高中人教版 (2019)第二章 机械振动1 简谐运动教课内容课件ppt

这是一份高中人教版 (2019)第二章 机械振动1 简谐运动教课内容课件ppt，共26页。PPT课件主要包含了平衡位置，正弦函数，答案D，对简谐运动图像的理解，答案A等内容，欢迎下载使用。
一、弹簧振子1．填一填(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：小球所受合力为0的位置。(3)弹簧振子：_____与弹簧组成的系统，它是一个理想化模型。
2．判一判(1)秋千在空中的往复运动属于机械振动。( )(2)平衡位置就是速度为零的位置。( )(3)平衡位置就是振子所受合力为0的位置。( )3．想一想如图所示，把一个有孔的小木球装在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球穿在光滑杆上，能够自由振动，这个系统可称为弹簧振子吗？为什么？ 提示：不能。因为弹簧的质量与小球相比不能忽略。
二、弹簧振子的位移—时间图像1．填一填(1)建立坐标系：以小球的__________为坐标原点，用横坐标表示振子运动的______，纵坐标表示振子离开平衡位置的_____，建立坐标系，描绘出位移随时间变化的图像，即x-t图像。(2)位移x的含义：振子的位移x是从_________指向某时刻所在位置的有向线段。在x-t图像中，振子位置在t轴上方，表示位移为____，在t轴下方，表示位移为____。
3．想一想如图所示为振子的位移—时间图像，振子的位移—时间图像就是振子的运动轨迹吗？提示：x-t图像描述的是振子的位移随时间的变化规律，并不是振子的运动轨迹。
三、简谐运动1．填一填(1)定义：如果物体的位移与时间的关系遵从___________的规律，即它的振动图像(x-t图像)是一条_____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，弹簧振子中小球的运动就是_______运动。2．判一判(1)简谐运动是一种匀变速直线运动。( )(2)简谐运动的图像描述的是振子的位移随时间的变化规律。( )(3)简谐运动图像上位移为0的时刻表示小球恰好处于平衡位置。( )
3．选一选如图甲所示，水平的光滑杆上有一弹簧振子，振子以O点为平衡位置，在a、b两点之间做简谐运动，其振动图像如图乙所示。则(　　)A．在t＝0时刻，振子的位置在a点B．在t＝t1时刻，振子的位置在O点C．在t＝t1时刻，振子的速度为零D．在t＝t2时刻，振子的加速度为零
解析：由题图乙可知，t＝0时刻x＝0，振子在平衡位置，即振子在O点，t＝t1时刻，x＝0，振子在平衡位置，速度不为零，故B正确，A、C错误；在t＝t2时刻，振子的位移最大，振子受弹簧弹力作用，加速度不为零，故D错误。答案：B　
[学透用活]1．实际物体看成弹簧振子的四个条件(1)弹簧的质量比小球的质量小得多，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)忽略弹簧以及小球与水平杆之间的摩擦力。(4)小球从平衡位置被拉开的位移在弹性限度内。2．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，则某时刻振子偏离平衡位置的位移可用该时刻振子所在位置的坐标来表示。
弹簧振子与简谐运动的理解
3．简谐运动的速度(1)物理含义：速度是描述振子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子运动方向与坐标轴的正方向相同或相反。(2)特点：如图所示为一简谐运动的模型，振子在O点速度最大，在A、B两点速度为零。4．简谐运动的加速度(1)产生：水平弹簧振子的加速度是由弹簧弹力产生的。(2)方向特点：总是指向平衡位置。(3)大小变化规律：远离平衡位置运动，振子的加速度增大；向平衡位置运动，振子的加速度减小；平衡位置振子的加速度为零；最大位移处振子的加速度最大。
[规律方法](1)简谐运动是变加速运动。(2)振动物体通过同一位置，其位移和加速度的方向是一定的，而速度方向却有两种可能。(3)在判断简谐运动的位移、速度、加速度的关系时，应作出物理情景示意图，结合示意图进行分析。　　　
[对点练清]1．如图所示的弹簧振子，O点为它的平衡位置，当振子离开O点，再从A点运动到C点时，振子离开平衡位置的位移是 (　　)A．大小为OC，方向向左　　B．大小为OC，方向向右C．大小为AC，方向向左 D．大小为AC，方向向右解析：振子离开平衡位置，以O点为起点，C点为终点，位移大小为OC，方向向右，B正确。答案：B　
2．[多选]如图所示，弹簧下端悬挂一钢球，上端固定，它们组成一个振动的系统，用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动起来，若以竖直向下为正方向，下列说法正确的是 (　　)A．钢球运动所能达到的最低处为平衡位置B．钢球原来静止时的位置为平衡位置C．钢球振动到距原静止位置下方3 cm处时位移为3 cmD．钢球振动到距原静止位置上方2 cm处时位移为2 cm解析：钢球原来静止，所受合外力为0的位置为平衡位置，故A错，B对；钢球的位移为从平衡位置指向某时刻所在位置的有向线段，据题意可判断C对，D错。答案：BC
3．[多选]如图所示，弹簧振子在a、b两点间做简谐运动，当振子从最大位移处a向平衡位置O运动过程中 (　　)A．加速度方向向左，速度方向向右B．位移方向向左，速度方向向右C．加速度不断增大，速度不断减小D．位移不断减小，速度不断增大解析：当振子从最大位移处a向平衡位置O运动时，振子受到的合外力向右且不断减小，加速度向右且不断减小，速度方向向右且不断增大，A、C错误；位移由平衡位置指向振子所处位置，方向向左，位移不断减小，故B、D正确。答案：BD　
[学透用活]1．图像形状：正(余)弦曲线。2．物理意义：表示振动质点在不同时刻离开平衡位置的位移，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，如图甲所示，质点在t1、t2时刻的位移分别为x1和－x2。
(2)任意时刻质点的振动方向：看下一时刻质点的位置，如图乙中a点，下一时刻离平衡位置更远，故a点此刻向上振动。图乙中b点，下一时刻离平衡位置更近，故b此刻向上振动。(3)某段时间内位移、速度、加速度的变化情况判断：先判断质点在这段时间内的振动方向，从而确定各物理量的变化。如图甲所示，质点在t1时刻到t0时刻这段时间内，离平衡位置的位移变小，故质点正向平衡位置运动，速度增大，位移和加速度都变小；t2时刻到下一时刻，质点从负位移处远离平衡位置运动，则速度为负值且减小，位移、加速度增大。
(3)在乙图中，振子在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，振子的速度的方向与t＝0时速度的方向________。(5)质点在前4 s内的位移等于________cm，其路程为________cm。[解析]　(1)由振动图像知，t＝0时，x＝0，表示振子位于平衡位置，在0～1 s内，振动位移x＞0，且逐渐增大，表示t＝0时，振子沿正方向运动，即向右运动。(2)由题图乙知，振子离开平衡位置的最大距离为3 cm，则AB＝6 cm。(3)t＝1 s时，x＝3 cm，振子位于B点位置；在t＝2 s时，x＝0，振子位于平衡位置；在t＝3 s时，x＝－3 cm，振子位于A点位置。
(4)在t＝2 s时，x -t图像的斜率为负，表示向负方向运动，即向左运动，与t＝0时速度的方向相反。(5)在t＝4 s时，振子又回到了平衡位置，故位移Δx＝0，其路程为s＝3×4 cm＝12 cm。[答案]　(1)O点　右　(2)6　(3)B点　O点　A点(4)相反　(5)0　12
[易错警示]解答有关振动图像的题目时的注意点(1)将图像与题目中振子的运动情况结合起来。(2)要理解从图像上能直接得到或间接得到的信息。(3)将图像表现的信息与振子运动的几个特点结合起来，如振子的往复性、对称性。　　　
[对点练清]1 ．[多选]如图所示为质点P在0～4 s内的振动图像，下列叙述正确的是 (　　)A．再过1 s，该质点的位移是正向最大B．再过1 s，该质点的速度方向向上C．再过1 s，该质点运动到平衡位置D．再过1 s，该质点的速度为零解析：依题意，再经过1 s，振动图像将延伸到正向位移最大处，这时质点的位移为正向最大，质点的速度为零，无方向，A、D正确，B、C错误。答案：AD
2．一质点做简谐运动，其位移x与时间t的关系曲线如图所示，由图可知：在t＝4 s时，质点的 (　　)A．速度为零，加速度为负的最大值B．速度为负的最大值，加速度为零C．速度为零，加速度为正的最大值D．速度为正的最大值，加速度为零解析：根据简谐运动的位移—时间图像直接读出质点的位移与时间的关系，当质点的位移为零时，处于平衡位置，速度最大，加速度为零，当位移为最大值时，速度为零，加速度最大，加速度方向总是与位移方向相反，位移为正值，加速度为负值。t＝4 s时，质点的位移为正向最大，质点的速度为零，质点的加速度大小与位移大小成正比，加速度为负向最大，A选项正确。
3．[多选]如图所示是表示一质点做简谐运动的图像，下列说法正确的是 (　　)A．t1时刻振子正通过平衡位置向正方向运动B．t2时刻振子的位移最大C．t3时刻振子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解析：从题图可以看出，t＝0时刻，振子在正的最大位移处，因此是从正的最大位移处开始计时画出的图像，D选项错误；t1时刻以后振子的位移为负，因此t1时刻振子正通过平衡位置向负方向运动，A选项错误；t2时刻振子在负的最大位移处，因此可以说是振子的位移最大，B选项正确；t3时刻以后，振子的位移为正，所以该时刻振子正通过平衡位置向正方向运动，C选项正确。答案：BC
一、滑板的运动是否可视为振动(物理观念)[选自鲁科版教材“节练习”]滑板运动非常有趣。如图所示，某同学踩着滑板在弧形滑道的内壁来回滑行。滑板的这种运动可视为振动吗？若可以，它的平衡位置在哪里？提示：可以视为振动，平衡位置在最低点。