物理选择性必修 第一册1 简谐运动导学案

这是一份物理选择性必修 第一册1 简谐运动导学案，共6页。
[学习目标] 1.了解机械振动的概念，知道弹簧振子是一种理想化模型，理解弹簧振子的平衡位置(重点)。2.理解简谐运动的概念和特点，知道简谐运动的图像特征(重点)。3.会利用简谐运动的图像分析振子的位移和速度的变化情况(重难点)。
一、弹簧振子
如图所示的装置，把小球向右拉到B点后释放，可以观察到小球左右运动了一段时间，最终停止运动。
(1)小球的运动具有什么特点？为什么小球最终停止运动？
(2)在横杆上涂上一层润滑油，重复刚才的实验，观察到的结果与第一次实验有何不同？
(3)猜想：如果小球受到的阻力忽略不计，弹簧的质量比小球的质量小得多，也忽略不计，实验结果如何？
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1．机械振动：物体或物体的一部分在一个位置附近的________运动，简称振动。
2．平衡位置：振动的物体在振动方向上所受合力为________的位置。
3．弹簧振子
(1)由________和________组成的系统，有时也简称振子，是一个____________模型。
(2)小球与弹簧组成的振动系统看成弹簧振子的条件
①弹簧为轻质弹簧，不计弹簧的质量，可认为质量集中于小球。
②不计摩擦阻力和空气阻力。
③小球从平衡位置被拉开的距离在弹簧弹性限度内。
对平衡位置的理解
(1)弹簧振子的平衡位置是振子不振动时，小球静止的位置，
①如图甲，水平方向弹簧振子：弹簧弹力为零时的位置。
②如图乙，竖直方向弹簧振子：弹簧的拉力与重力平衡时的位置。
③如图丙，光滑斜面上的弹簧振子：弹簧拉力与重力沿斜面向下的分力平衡时的位置。
(2)弹簧振子的平衡位置是振动过程中，小球的速度最大的位置。
(1)乒乓球在地面上的上下运动是一种机械振动。( )
(2)弹奏吉他时琴弦的运动是机械振动。( )
(3)机械振动是匀变速直线运动。( )
(4)平衡位置即为速度为零的位置。( )
例1 (多选)弹簧上端固定在O点，下端连接一小球，组成一个振动系统，如图所示，用手竖直向下拉一小段距离后释放小球，小球便上下振动起来，关于小球的平衡位置，下列说法正确的是( )
A．在小球运动的最低点
B．在弹簧处于原长的位置
C．在小球速度最大的位置
D．在小球原来静止的位置
二、弹簧振子的位移—时间图像 简谐运动
如图所示，在弹簧振子的小球上固定安置一记录用的铅笔P，在下面放一条白纸带，铅笔可在纸上留下痕迹。
请思考：(1)振子振动时白纸不动，画出的轨迹是怎样的？
(2)振子振动时匀速拖动白纸，画出的轨迹又是怎样的？
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1．振子的位移：以________________为坐标原点，指向小球所在位置，即振动小球的位置坐标反映了小球相对于________位置的位移。
2．振动图像(x－t图像)
(1)x－t图像：用横轴表示小球运动的________，纵轴表示小球离开________位置的位移(x)，描绘出的小球在平衡位置附近________________时的________随________变化的x－t图像，即为振动图像，如图所示。
(2)图像的物理意义：反映了振子位移随时间变化的规律，它________(选填“是”或“不是”)振子的运动轨迹。
3．简谐运动：物体的位移与时间的关系遵从________________的规律，振动图像(x－t图像)是一条________________。
如图所示为弹簧振子振动时的x－t图像，试分析：
(1)t1和t2时刻小球分别位于哪个位置？
(2)t1～t2时间内位移和速度各如何变化？
(3)t2～t3时间内位移和速度各如何变化？((2)(3)问从大小和方向两方面描述)
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由振动图像(x－t图像)获取的信息
1．位移及变化
(1)确定某一时刻的位移如图所示，质点在t1、t2时刻的位移分别为x1和－x2。
(2)质点位移的变化情况：靠近平衡位置的过程中，位移减小，平衡位置处最小(为零)；远离平衡位置的过程中，位移增大，最远点位移最大。
2．速度及变化
(1)运动方向的确定。根据下一时刻质点的位移确定运动方向，如图中的a点，下一时刻质点离平衡位置更远，故a点对应时刻质点向正方向远离平衡位置运动。
(2)质点速度大小的变化情况
①根据下一时刻质点的位移，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。
②根据x－t图像的斜率判断速度的大小和方向。斜率越大，则速度越大，斜率越小，则速度越小；斜率为正，则速度沿所选的正方向，斜率为负，则速度沿负方向。
例2 如图所示是用频闪照相的方法获得的弹簧振子的位移—时间图像，下列有关该图像的说法不正确的是( )
A．该图像的坐标原点建立在弹簧振子小球的平衡位置
B．从图像可以看出小球在振动过程中是沿t轴方向移动的
C．为了显示小球在不同时刻偏离平衡位置的位移，让底片沿垂直x轴方向匀速运动
D．图像中小球的疏密显示出相同时间内小球位置变化快慢不同
例3 如图甲所示，一弹簧振子在A、B之间做简谐运动，O点为小球静止的位置，其振动图像如图乙所示，规定向右的方向为正方向，试根据图像分析以下问题：
(1)在t＝0时刻，小球所处的位置为________(选填“A点”“O点”或“B点”)，正在向________(选填“左”或“右”)运动。
(2)A、B两点间的距离为________ cm。
(3)在图乙中，小球在t＝1 s、t＝2 s和t＝3 s时所处的位置依次是________、________和________。
(4)在t＝2 s时，小球速度的方向与t＝0时速度的方向________。(选填“相同”或“相反”)
(5)小球在前4 s内的位移等于______ cm，其路程为________ cm。
针对训练1 (多选)(2022·湖南长郡中学高二月考)如图甲所示，弹簧振子以O点为平衡位置，在A、B两点之间做往复运动，取向右为正方向，振子的位移x随时间t的变化如图乙所示，下列说法正确的是( )
A．t＝0.2 s时，振子在O点右侧6 cm处
B．t＝0.6 s和t＝1.4 s时，振子的速度相同
C．t＝0.4 s到t＝0.8 s的时间内，振子的位移逐渐减小
D．t＝0.4 s到t＝0.8 s的时间内，振子的速度逐渐增大
例4 在水平方向上做简谐运动的弹簧振子在某段时间内速度越来越大，则这段时间内( )
A．小球的位移越来越大
B．小球正在离开平衡位置
C．小球的加速度越来越大
D．小球的速度方向与位移方向一定相反
针对训练2 如图所示，一个弹簧振子在A、B间做简谐运动，O是平衡位置，把向右的方向选为正方向，以某时刻作为计时零点(t＝0)，此时振子正向负方向运动，加速度为零。那么如图所示的四个振动图像能正确反映振子振动情况的是( )