高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 简谐运动课堂教学ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 简谐运动课堂教学ppt课件，共46页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，知识概览，一弹簧振子的特点，答案D等内容，欢迎下载使用。
目 标 素 养1.通过实验观察认识机械振动,会用理想化方法建构弹簧振子模型。2.理解简谐运动的位移—时间图像是一条正弦曲线。3.探究简谐运动的特征,掌握用图像描绘运动的方法。
一、弹簧振子1.机械振动。我们把物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动称为机械振动,简称振动。
2.平衡位置。如图所示,把一个有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。弹簧的质量与小球相比可以忽略。小球运动时空气阻力很小,也可以忽略。
弹簧未形变时,小球所受合力为0该位置为平衡位置。3.弹簧振子。我们把小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子。
微思考1 竖直上抛运动是否属于机械振动?提示:不属于。物体在一个位置附近做的往复运动属于机械振动,竖直向上抛出的物体到最高点后返回地面,不具有运动的往复性,因此不属于机械振动。
二、弹簧振子的位移—时间图像1.建立坐标系。如图所示,以小球的平衡位置为坐标原点O,沿着它的振动方向建立坐标轴,规定水平向右为正方向。小球在平衡位置的右边时它的位置坐标x为正,在左边时位置坐标x为负。
2.小球位置的确定。用照相机连拍时,底片从下向上匀速运动,因此在底片上留下了小球和弹簧的一系列的像,对应小球在各个时刻的位置,得到如图所示的图像。
微思考2 下图为振动物体的位移—时间图像,振动物体的位移—时间图像就是振动物体的运动轨迹吗?
提示:图像描述的是振动物体的位移随时间的变化规律,并不是振动物体的运动轨迹。
三、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.简谐运动是最基本的振动,弹簧振子的运动就是简谐运动。
微思考3 简谐运动与我们熟悉的匀速运动比较,速度有何不同的特点?如何判断一个物体的运动是不是简谐运动?提示:简谐运动与匀速运动的区别在于其速度大小、方向都不断变化,只要质点的位移随时间按正弦规律变化,则这个质点的运动就是简谐运动。
重难归纳1.弹簧振子的运动是最典型的机械振动。振动特征:有一个“中心位置”,即平衡位置;运动具有往复性。如图所示。
2.弹簧振子的理想化条件。(1)质量:弹簧的质量比小球的质量小得多,可以认为质量集中在小球上。(2)体积:小球体积很小,可当成质点处理。(3)阻力:忽略一切摩擦及阻力作用。(4)弹性限度:小球的振动范围在弹簧的弹性限度内。
名师点睛弹簧振子是一种理想化模型,在构造上表现为把一根没有质量的弹簧一端固定,另一端连接一个质点;在运动上表现为没有任何摩擦和阻力。
3.形形色色的弹簧振子。如图所示,振动物体哦可以沿水平方向振动,也可以沿竖直方向或倾斜方向振动,弹簧可以只有一个,也可以有多个。
名师点睛弹簧振子有多种表现形式,对于不同的弹簧振子,在平衡位置处,弹簧不一定处于原长(如竖直放置的弹簧振子),但运动方向上的合外力一定为零,速度也一定最大。
4.简谐运动的位移。位移的表示方法:以平衡位置为坐标原点,以振动所在的直线为坐标轴,规定正方向,则某时刻振动物体偏离平衡位置的位移可用该时刻振动物体所在位置的坐标来表示。
5.简谐运动的速度。(1)物理含义:速度是描述振动物体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“一维坐标系”)上,速度的正负号表示振动物体运动方向与坐标轴的正方向相同或相反。(2)特点:下图为一简谐运动的模型,振动物体在O点速度最大,在A、B两点速度为零。
简谐运动的位移就是某一段时间内振动物体的位置变化吗?提示:不是。简谐运动位移的初始位置是平衡位置,其方向是指从平衡位置指向实际位置的方向。
典例剖析【例1】 一水平弹簧振子做简谐运动,则下列说法正确的是(　　)A.若位移为负值,则速度一定为正值B.物体通过平衡位置时,速度为零C.物体每次通过平衡位置时,速度一定相同D.物体每次通过同一位置时,其速度不一定相同答案:D
解析:弹簧振子做简谐运动时,某时刻位移的方向与速度的方向可能相同,也可能相反,选项A错误;当物体通过同一位置时,速度的方向不一定相同,选项C错误,D正确;物体经过平衡位置时速度最大,选项B错误。
规律总结平衡位置的判断方法振动系统不振动,振动物体处于平衡状态时所处的位置为平衡位置。此题中振动物体速度最大时的位置和振动物体原来静止时的位置为同一位置。
学以致用1.(多选)在图中,当弹簧振子中小球由A向O运动时,下列说法正确的是(　　)A.小球的位移在减小B.小球的运动方向向左C.小球的位移方向向左D.小球的位移在增大答案:AB解析:对简谐运动,其位移总是相对平衡位置O而言,由于小球在O点右侧由A向O运动,所以小球的位移方向向右,位移大小不断减小,故选项A、B正确,C、D错误。
二 对弹簧振子位移—时间图像的理解
重难归纳1.图像特点:简谐运动的位移与时间的关系遵从正弦函数规律。2.振动图像是振子的位移随时间的变化规律,根据振动图像可知如下信息。
(1)任意时刻质点的位移的大小和方向。如图甲所示,质点在t1、t2时刻的位移分别为x1和-x2。
(2)任意时刻质点的速度方向和加速度方向,以及它们的大小变化趋势,如图乙所示。t1时刻,速度方向沿x轴正方向,大小逐渐减小;加速度方向沿x轴负方向,大小逐渐增大。t2时刻,速度方向沿x轴负方向,大小逐渐增大;加速度方向沿x轴负方向,大小逐渐减小。
(3)任意一段时间内质点通过的路程。
简谐运动的x-t图像与匀速直线运动的x-t图像有何相同点?提示:①两种图像都反映了位移随时间的变化规律;②根据图线上某点切线的斜率可判断出某一时刻质点的速度方向及大小。
典例剖析【例2】 一质点做简谐运动的图像如图所示,该质点在t=3.5 s时刻(　　)A.速度为正,加速度为正B.速度为负,加速度为负C.速度为负,加速度为正D.速度为正,加速度为负答案:D
解析:由题图可知,3.5 s时,质点由平衡位置向正的最大位移处运动,所以此时速度为正,质点做减速运动,加速度为负,故选项D正确。
特别提醒 分析简谐运动图像问题的三点提醒 1.简谐运动的位移—时间图像反映的是质点偏离平衡位置的位移随时间变化的规律,简谐运动的位移—时间图像并不是质点的运动轨迹,运动轨迹的长度也不是正弦图线拉开后的长度。 2.在x-t图像上,质点在某时刻的位移,即为此时刻对应的纵坐标。 3.质点在某段时间内的路程(轨迹的长度),需结合振动质点的实际运动轨迹进行计算。
学以致用2.下图为某物体做简谐运动的图像,下列说法正确的是(　　)A.由P→Q位移在增大B.由P→Q速度在增大C.由M→N速度是先减小后增大D.由M→N位移始终减小答案:A解析:由题图可知从P→Q物体远离平衡位置向外运动,位移增大,速度减小,选项A正确,B错误;由M→N,物体由正位移处向平衡位置移动,速度增大,位移减小,再由平衡位置沿负方向运动,位移增大,速度减小,选项C、D错误。
1.小球和弹簧做如下连接,下列说法正确的是(　　)
A.只有甲可以被看成弹簧振子B.甲、乙都可以看成弹簧振子,丙、丁不可以C.甲在任何情况下都可以看成弹簧振子D.在一定条件下甲、乙、丙、丁都可以看成弹簧振子
解析:只要满足弹簧振子的振动规律的小球和弹簧的组合都可以看成弹簧振子,弹簧振子可以是水平的、竖直的、倾斜的,也可以是多个弹簧和小球的组合体,如题图丁所示,故选项A、B、C错误,D正确。
2.(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.在小球原来静止的位置B.在弹簧处于原长的位置C.在小球速度最大的位置D.在小球加速度为零的位置答案:ACD解析:小球原来静止时的位置为平衡位置,小球在平衡位置附近做往复运动,在平衡位置处速度最大,加速度为零。
3.下图为某质点在0~4 s内的振动图像,则(　　)A.质点在3 s末的位移为2 mB.质点在4 s末的位移为8 mC.质点在4 s内的路程为8 mD.质点在4 s内的路程为零答案:C解析:振动质点的位移指的是质点离开平衡位置的位移,位移是矢量,有大小,也有方向,因此3 s末质点的位移为-2 m,4 s末质点的位移为零,选项A、B错误;路程是指质点运动轨迹的长度,在4 s内质点的路程是从平衡位置到最大位移处这段距离的4倍,即为8 m,故选项C正确,D错误。
4.(多选)下图是一质点做简谐运动的振动图像,下列说法正确的是(　　)A.t1时刻质点正通过平衡位置向正方向运动B.t2时刻质点的位移最大C.t3时刻质点正通过平衡位置向正方向运动D.该图像是从平衡位置计时画出的答案:BC
解析:从题图可以看出,t=0时刻,质点在正的最大位移处,因此是从正的最大位移处开始计时画出的图像,选项D错误;t1时刻以后质点的位移为负,因此是通过平衡位置向负方向运动,选项A错误;t2时刻质点在负的最大位移处,因此可以说是在最大位移处,选项B正确;t3时刻以后,质点的位移为正,所以该时刻质点正通过平衡位置向正方向运动,选项C正确。
5.(多选)关于简谐运动的图像,下列说法正确的是(　　)A.表示质点振动的轨迹是正弦曲线B.由图像可判断任一时刻质点相对平衡位置的位移的大小与方向C.表示质点的位移随时间变化的规律D.由图像可判断任一时刻质点的速度方向答案:BCD解析:简谐运动的图像表示质点的位移随时间变化的规律,而不是运动轨迹,选项A错误,C正确;由简谐运动的图像可判断任一时刻质点相对平衡位置的位移的大小与方向,还可判断任一时刻质点的速度方向,选项B、D正确。
6.图甲为一弹簧振子的振动图像。图乙为弹簧振子的示意图,弹簧振子在F、G之间运动,E是振动的平衡位置,规定向右的方向为正方向。试根据图像分析以下问题。
(1)如图乙所示,振子振动的起始位置是　　　　(选填“E”“F”或“G”),从初始位置开始,振子向　　　　(选填“左”或“右”)运动。 (2)图甲中的A、B、C、D点各对应图乙中振动过程中的哪个位置?A对应　　,B对应　　,C对应　　,D对应　　。(3)在t=2 s时,振子的速度方向与t=0时速度方向　　　(选填“相同”或“相反”)。 (4)振子在前4 s内的位移等于　　　　。 答案:(1)E　右　(2)G　E　F　E　(3)相反　(4)0