
动能
弹性势能
机械能
简谐运动能量特征
图像和特征
简谐运动能量特征
简谐运动过程 B B→O O O→B’ B’ B’→O O O→B
位移 大小
方向
回复力 大小
方向
加速度 大小
方向
速度 大小
方向
动能
弹性势能
机械能
最大
向右
减小
向右
0
增大
向左
最大
向左
减小
向左
0
增大
向右
最大
向左
减小
向左
0
增大
最大
向右
减小
向右
0
增大
向左
最大
向左
减小
向左
0
增大
向右
最大
向右
减小
向右
0
增大
向左
0
增大
向左
最大
向左
减小
向左
0
增大
向右
最大
向右
0
0
最大
增大
减小
不变
减小
0
不变
增加
不变
增大
0
最大
不变
增大
减小
不变
最大
最小
不变
减小
增大
不变
向右
减小
机械振动
弹簧振子
简谐振动
简谐运动
认识简谐运动
结论：
（1）在平衡位置，振子离开平衡位置的距离为零，所受回复力为零，加速度为零，速度的大小最大，动能最大，弹性势能为零；
（2）在振幅最大处，振子离开平衡位置的距离最大，所受回复力的大小最大，加速度的大小最大，速度为零，动能为零，弹性势能最大；
在回复力作用下，振子在振动过程中离开平衡位置的距离、加速度、速度、动能、弹性势能等每个周期里完全重复，这样的运动叫做周期性往复运动。
注意：由于简谐运动是一种理想状态下的运动，因此机械能守恒！
简谐运动能量特征
图像和特征
例题3：(多选)如图是某一质点做简谐运动的图像，下列说法正确的是
A.在第1 s内，质点速度逐渐增大
B.在第2 s内，质点速度逐渐增大
C.在第3 s内，动能转化为势能
D.在第4 s内，动能转化为势能
BC
题1、下列运动中不属于机械振动的是(　　)
A．树枝在风的作用下运动
B．竖直向上抛出的物体的运动
C．说话时声带的运动
D．爆炸声引起窗扇的运动
课堂练习
【解析】物体或物体的一部分在某一位置附近的往复运动称为机械振动。树枝的运动、声带的运动以及窗扇的运动均是物体在某一位置即平衡位置附近的往复运动；竖直向上抛出的物体的运动虽然是往复运动，但不是在某个平衡位置附近的运动，所以不属于机械振动。故选B。
B
课堂练习
【解析】平衡位置是钢球不振动时静止的位置，钢球振动的平衡位置应在钢球重力与弹簧弹力大小相等的位置。故D正确。
D
题后小结：弹簧振子有多种表现形式，对于不同的弹簧振子，在平衡位置处，弹簧不一定处于原长(如竖直放置的弹簧振子)，但运动方向上的合外力一定为零，速度也一定最大．
课堂练习
【解析】由频闪照相方法获得弹簧振子位移—时间图像的原理以及题中图像可知，该图像的坐标原点是建立在弹簧振子的平衡位置处，小球在振动过程中是沿纵轴方向运动的，且为了显示小球在不同时刻偏离平衡位置的位移，让底片沿横轴方向做匀速直线运动，故B、C错误，A正确；图像中相邻振子的像的拍摄时间间隔相同，越密处说明小球位置变化越慢，D正确。
D
课堂练习
【解析】振子在A点和B点时的位移最大，由于取向右为正方向，所以振子在A点时有正向最大位移，在B点时有负向最大位移，则t2时刻振子在A点，t4时刻振子在B点，故A正确，B错误；由图乙可知，在t1～t2和t3～t4时间内振子的位移都在增大，故C正确，D错误。
AC
课堂练习
【解析】物体经过平衡位置向正方向运动，先后经过P、Q两点，故位移增大，速度减小，A正确，B错误；物体从正方向最大位移处向负方向运动，先后经过M、N两点，且N点在平衡位置另一侧，故从M→N位移先减小后增大，C正确，D错误。
BC