高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第二章 机械振动2 简谐运动的描述教案配套课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第二章 机械振动2 简谐运动的描述教案配套课件ppt，共51页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，描述简谐运动的物理量，最大距离，幅度大小，振动快慢，表达式，简谐运动的表达式，圆频率，初相位，课堂·重难探究等内容，欢迎下载使用。

1．振幅(1)定义：振动物体离开平衡位置的____________，叫作振动的振幅，用A表示，单位为米(m)．(2)物理含义：振幅是表示振动__________的物理量；振幅反映了振动的强弱和振动系统能量的大小．
2．周期和频率(1)周期：做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的______，用T表示，单位为秒(s)．(2)频率：物体完成全振动的________与所用时间之比，用f表示，单位为赫兹(Hz)．(3)周期T与频率f的关系：f＝________.(4)物理意义：周期和频率都是表示物体______________的物理量，周期越小，频率________，表明振动越快．
(多选)一个质点做简谐运动，其振动图像如图所示，下列说法中正确的是(　　)A．振动周期为4 sB．振动频率为0.25 HzC．振动的振幅为10 cmD．5 s末质点的位移为零【答案】ABD　【解析】由图像可看出，T＝4 s，f＝0.25 Hz，A＝5 cm,5秒末x＝0，故A、B、D正确，C错误．
2．表达式中各量的意义(1)“A”表示简谐运动的“________”．(2)ω是一个与________成反比、与________成正比的量，叫作简谐运动的________．(3)“T”表示简谐运动的________，“f”表示简谐运动的频率，它们之间的关系为f＝________.(5)“φ”是t＝0时的相位，称作________，或________．
【答案】它们的振幅分别为3a和9a，比值为1∶3；频率分别为2b和4b.
两个简谐运动的表达式分别为x1＝4sin(4πt) cm和x2＝2sin(2πt)cm，它们的振幅之比为________，频率之比是________．【答案】2∶1　2∶1　【解析】由题意知A1＝4 cm，A2＝2 cm，ω1＝4π rad/s，ω2＝2π rad/s，则A1∶A2＝2∶1，f1∶f2＝ω1∶ω2＝2∶1.
1．对全振动的理解正确理解全振动的概念，应注意把握振动的五个特征．(1)振动特征：一个完整的振动过程．(2)物理量特征：位移(x)、加速度(a)、速度(v)三者第一次同时与初始状态相同．(3)时间特征：历时一个周期．(4)路程特征：振幅的4倍．(5)相位特征：增加2π.
描述简谐运动的物理量及其关系
2．振幅、位移和路程的关系
描述简谐运动的物理量例1　弹簧振子在BC间做简谐运动，O为平衡位置，BC间距离为10 cm，由B→C运动时间为1 s，则(　　)A．从B开始经过0.25 s，振子通过的路程是2.5 cmB．经过两次全振动，振子通过的路程为80 cmC．该振子任意1 s内通过的路程都一定是10 cmD．振动周期为2 s，振幅为10 cm
变式1　(多选)弹簧振子在A、O、B之间做简谐运动，如图所示，O为平衡位置，测得A、B间距为8 cm，完成30次全振动所用时间为60 s．则(　　)A．振动周期是2 s，振幅是8 cmB．振动频率是2 HzC．振子完成一次全振动通过的路程是16 cmD．振子过O点时计时，3 s内通过的路程为24 cm【答案】CD　
【解析】A、B之间的距离为8 cm，则振幅是4 cm，故A错误；T＝2 s，f＝0.5 Hz，故B错误；振子完成一次全振动通过的路程是4A，即16 cm,3 s内运动了1.5个周期，故总路程为24 cm，故C、D正确．
振幅与路程的关系振动中的路程是标量，是随时间不断增大的．一个周期内的路程为4倍的振幅，半个周期内的路程为2倍的振幅．
1．简谐运动的表达式x＝Asin(ωt＋φ)．
对简谐运动表达式的理解
2．各物理量的含义(2)φ表示t＝0时，做简谐运动的物体所处的状态，称为初相位或初相．ωt＋φ代表做简谐运动的物体此时正处于一个运动周期中的哪个状态，叫作相位．
3．从函数关系式中得到的振动信息
特别提醒：关于相位差Δφ＝φ1－φ2的说明．(1)取值范围：－π≤Δφ≤π.(2)Δφ＝0，表明两振动步调完全相同，称为同相．Δφ＝π，表明两振动步调完全相反，称为反相．(3)Δφ>0，表示振动1比振动2超前．Δφ<0，表示振动1比振动2滞后．
对简谐运动表达式的理解和应用(　　)A．振幅是矢量，A的振幅是6 m，B的振幅是10 mB．周期是标量，A、B周期相等，为100 sC．A振动的频率fA等于B振动的频率fBD．A振动的圆频率ωA等于B振动的圆频率ωB
A．它们的振幅相同B．它们的周期相同C．它们的相位差恒定D．它们的振动步调一致【答案】BC　
简谐运动的图像例 3　一质点做简谐运动，其位移和时间关系如图所示．(1)求t＝0.25×10－2 s时的位移；(2)在t＝1.5×10－2 s到2×10－2 s的振动过程中，质点的位移、速度如何变化？(3)在t＝0到8.5×10－2 s时间内，质点的路程、位移各多大？
(2)由图可知，在1.5×10－2～2×10－2 s的振动过程中，质点的位移变大，速度变小．(3)从t＝0至8.5×10－2 s时间内为4.25个周期，质点的路程为s＝17A＝34 cm，位移为2 cm.
(1)求振子的振幅和周期；(2)画出该振子的位移—时间图像；(3)写出振子的位移随时间变化的关系式．【答案】(1)10 cm　0.2 s　(2)图见解析(3)x＝10sin(10πt＋π) cm
(3)由函数图像可知振子的位移与时间函数关系式为x＝10sin(10πt＋π) cm.
用简谐运动表达式解振动问题1．明确表达式中各物理量的意义，可直接读出振幅、圆频率、初相．3．解题时画出其振动图像，会使解答过程简明扼要．
简谐运动的周期性简谐运动具有重复性和周期性，要比较两个时刻t1、t2做简谐运动的质点的振动情况，有以下规律．1．若t2－t1＝nT，则t1、t2两时刻振动物体的运动情况完全相同．
例4　一弹簧振子做简谐运动，周期为T，则(　　)A．若t时刻和(t＋Δt)时刻振子运动位移的大小相等、方向相同，则Δt一定等于T的整数倍【答案】C　
【解析】弹簧振子做简谐运动的图像如图所示，图中A点与B、E、F、I等点的振动位移大小相等，方向相同．由图可知，A点与E、I等点对应的时间差为T或T的整数倍，A点与B、F等点对应的时间差不为T或T的整数倍，故A错误．
例5　(多选)(2022年浙江模拟)如图所示，某儿童玩具由卡通人物、具有一定质量的弹簧和小球三部分组成，这三部分自上而下紧密连接在一起，手握卡通人物并保持静止，将小球下拉一定距离后由静止释放(弹簧在弹性限度内)，可以观察到小球在上下振动过程中其振幅快速减小，依据上述现象，下列说法正确的是(　　)A．小球在运动过程中动能一直在减小B．小球的运动属于简谐运动C．小球向上运动时，小球的机械能可能减小D．小球每次经过同一位置时，弹簧的机械能都相等
【答案】CD　【解析】小球在从最低点向平衡位置运动过程中做加速运动，动能增大，A错误；小球在上下振动过程中其振幅快速减小，小球的运动不属于简谐运动，B错误；小球在从平衡位置向最高点运动过程中，弹力和阻力同时对小球做负功，小球的机械能减小，C正确；由于手握卡通人物并保持静止，所以小球每次经过同一位置时，弹簧的形变量都相同，弹性势能都相等，即弹簧的机械能都相等，D正确．
1．一个物体做简谐运动，下列说法中正确的是(　　)A．物体运动过程中相距最远的两点之间的距离叫作振幅B．物体先后两次经过同一位置所经历的时间叫作振动周期C．物体在1秒钟内完成全振动的次数叫作振动频率D．物体在各个时刻所处的不同状态叫作初相位【答案】C　【解析】偏离平衡位置最大的距离叫振幅，故A错误；物体先后以相同的运动状态通过同一位置所经历的时间叫作振动周期，故B错误；物体在1秒钟内完成全振动的次数叫作振动频率，故C正确；物体在各个时刻所处的不同状态叫作相位，故D错误．
A．质点做简谐运动的振幅为5 cmB．质点做简谐运动的周期为4 sC．在t＝4 s时质点的速度最大D．在t＝4 s时质点的位移最大【答案】C　
3．某简谐运动的位移—时间图像如图所示，下列说法正确的是(　　)A．简谐运动的振幅为4 cmB．简谐运动的周期为0.4 sC．位移—时间图像就是振动质点的运动轨迹D．振动质点经过图像中A点时速度方向沿t轴负方向【答案】B　
【解析】由图像可得，简谐运动的振幅为2 cm，故A错误；由图像可得，简谐振动的周期为0.4 s，故B正确；该图像表示质点的位移随时间变化的规律；不是质点的运动轨迹，故C错误；由图像可知质点A向x轴正向运动，即A点速度方向沿x轴正方向，故D错误．
4．如图所示，弹簧振子在B、C间振动，O为平衡位置，BO＝OC＝5 cm，若振子从B到C的运动时间是1 s，则下列说法中正确的是(　　) A．振子从B经O到C完成一次全振动B．振动周期是2 s，振幅是10 cmC．经过两次全振动，振子通过的路程是20 cmD．从B开始经过3 s，振子通过的路程是30 cm【答案】D　
【解析】振子从B经O到C，再由C经O回到B，完成一次全振动，A错误；振子从B到C的运动时间是半个周期，为1 s，则振动周期是2 s，振幅是5 cm，B错误；经过两次全振动，振子通过的路程是2×4A＝8A＝40 cm，C错误； 从B开始经过1.5T＝3 s，振子通过的路程是1.5×4A＝6A＝6×5 cm＝30 cm，D正确．
5．如图甲所示，一个单摆做小角度摆动，该运动可看成简谐运动．从某次摆球到达右侧最大位移处开始计时，摆球相对平衡位置的位移x随时间t变化的图像如图乙所示，g取10 m/s2，π2取10.下列说法正确的是(　　)
A．单摆的摆长约为1.0 mC．从t＝0.2 s到t＝0.4 s的过程中，摆球的动能逐渐增加D．从t＝0.4 s到t＝0.6 s的过程中，摆球的加速度逐渐增大【答案】B