高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 简谐运动教学演示课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 简谐运动教学演示课件ppt，共44页。PPT课件主要包含了目标体系构建，课前预习反馈，机械振动与弹簧振子，往复运动，往复性，理想化，平衡位置，它的振动，ACD，简谐运动及其图像等内容，欢迎下载使用。
1．初步形成简谐运动的概念。2．通过对弹簧振子的分析，理解简谐运动这一理想化模型。3．通过对弹簧振子的x－t图像的绘制，理解简谐运动的特点。4．通过研究过程，能分析数据发展特点，形成结论。
1.机械振动(1)定义：物体(或物体的一部分)总是在某一位置附近的_______________，叫机械振动，简称振动。(2)特征：第一，有一个“中心位置”，即_________位置，也是振动物体静止时的位置；第二，运动具有____________。
2．弹簧振子(1)弹簧振子：弹簧振子是指_________和_________所组成的系统，是一种____________物理模型。(2)振子模型：常见的有水平弹簧振子和竖直弹簧振子。如图所示，图甲中球与杆之间的摩擦力及空气阻力可以_________，且弹簧的质量与小球的质量相比可以_________。
『判一判』(1)弹簧振子是一种理想化的物理模型。( 　　)(2)弹簧振子的平衡位置都在原长处。( 　　)(3)平衡位置即速度为零时的位置。( 　　)
1.建立坐标系以小球的_______________为坐标原点，沿着_______________方向建立坐标轴。规定小球在平衡位置_________时它对平衡位置的位移为正，在_________时为负(以水平弹簧振子为例)。2．位移—时间图像横坐标表示振子振动的_____，纵坐标表示振子相对____________的位移。3．物理意义反映了振子的_________随_________的变化规律。
弹簧振子的位移—时间图像
『选一选』(多选)某弹簧振子的位移随时间变化的图像如图所示，则振子( )A．第1 s末与第3 s末的位移相同B．第1 s末与第3 s末的速度相同C．4 s末至 8 s末路程为10 cmD．3 s末至5 s末速度方向不变
解析：由图像可以看出，t＝1 s和t＝3 s两时刻位移相同，故A正确；第1 s末和第3 s末的速度方向不同，故B错误；由图像可知，4 s末至8 s末质点运动的路程为s＝2×5 cm＝10 cm，故C正确；3 s末至5 s末速度方向不变，故D正确。
1.简谐运动(1)定义：如果物体的位移与时间的关系遵从_________函数的规律，即它的振动图像(x－t图像)是一条_________曲线，这样的振动叫作简谐运动。(2)特点：①简谐运动是最_________、最简单的振动。②简谐运动的位移随时间按正弦规律变化，所以它不是匀变速运动，是变力作用下的____________运动。
2．简谐运动的图像(1)形状：正(余)弦曲线，如图所示。(2)物理意义：表示振动的质点在不同时刻偏离_______________的位移，是位移随时间的变化规律。(3)获取信息：从图像上可直接看出不同时刻振动质点的_________大小和方向。
『判一判』(4)振子的位移－5 cm小于1 cm。( 　　)(5)简谐运动的轨迹是一条正弦(或余弦)曲线。( 　　)(6)简谐运动是一种匀变速直线运动。( 　　)
『选一选』如图所示，一弹性小球被水平抛出，在两个互相竖直平行的平面间运动，小球落在地面之前的运动( 　　)A．是机械振动，但不是简谐运动B．是简谐运动，但不是机械振动C．是简谐运动，同时也是机械振动D．不是简谐运动，也不是机械振动解析：机械振动具有往复的特性，可以重复地进行，小球在运动过程中，没有重复运动的路径，因此不是机械振动，当然也不是简谐运动。
『想一想』如图所示的三个图线分别是用不同的传感器测出的不同物体的振动图线。从三个图线可知，这三个物体的振动有什么共同特点？三个振动物体中，最简单的振动是哪一个？解析：由图可看出，三个物体振动的共同特点是都具有周期性；弹簧振子的图线是简谐运动的图线，是最简单的振动。
要点提炼1.实际物体看作理想振子的条件(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．对简谐运动的位移、速度和加速度的理解(1)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。(2)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A、B之间振动，则振子在O点速度最大，在A、B两点速度为零。(3)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。
4．简谐运动的对称性、周期性(1)简谐运动的对称性如图所示，振子在C、C′间做简谐运动。①瞬时量的对称性：各物理量关于平衡位置对称，振子通过关于平衡位置对称的两点时，位移、速度、加速度大小相等，动能、势能、机械能相等。②过程量的对称性：振子来回通过相同的两点间的时间相等，如tBC＝tCB。
典例剖析1.(2023·上海市长宁区高三第一学期期末)如图所示，弹簧振子在B、C两点间做无摩擦的往复运动，O是振子的平衡位置。则振子( 　　)A．从B向O运动过程中位移一直变小B．从O向C运动过程中加速度一直变小C．从B经过O向C运动过程中速度一直变小D．从C经过O向B运动过程中速度一直变小
解析：振子从B向O运动时，是向着平衡位置移动，位移变小，故A正确；振子从O向C运动时，是从平衡位置向最大位移运动的过程，所以位移变大，加速度变大，故B错误；从B经过O向C运动过程中速度先增大后变小，故C错误；从C经过O向B运动过程中速度先增大后变小，故D错误。
如图所示为一水平弹簧振子，M、N两点关于平衡位置O点对称，忽略摩擦和空气阻力，第一次先后经过M、N两点时速度v(v≠0)相同，那么，下列说法正确的是( 　　)A．振子在M、N两点所受弹簧弹力相同B．振子在M、N两点相对平衡位置的位移相同C．振子在M、N两点加速度大小相等D．从M点到N点，振子先做匀加速运动，后做匀减速运动
解析：因位移、速度、加速度和弹力都是矢量，它们要相同必须大小相等、方向相同。M、N两点关于O点对称，振子所受弹力应大小相等、方向相反，振子位移也是大小相等、方向相反，由此可知，选项A、B错误；振子在M、N两点的加速度虽然方向相反，但大小相等，故选项C正确；振子由M→O速度越来越大，但加速度越来越小，振子做加速运动，但不是匀加速运动；振子由O→N速度越来越小，但加速度越来越大，振子做减速运动，但不是匀减速运动，故选项D错误。
简谐振动位移—时间图像
要点提炼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偏离平衡位置的位移，是位移随时间的变化规律。
3．从图像可获取的信息(1)任意时刻质点的位移的大小和方向。如图1所示，质点在t1、t2时刻的位移分别为x1和－x2。 图1
(2)任意时刻质点的振动方向：看下一时刻质点的位置，如图2中a点，下一时刻离平衡位置更远，故a此刻向x轴正向振动。(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，如图2中b，从正位移向着平衡位置运动，则速度为负且增大，位移、加速度正在减小，c从负位移远离平衡位置运动，则速度为负且减小，位移、加速度正在增大。
典例剖析2.如图所示是某质点做简谐运动的振动图像。根据图像中的信息，回答下列问题。(1)质点离开平衡位置的最大距离有多大？(2)质点在10 s末和20 s末的位移各是多少？(3)质点在15 s和25 s时各向什么方向运动？(4)质点在前30 s内运动的路程是多少？(5)试画出质点的v－t图像。
解析：(1)质点离开平衡位置的最大距离等于质点的最大位移的大小，由图知，此距离为20 cm。(2)质点在10 s末的位移x1＝20 cm,20 s末的位移x2＝0。(3)15 s末质点位移为正，15 s后的一段时间，位移逐渐减小，故质点在15 s末向负方向运动，同理可知，25 s末质点也向负方向运动。(4)前30 s质点先是由平衡位置沿正方向振动了20 cm，又返回平衡位置，最后又到达负方向20 cm处，故30 s内运动的总路程为60 cm。
(5)v－t图像如图所示。答案：(1)20 cm　(2)20 cm,0　(3)15 s末向负方向运动，25 s末向负方向运动　(4)60 cm　(5)见解析
(多选)(2023·江苏省启东市高二下学期调研)如图甲所示的弹簧振子在A、B两点间做简谐运动，O点为平衡位置，图乙为此弹簧振子的振动图像，则( )A．t＝0.6 s时，弹簧振子的速度最大B．从t＝0到t＝0.2 s时间内，弹簧振子做加速度增大的减速运动C．在t＝0.5 s和t＝0.7 s两个时刻，弹簧振子在同一位置D．t＝0.2 s时，弹簧振子的位移为负向最大
解析：由图可知，t＝0.6 s时，弹簧振子的位移为负向最大值，速度为零，故A错误；从t＝0到t＝0.2 s时间内，弹簧振子的位移增大，加速度增大，速度减小，所以弹簧振子做加速度增大的减速运动，故B正确；在t＝0.5 s和t＝0.7 s两个时刻，弹簧振子的位移相同，说明弹簧振子在同一位置，故C正确；t＝0.2 s时，弹簧振子的位移为正向最大，故D错误。
一、弹簧振子及弹簧振子x－t图像1．(2024·北京四中顺义分校高二下学期期中)如图所示，一弹簧振子做等幅振动，取向右为正，A、B两处为最大位移处，O为平衡位置，C为AO间某一位置，则振子( 　　)A．从B→O时，位移是正值，加速度为正值B．从O→B时，位移是正值，速度为正值C．运动至C处时，位移为负值，加速度为负值D．运动至C处时，位移为正值，加速度为负值
解析：B→O时，位移是正值，加速度为负值，故A错误；从O→B时，位移是正值，速度为正值，故B正确；运动至C处时，位移为负值，加速度为正值，故C、D错误。
2．(多选)一弹簧振子运动，其x－t图像如图所示，由图可知，t＝2.5 s时，质点的( )A．速度沿负方向B．速度沿正方向C．质点正向平衡位置运动D．质点正远离平衡位置向最大位移处运动
解析：根据振动的x－t图像可知，t＝2.5 s时位移x