人教版 (2019)选择性必修 第一册1 简谐运动精品课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册1 简谐运动精品课件ppt，共30页。PPT课件主要包含了机械振动，弹簧振子，水平弹簧振子，竖直弹簧振子，弹簧振子的频闪照片，振动图像，钢球释放后上下振动，技法点拨，简谐运动，BCD等内容，欢迎下载使用。

思考：我们之前所学习的机械运动有：匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动等，是相对简单的运动。但是还有一些相对复杂的运动如钟摆来回摆动，水中浮标上下浮动，小鸟飞离枝头时,树枝的颤动······你知道这些运动的共同点是什么吗？
一、机械振动与弹簧振子
钟摆来回摆动，水中浮标上下浮动，小鸟飞离枝头时,树枝的颤动······它们的共同点是：总是在某一位置附近做往复性的运动。（1）定义：物体(或物体的一部分)总是在某一位置附近的往复运动，叫机械振动，简称振动。例如：担物行走时扁担的颤动，振动的音叉、锣、鼓、琴弦等的振动都是机械振动。
（2）特点①振动的轨迹：可能是直线，也可能是曲线。钟摆来回摆动是曲线，平静的水面上浮标上下浮动是直线。②平衡位置：质点原来静止时的位置，此位置振动方向上合力为零。③周期性：振动具有往复性。
（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）弹簧振子是一个理想化模型。①M小球＞＞M弹簧弹簧的质量与小球相比可忽略，可以认为质量集中于振子(小球)；
②构成弹簧振子的小球体积足够小，可以认为小球是一个质点；③摩擦力和空气阻力等可以忽略；④小球从平衡位置被拉开的位移在弹性限度内。
（3）弹簧振子模型：常见的有水平弹簧振子和竖直弹簧振子。
把小球拉向右方，然后放开，它就在平衡位置附近运动起来。
总是在竖直方向的平衡位置附近的往复运动。
①水平弹簧振子的平衡位置是弹簧未形变时的位置即O点。
思考：你能描述水平弹簧振子和竖直弹簧振子的平衡位置吗？
②竖直弹簧振子的平衡位置是物体重力等于弹簧弹力的位置；
3．弹簧振子的x-­t图象（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′；
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。
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。
（4） x-t 图像图像
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。
（5）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。
弹簧振子沿一直线做往复运动，其轨迹为重复的一段线段，而它的振动图象(x-­t图象)却是曲线，所以说反映的是振子的位移随时间变化的规律。
做一做：阅读课文33页用数码相机和计算机绘制竖直弹簧振子的x-t图像
轻质弹簧的下端悬挂一个钢球，上端固定，它们组成了一个振动系统，称为竖直弹簧振子。用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动。钢球原来静止时的位置就是振子的平衡位置。
例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
变式训练： 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
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。
（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，判断是远离还是靠近平衡位置．若远离平衡位置，则速度越来越小，加速度、位移越来越大．若靠近平衡位置，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。
例1.如图所示是一水平弹簧振子做简谐运动的振动图像（x－t图像），由图可推知，振子（　 　）A．在t1和t3时刻具有相同的速度B．在t3和t4时刻具有相同的速度C．在t4和t6时刻具有相同的位移D．在t1和t6时刻具有相同的速度
变式训练：如图所示为某物体做简谐运动的图像，下列说法中正确的是（ ）A．由P→Q 位移在增大 B．由P→Q 速度在增大C．由M→N 位移是先减小后增大 D．由M→N 位移始终减小
看下一时刻质点的位置，判断是远离还是靠近平衡位置．若远离平衡位置，则速度越来越小，位移越来越大．若靠近平衡位置，则速度越来越大，位移越来越小。
简谐运动:它的振动图象是一条正弦曲线
弹簧振子：小球和弹簧组成的系统，弹簧振子理性化模型