2.1 简谐运动 课件 (共25张PPT)高二物理人教版（2019）选择性必修1

(共25张PPT)
第1节 简谐运动
第二章 机械振动
思考1
高中阶段我们学过的运动形式有哪些
(提示：按运动轨迹分类)
直线运动
曲线运动
匀速直线运动
变速直线运动
匀变速直线运动
变加速直线运动
抛体运动
圆周运动
平抛运动
斜抛运动
匀速圆周运动
变速圆周运动
思考2
这些运动的共同点是什么
也称这中心为平衡位置
①围绕着“中心”位置
“中心”意味着具有“对称性”
知道一次完整的运动情况可推之后的运动情况
②“往复”运动
“往复”意味着具有“周期性”
1、知道什么是机械振动，什么是弹簧振子；
2、知道什么样的振动是简谐运动；
3、明确简谐运动的位移-时间图像的物理意义，能根据图像判定振子在振动过程中的位移、速度、加速度的变化规律。
知识点一、机械振动
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”
（2）往复运动——“周期性”
练一练
1.(多选)下列几种运动属于机械振动的是( 　 　)
A．乒乓球在地面上的上下运动
B．弹簧振子在竖直方向的上下运动
C．秋千在空中来回运动
D．浮于水面上的圆柱形玻璃瓶上下振动
BCD
【解析】选BCD　机械振动是物体在平衡位置两侧做往复运动，乒乓球的上下运动不是在平衡位置两侧的往复运动，A错误，BCD正确．
知识点二、弹簧振子
1、定义：
把一个有小孔的小球连接在弹簧的一端,弹簧的另一端固定,小球套在光滑的杆上,能够自由滑动。小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子。
2、理性化模型：
（1）不计阻力
（2）弹簧的质量与小球相比可以忽略。
（3）小球从平衡位置被拉开的位移在弹性限度内。
水平弹簧振子
把小球拉向右方，然后放开，它就在平衡位置附近运动起来。
竖直弹簧振子
总是在竖直方向的平衡位置附近的往复运动。
3、常见的弹簧振子
知识点三、弹簧振子的位移-时间图像
1.建立坐标系
以小球的平衡位置为坐标原点，沿着它的振动方向建立坐标轴。
以水平弹簧振子为例：
规定小球在平衡位置右边时它对平衡位置的位移为正，在左边时为负。
2.振子的位移
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。
例如：振子在MM′之间振动，O为平衡位置，t1时刻振子在M点的位移为xM，t2时刻振子在N点的位移为xM′；
t1
t2
思考讨论：怎样才能得到小球位移与时间的关系？
要想得到位移与时间的关系，关键在于记录不同时刻小球的位置，为了便于分析，最好是相等时间间隔的位置。
利用频闪照相、照相机连拍，或用摄像机摄像后逐帧观察的方式，都可以得到相等时间间隔的不同时刻小球的位置。
弹簧振子的频闪照片
频闪仪每隔 0.05 s 闪光一次，闪光的瞬间振子被照亮，从而得到闪光时小球的位置，相邻两个位置之间的时间相隔为 0.05 s。
3.x-t图像
选取小球平衡位置为坐标原点，横坐标表示振子振动的时间t，纵坐标表示振子相对平衡位置的位移x。
振动图像
4.x- t图象物理意义
反映了振子的位移随时间的变化规律。小球的位置坐标反映了小球相对于平衡位置的位移。
练一练
1.如图所示,弹簧下端悬挂一钢球,上端固定组成一个振动系统,用手把钢球向上托起一段距离,然后释放,下列说法正确的是(　　 )
A. 钢球运动过程中的最高处为平衡位置
B. 钢球运动过程中的最低处为平衡位置
C. 钢球速度为零处为平衡位置
D. 钢球原来静止时的位置为平衡位置
D
2.弹簧振子在光滑水平面上做机械振动,在振子向平衡位置运动的过程中 (　　)
A. 振子所受的弹力逐渐增大
B. 振子的位移逐渐增大
C. 振子的速度逐渐减小
D. 振子的加速度逐渐减小
D
技法点拨
应注意,振子的位移是指质点由平衡位置指向物体所在位置的有向线段,向平衡位置运动时位移逐渐减小,弹力也逐渐减小,由牛顿第二定律a=F/m即可判断。
知识点四、简谐运动
思考讨论：从获得的弹簧振子的 x-t 图像可以看出，小球位移与时间的关系似乎可以用正弦函数来表示，如何确定弹簧振子中小球的位移与时间的关系是否遵从正弦函数的规律？
（1）验证法: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纵坐标(位移)，将每一个测量位移所对应的横坐标 (时间)代入正弦函数表达式求出函数值，比较函数值与测量值，如果相等，则这条曲线就是一条正弦曲线。
（2）拟合法：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x- t的关系是否可以用什么函数表示。
1.简谐运动
（1）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）简谐运动是最基本、最简单的振动。
2.对简谐运动图象(x-t图象)的认识
（1）形式：正（余）弦曲线．
（2）物理意义：表示振动的质点在不同时刻偏离平衡位置的位移，是位移随时间的变化规律。
（3）获取信息
①任意时刻质点位移的大小和方向
②任意时刻质点的振动方向：看下一时刻质点的位置，如图中a点，下一时刻离平衡位置更远，故a此刻向上振动．
③任意时刻质点的速度、加速度、位移的变化情况及大小比较：看下一时刻质点的位置，判断是远离还是衡位置．若远离平衡位置，则速度越来越小，加速度、位移越来越大．若衡位置，则速度越来越大，加速度、位移越来越小。
（4）简谐运动的位移和与一段时间内位移的区别
振动位移是从平衡位置指向振子某时刻所在位置的有向线段，方向为平衡位置指向振子所在位置，大小为平衡位置到该位置的距离。
在tl时刻振子的位移为xl，t2时刻的位移为x2，t4时刻为x4
一段时间内的位移是指从初位置指向末位置的有向线段，从tl时刻到t2时刻的位移为x2-x1，从tl时刻到t4时刻的位移为x4 - x1。
1、关于水平放置的弹簧振子的运动,下列说法正确的是(　 　)
A.若位移为负值,则速度一定为正值,加速度也一定为正值
B.振子通过平衡位置时,速度为零,加速度最大
C.振子每次通过平衡位置时,加速度相同,速度也一定相同
D.振子每次通过同一位置时,其速度不一定相同,但加速度一定相同
D
练一练
2、(多选)对于弹簧振子的简谐运动,下述说法正确的是(　　　)
A.振子通过平衡位置时,加速度最小
B.振子在最大位移处时,速度最大
C.振子在连续两次通过同一位置时,速度相同
D.振子连续两次通过同一位置时,动能相同
AD
3、一简谐运动的图像如图所示,在0.1～0.15 s这段时间内(　　)
A.加速度增大,速度变小,加速度和速度方向相同
B.加速度增大,速度变小,加速度和速度方向相反
C.加速度减小,速度变大,加速度和速度方向相同
D.加速度减小,速度变大,加速度和速度方向相反
B
技法点拨
看下一时刻质点的位置，判断是远离还是衡位置．若远离平衡位置，则速度越来越小，位移越来越大．若衡位置，则速度越来越大，位移越来越小。
简谐运动
弹簧振子
位移-时间图像
理想化模型
平衡位置
速度、位移、加速度
正弦曲线
机械振动
简谐运动