2.1 简谐运动 (共26张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理人教版（2019）选择性必修第一册
文档属性
| 名称 | 2.1 简谐运动 (共26张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理人教版（2019）选择性必修第一册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-09-23 16:58:26 | ||
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文档简介
(共26张PPT)
第二章 机械振动
第1节 简谐运动
观察下图几个常见的运动，具有什么共同特点？
特点: 上述物体总是在某一位置附近做往复性的运动。
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. 能正确理解简谐运动的位移—时间图像的物理含义，知道简谐运动的图像是一条正弦曲线。
01 机械振动
1.定义：物体或物体的一部分在某个位置附近的往复运动称为机械振动 ，简称振动。
2.特征：(1)有一个“中心位置”（振动物体静止时的位置）；
(2)运动具有往复性。
想一想：你能举出生活中，机械振动的其他例子吗？
平衡位置
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
02 弹簧振子
1.定义:小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，简称振子。
O点为平衡位置：
物体原来静止时的位置
2.条件:
（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;
（4）弹簧始终在弹性限度内。
理想模型
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
思考：弹簧振子的平衡位置一定在弹簧的原长位置吗？
要想了解弹簧振子运动的特点，就要知道它的位置随时间变化的关系。
怎样才能得到小球位置与时间的关系？
（1）振子在某时刻的位移：从平衡位置指向振子在该时刻位置的有向线段；若规定振动质点在平衡位置右侧时位移为正，则它在平衡位置左侧时位移为负。
1.弹簧振子的位移
03 弹簧振子的位移-时间图像
（2）振子在某段时间内的位移：由初位置指向末位置的有向线段。
例如：振子在MM′之间振动，O为平衡位置，振子的在某时刻的位移x情况：
O→M:
M→O:
O→M :
M →O:
x的大小增大，方向始终向右。
x的大小减小，方向始终向右。
x的大小增大，方向始终向左。
x的大小减小，方向始终向左。
振子在某时刻的位移方向总是背离平衡位置．如图所示，振子在AA′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xN。而振子在Δt＝t2－t1时间内的位移为xMN，方向如右图所示．
（3）振子在某时刻的位移与在某段时间内的位移的区别
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。
怎样才能得到小球位移与时间的关系？
（1）图象的建立：用横坐标表示物体运动的时间t，纵坐标表示振动物体运动过程中相对平衡位置的位移x，建立坐标系，如图．
t /s
x
横向
纵向
2.弹簧振子的位移—时间图像
（2）图像的获取方式
方法一：手动描图法
以小球的平衡位置为坐标原点，规定水平向右为正方向，横轴为时间 t，纵轴为位移 x。在坐标系中标出各时刻小球球心的位移，用曲线将其连接在一起，得到振动图像，如图所示：
因为摄像底片做匀速运动，底片运动的距离与时间成正比。因此，可用底片运动的距离代表时间轴，振子的频闪照片反映了不同时刻振子离开平衡位置的位移，也就是位移随时间变化的规律。
底片匀速运动方向
0
x
t
方法二：频闪照相法
结论：弹簧振子的振动图像是一条正弦曲线.
04 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. 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。
3. 性质：简谐运动是一种周期性的变加速运动。
4.能量：总的机械能保持守恒。
04 简谐运动
5. 简谐运动的图像
（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。
任意时刻物体的位移大小和方向
①简谐运动的位移
a.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。如图所示，在t1时刻振子的位移为x1，t2时刻的位移为x2，t4时刻为x4。
（1）形状：正(余)弦曲线，如图所示。
（3）获取信息：
b. 与一段时间内位移的区别
一段时间内的位移是指从初位置指向末位置的有向线段。如图，从t1时刻到t2时刻的位移为x2－x1，从t1时刻到t4时刻的位移为x4－x1。
②简谐运动的速度
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。速度的方向要根据x-t图像的斜率来判断。
6.判断物体做简谐运动的方法
简谐运动的位移随时间按正弦规律变化。判断物体是否做简谐运动，可以从运动学方面定性分析。具体步骤如下：
(1)分析物体的运动状态。
(2)分析位移随时间的变化规律。
(3)若位移随时间按正弦规律变化，则物体做简谐运动。
另外简谐运动具有重复性的运动轨迹，若轨迹不重复，则一定不是简谐运动。
1.一水平弹簧振子做简谐运动，则下列说法中正确的是( )
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
2.(多选)如图所示，弹簧振子在a、b两点间做简谐运动，当振子从最大位移处a向平衡位置O运动过程中( )
A．加速度方向向左，速度方向向右
B．位移方向向左，速度方向向右
C．加速度不断增大，速度不断减小
D．位移不断减小，速度不断增大
BD
3.如图所示，一个做简谐运动的质点，先后以同样的速度通过相距10 cm的A、B两点，历时0.5 s，过B点后再经过t＝0.5 s，质点以大小相等、方向相反的速度再次通过B点，则质点从离开O点到再次回到O点历时(O点为AB的中点)( )
A．0.5 s B．1.0 s C．2.0 s D．4.0 s
B
4.(多选)如图甲所示,质点在a、b两点之间做简谐运动,质点做简谐运动的图象如图乙所示。若t=0时,质点正经过O点向b运动,则下列说法正确的是( )
A.质点在0.7 s时,正在远离平衡位置运动
B.质点在1.5 s时的位移最大
C.1.2～1.4 s,质点的位移在增大
D.1.6～1.8 s,质点的位移在增大
BC
简谐运动
简谐运动：它的振动图像是一条正弦曲线
小球和弹簧组成的系统
理性化模型
弹簧振子
往复运动
平衡位置
机械振动
弹簧振子的位移—时间图像
第二章 机械振动
第1节 简谐运动
观察下图几个常见的运动，具有什么共同特点？
特点: 上述物体总是在某一位置附近做往复性的运动。
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. 能正确理解简谐运动的位移—时间图像的物理含义，知道简谐运动的图像是一条正弦曲线。
01 机械振动
1.定义：物体或物体的一部分在某个位置附近的往复运动称为机械振动 ，简称振动。
2.特征：(1)有一个“中心位置”（振动物体静止时的位置）；
(2)运动具有往复性。
想一想：你能举出生活中，机械振动的其他例子吗？
平衡位置
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
02 弹簧振子
1.定义:小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，简称振子。
O点为平衡位置：
物体原来静止时的位置
2.条件:
（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;
（4）弹簧始终在弹性限度内。
理想模型
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
思考：弹簧振子的平衡位置一定在弹簧的原长位置吗？
要想了解弹簧振子运动的特点，就要知道它的位置随时间变化的关系。
怎样才能得到小球位置与时间的关系？
（1）振子在某时刻的位移：从平衡位置指向振子在该时刻位置的有向线段；若规定振动质点在平衡位置右侧时位移为正，则它在平衡位置左侧时位移为负。
1.弹簧振子的位移
03 弹簧振子的位移-时间图像
（2）振子在某段时间内的位移：由初位置指向末位置的有向线段。
例如：振子在MM′之间振动，O为平衡位置，振子的在某时刻的位移x情况：
O→M:
M→O:
O→M :
M →O:
x的大小增大，方向始终向右。
x的大小减小，方向始终向右。
x的大小增大，方向始终向左。
x的大小减小，方向始终向左。
振子在某时刻的位移方向总是背离平衡位置．如图所示，振子在AA′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xN。而振子在Δt＝t2－t1时间内的位移为xMN，方向如右图所示．
（3）振子在某时刻的位移与在某段时间内的位移的区别
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。
怎样才能得到小球位移与时间的关系？
（1）图象的建立：用横坐标表示物体运动的时间t，纵坐标表示振动物体运动过程中相对平衡位置的位移x，建立坐标系，如图．
t /s
x
横向
纵向
2.弹簧振子的位移—时间图像
（2）图像的获取方式
方法一：手动描图法
以小球的平衡位置为坐标原点，规定水平向右为正方向，横轴为时间 t，纵轴为位移 x。在坐标系中标出各时刻小球球心的位移，用曲线将其连接在一起，得到振动图像，如图所示：
因为摄像底片做匀速运动，底片运动的距离与时间成正比。因此，可用底片运动的距离代表时间轴，振子的频闪照片反映了不同时刻振子离开平衡位置的位移，也就是位移随时间变化的规律。
底片匀速运动方向
0
x
t
方法二：频闪照相法
结论：弹簧振子的振动图像是一条正弦曲线.
04 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. 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。
3. 性质：简谐运动是一种周期性的变加速运动。
4.能量：总的机械能保持守恒。
04 简谐运动
5. 简谐运动的图像
（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。
任意时刻物体的位移大小和方向
①简谐运动的位移
a.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。如图所示，在t1时刻振子的位移为x1，t2时刻的位移为x2，t4时刻为x4。
（1）形状：正(余)弦曲线，如图所示。
（3）获取信息：
b. 与一段时间内位移的区别
一段时间内的位移是指从初位置指向末位置的有向线段。如图，从t1时刻到t2时刻的位移为x2－x1，从t1时刻到t4时刻的位移为x4－x1。
②简谐运动的速度
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。速度的方向要根据x-t图像的斜率来判断。
6.判断物体做简谐运动的方法
简谐运动的位移随时间按正弦规律变化。判断物体是否做简谐运动，可以从运动学方面定性分析。具体步骤如下：
(1)分析物体的运动状态。
(2)分析位移随时间的变化规律。
(3)若位移随时间按正弦规律变化，则物体做简谐运动。
另外简谐运动具有重复性的运动轨迹，若轨迹不重复，则一定不是简谐运动。
1.一水平弹簧振子做简谐运动，则下列说法中正确的是( )
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
2.(多选)如图所示，弹簧振子在a、b两点间做简谐运动，当振子从最大位移处a向平衡位置O运动过程中( )
A．加速度方向向左，速度方向向右
B．位移方向向左，速度方向向右
C．加速度不断增大，速度不断减小
D．位移不断减小，速度不断增大
BD
3.如图所示，一个做简谐运动的质点，先后以同样的速度通过相距10 cm的A、B两点，历时0.5 s，过B点后再经过t＝0.5 s，质点以大小相等、方向相反的速度再次通过B点，则质点从离开O点到再次回到O点历时(O点为AB的中点)( )
A．0.5 s B．1.0 s C．2.0 s D．4.0 s
B
4.(多选)如图甲所示,质点在a、b两点之间做简谐运动,质点做简谐运动的图象如图乙所示。若t=0时,质点正经过O点向b运动,则下列说法正确的是( )
A.质点在0.7 s时,正在远离平衡位置运动
B.质点在1.5 s时的位移最大
C.1.2～1.4 s,质点的位移在增大
D.1.6～1.8 s,质点的位移在增大
BC
简谐运动
简谐运动：它的振动图像是一条正弦曲线
小球和弹簧组成的系统
理性化模型
弹簧振子
往复运动
平衡位置
机械振动
弹簧振子的位移—时间图像