沪教版高中物理选修3-4 1.1研究简谐运动_学案2

研究简谐运动
【学习目标】
1．知道简谐运动的概念，掌握简谐运动图像的获取方法；
2．理解简谐运动的图像特点，会根据图像分析简谐运动；
3．知道周期、频率、振幅、位移等一系列描述简谐运动的基本概念。
【学习重难点】
简谐运动的图像获取及分析、用函数及图像表达简谐运动、理解简谐运动的系列概念的物理意义
【学习过程】
一、机械振动
1．概念：物体在某一位置附近 运动即为机械振动，简称振动。
2．平衡位置
简介―――弹簧振子（结构，运动演示）运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——弹簧振子，研究弹簧振子在理想条件下的振动
振动图像的获取方法：
A―――水摆法（实验：在行间匀速走动，地上留下水摆的图像）
B----- 频闪照相描迹法（课本P2）（观看课件：描迹法作图像）
3．简谐运动的振动图象是一条什么形状的图线呢？简谐运动的位移指的是什么位移？（相对平衡位置的位移）
【做一做】当弹簧振子振动时，沿垂置于振动方向匀速拉动纸带，毛笔P就在纸带上画出一条振动曲线。
说明：匀速拉动纸带时，纸带移动的距离与时间成正比，纸带拉动一定的距离对应振子振动一定的时间，因此纸带的运动方向可以代表时间轴的方向，纸带运动的距离就可以代表时间。
介绍这种记录振动方法的实际应用例子：心电图仪、地震仪。
理论和实验都证明：（1）简谐运动的振动图象都是正弦或余弦曲线。
让学生思考后回答：振动图象在什么情况下是正弦，什么情况下是余弦？（由开始计时的位置决定）
4．讨论图线：（请同学们相互讨论）
（1）图线的x、y轴（横、纵坐标）分别表示什么物理量？
（2）曲线是不是质点的运动轨迹？质点做的是什么运动？速度与加速度如何变化？
（3）图象的物理意义是什么？
（4）这条图线的特点是什么？
二、通过图5振动图象，让同学回答直接描述物理量。
1．直接描述量：
①振幅A：
②周期T：
③任意时刻的位移X。
2．间接描述物理量：（请学生总结回答）
频率f：
x-t图线上一点的切线的斜率等于V。
知识运用
下图是某质点做简谐运动的振动图象，根据图象中的信息，回答下列问题：
1．在2s、4s、8s这三个时刻，质点的位移是多少？
2．在4s、6s、10s这三个时刻，质点各在哪里？
3．在1s、3s、5 s这三个时刻，质点向哪个方向运动？
【达标检测】
1．一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．振子通过一次平衡位置，位移方向就变化一次
C．振子通过一次平衡位置，速度方向就变化一次
D．振子通过同一位置时其速度不一定相同，但位移一定相同
2．如图所示，为质点P做简谐运动时在0—4 s内的振动图象，下列叙述正确的是 ( )
A．t=1s时，该质点的位移是正向最大
B．t=2s时，该质点的速度方向沿+x方向
C．t=2s时，该质点的速度方向沿－x方向
D．质点振动的周期为4s
3．弹簧振子在光滑水平面上做简谐运动，在振子向平衡位置运动的过程中( )
A．振子的位移逐渐减小 B．振子所受的弹力逐渐减小
C．振子的速度逐渐减小 D．振子的加速度逐渐减小
4．一个质点做简谐运动的图象如下图所示，下述正确的是（ ）
A．质点振动频率为4 H z
B．在10 s内质点经过的路程是20 cm
C．在5 s末，质点速度为零，加速度最大
D．在t=1．5 s和t=4．5 s两时刻质点位移大小相等
5．弹簧振子从距离平衡位置5 cm处由静止释放，4 s内完成5次全振动，则这个弹簧振子的振幅为________cm，振动周期为________s，频率为______Hz，4 s末振子的位移大小为________cm，4 s内振子运动的路程为________cm。
6．如图所示，一个做简谐运动的质点，先后以同样大小的速度通过相距10 cm的A、B两点，历时0.5 s，过B点后再经过t=0.5 s质点以方向相反、大小相同的速度再次通过B点，则质点振动的周期是 。