1.1 简谐运动 课件 (5)

课件35张PPT。第1节　简谐运动1．知道机械振动的存在形式．
2．知道回复力的特点．
3．理解弹簧振子是一种理想模型．
4．了解简谐运动的原因. 一、机械振动
?概念：物体在 附近所做的 运动，叫机械振动，简称振动．
注意　(1)所谓平衡位置是物体原来静止时的位置．从受力方面理解，应该是沿振动方向上合力为零的位置．
(2)振动的轨迹：可能为直线，也可能为曲线．
?振动的特征：振动具有 性．平衡位置往复往复二、回复力
?回复力的理解
(1)命名：回复力是根据力的 命名的．
(2)效果：把物体拉回到 ．
(3)方向：总是指向 ．效果平衡位置平衡位置回复力的性质
回复力是根据力的效果命名的，它可以是一个力，也可以是多个力的 ，还可以由某个力的 提供．例如：如图1-1-1甲所示，水平方向的弹簧振子，弹力充当回复力；如图乙所示，竖直方向的弹簧振子，弹力和重力的合力充当回复力；如图丙所示，m随M一起振动，m的回复力是静摩擦力．合力分力
图1-1-1三、弹簧振子
弹簧振子是一种 模型，表现在构造上，是使一根没有质量的弹簧一端固定，另一端连接一个可视为 的小球．如图1-1-2所示．图1-1-2理想化质点说明　理想化是指忽略球与杆的摩擦，忽略其他阻力，且弹簧的质量与小球的质量相比可以忽略．四、简谐运动
?定义：如果物体所受回复力的大小跟位移大小成 ，并且总是指向 ，物体的运动叫做简谐运动．
?回复力：表达式F＝ ．即回复力与物体的位移大小成 ， 表明回复力与位移方向始终相反，k是一个常数，由 ．正比平衡位置－kx正比负号弹簧本身的性质决定位移 相反 特点：简谐运动是最简单、最基本的 ，其 过程关于 对称，是一种 运动．弹簧振子的运动就是 ．振动振动平衡位置往复简谐运动一、简谐运动的平衡位置、位移、速度、加速度
?对平衡位置的认识
(1)从物体受力特点看：物体在平衡位置所受合力不一定为零，而是沿振动方向的合力为零．
(2)从速度角度看：平衡位置是振动中速度最大的位置．
?位移：振动位移以平衡位置为起点，所以在振动图象上，振动位移可用从平衡位置指向振子所在位置的有向线段表示，方向为从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1－1－3所示，在t1时刻振子的位移为x1，t2时刻振子的位移为x2，t4时刻振子的位移为－x4.
振子在两端点的位移最大(如图1－1－3中t2、t5时刻)，在平衡位置的位移为零(如图1－1－3中t3时刻)，此时位移改变方向．图1－1－3 速度：描述振子在平衡位置附近振动快慢的物理量．在所建立的坐标轴(也称为“一维坐标系”)上，速度的正、负号表示振子运动方向与坐标轴的正方向相同或相反．
如图1－1－4所示，在x坐标轴上，设O点为平衡位置，
A、B为位移最大处，则在O点速度最大，在A、B两点速度为零．图1－1－4二、简谐运动的对称性
如图1－1－5所示，物体在A和B之间运动，O点为平衡位置，C和D两点关于O点对称，则：图1－1－5时间的对称
(1)振动质点来回通过相同的两点间的时间相等．如tDB＝tBD.
(2)质点经过关于平衡位置对称的等长的两线段时间相等，图中tOB＝tBO＝tOA＝tAO，tOD＝tDO＝tOC＝tCO.
速度的对称
(1)物体连续两次经过同一点(如D点)的速度大小相等，方向相反．
(2)物体经过关于O点对称的两点(如C与D)的速度大小相等，方向可能相同，也可能相反． 位移和加速度的对称
(1)物体经过同一点(如C点)时，位移和加速度均相同
(2)物体经过关于O点对称的两点(如C与D)时，位移与加速度均是大小相等，方向相反． 对简谐运动的认识 【典例1】 下列说法正确的是 (　　)．
A．弹簧振子的运动是简谐运动
B．简谐运动是机械运动中最简单、最基本的运动
C．简谐运动中位移的方向总是指向平衡位置
D．简谐运动中位移的方向总与速度的方向相反解析　弹簧振子的运动就是简谐运动，但简谐运动有许多种，如水中的浮标上下微小的浮动，后面将要学习的单摆在空气中的小角度摆动等都是简谐运动，它是机械振动中最基本、最简单的振动，而机械运动中最基本、最简单的运动是匀速直线运动，因此选项A正确、选项B错误．振动中位移总是相对于平衡位置而言的，而它总是从平衡位置开始，总是背离平衡位置的，所以选项C错误．虽然位移方向总背离平衡位置，但速度具有“双向性”，当质点远离平衡位置运动时，它与位移方向相同；质点向平衡位置运动时，它与位移方向相反，所以选项D错误．
答案　A
借题发挥　(1)简谐运动是机械振动中最简单、最基本的一种运动形式，而不是机械运动中最简单、最基本的一种运动形式．
(2)简谐运动中的位移和速度是彼此独立的物理量，在同一位置，位移的方向是一定的，而速度却有两个方向．【变式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
B．振子通过平衡位置时，速度为零
C．振子每次通过平衡位置时，速度一定相同
D．振子每次通过同一位置时，其速度不一定相同
解析　振子做简谐运动时，某时刻位移的方向与速度的方向可能相同，也可能相反，A、C不正确．当通过同一位置时，速度的方向不一定相同，D正确．经过平衡位置速度最大，B错．
答案　D 简谐运动的回复力 【典例2】 下列有关回复力的说法中，正确的是 (　　)．
A．回复力一定是弹力
B．回复力是一种新性质的力
C．回复力可以是几个力的合力
D．回复力的大小是恒定的
解析　回复力是变力，它与位移有关，并非是一种新性质的力，而是按作用效果命名的．
答案　C
借题发挥　分析回复力变化时，应始终抓住F＝－kx这一关系．若判断速度的变化，应找出加速度与速度方向的关系．【变式2】 物体做简谐运动时，下列叙述中正确的是 (　　)．
A．平衡位置就是回复力为零的位置
B．处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态
C．物体到达平衡位置，合力一定为零
D．物体到达平衡位置，回复力一定为零
解析　平衡位置是回复力为零的位置，但物体所受的合力不一定为零，因此A、D正确．
答案　AD 对简谐运动的认识1．一弹簧振子做简谐运动，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，速度也相 同
D．振子每次通过同一位置时，加速度一定相同，速度 不一定相同
解析　在简谐运动中，加速度的方向一定与位移方向相反，并总是指向平衡位置，但速度方向可能与位移方向相同，也可能相反；振子经同一位置，是指位移相同；振子离开平衡位置时，加速度增大，速度减小；振子向平衡位置运动时，加速度减小，速度增大，故应选D.
答案　D答案　C简谐运动的回复力3．如图1－1－6所示，下列对做简谐运动的弹簧振子m的受力分析，正确的是 (　　)．
A．重力、支持力、弹簧的弹力
B．重力、支持力、弹簧的弹力、回复力
C．重力、支持力、回复力、摩擦力
D．重力、支持力、摩擦力
解析　本题主要考查回复力的来源及性质，一定要明确，回复力不是做简谐运动物体受到的具体的力，它是由物体受到的具体的力所提供．在此情景中弹簧的弹力充当回复力，因此只有选项A正确．
答案　A4．关于简谐运动的位移、加速度和速度的关系，下列说法中正确的是 (　　)．
A．位移减少时，加速度减少，速度也减少
B．位移方向总是跟加速度方向相反，跟速度方向相同
C．物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向跟位移 方向相反；背离平衡位置时，速度方向跟位移方向相 同
D．物体向负方向运动时，加速度方向跟速度方向相 同；向正方向运动时，加速度方向跟速度方向相反
解析　简谐运动中的位移，规定平衡位置为位移的起始点，位移的方向，总是背离平衡位置，而加速度的方向总是指向平衡位置，速度的方向即物体运动的方向，具有往复性，时而指向平衡位置，时而背离平衡位置，故选项C正确．
答案　C