粤教版 (2019)选择性必修 第一册第一节 简谐运动课前预习ppt课件

这是一份粤教版 (2019)选择性必修 第一册第一节 简谐运动课前预习ppt课件，共45页。PPT课件主要包含了自由滑动，平衡位置，正弦或余弦，回复力等内容，欢迎下载使用。
来回摆动的钟摆做机械运动
上下振动的小球做简谐运动
1.机械振动：物体在一个位置(平衡位置)两侧所做的____运动，叫机械振动，简称振动．2.弹簧振子：如右图所示，把一个有孔的小球装在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球穿在光滑的杆上，能够________，弹簧的质量与小球的质量相比可以忽略，小球的运动可以看作质点的运动，这样的系统称为弹簧振子．
3.回复力：能使振子返回平衡位置的力，其方向总是跟振子偏离平衡位置的____方向相反，总指向________．4.简谐振动：物体在回复力作用下的振动．
1.全振动：振子从初始位置再次按原方向回到初始位置的一个完整的振动过程叫一次全振动．2.简谐运动：如果振子的位移与时间的函数为__________函数，具有这种特征的运动叫作简谐运动．3.振幅：物体振动时离开________的最大距离．4.周期：物体完成一次全振动所需要的时间，符号T.
1.周期性往复运动：在______的作用下，振子振动过程中离开________的距离、加速度、速度、动能、弹性势能等在每个周期里完全重复．2.平衡位置：位移、回复力、加速度和弹性势能为零，速度和动能最大．3.振幅位置：速度和动能为零，位移、回复力、加速度和弹性势能最大．4.弹簧振子在振动过程中，系统的机械能守恒．
1.(2024·江苏苏州高二统考期中)请判断下列物体的运动不是简谐运动的是(　　)A．图甲中，把倾角为θ的光滑斜面上的小球沿斜面下拉一段距离，然后松开B．图乙中，竖直浮在水中的均匀木筷，下端绕几圈铁丝，把木筷往上提起一段距离后放手C．图丙中，把光滑圆弧面上的小球，从最低点移开很小一段距离，放手后，小球在最低点左右运动D．图丁中，倾角均为θ的两光滑斜面，让小球在斜面某处从静止开始在两斜面间来回运动
解析：把题图甲中倾角为θ的光滑斜面上的小球沿斜面下拉一段距离，然后松开，小球的往复运动与弹簧振子的运动规律相似，满足F＝－kx，为简谐运动，故A正确，不符合题意；如果不考虑水的粘滞阻力，木筷受到重力和水的浮力，重力恒定不变，浮力与排开水的体积成正比，木筷静止时的位置可看作平衡位置，由此可知以平衡位置为坐标原点，木筷所受合力与其偏离平衡位置的位移成正比，且方向相反，则可以判定木筷做简谐运动，故B正确，不符合题意；小球受到重力和圆弧面的支持力，重力恒定不变，支持力始终与运动方向垂直，这样，就与单摆具有类似的运动，从而判定小球做简谐运动，故C正确，不符合题意；题图丁中，倾角均为θ的两光滑斜面，让小球在斜面某处从静止开始在两斜面间来回运动，重力沿斜面的分力提供回复力，但该力大小不变，不与位移成正比，故小球的运动不是简谐运动，故D错误，符合题意．
2.关于简谐运动，下列说法正确的是(　　)A．简谐运动一定是水平方向的运动B．所有的振动都可以视为简谐运动C．物体做简谐运动时一定可以得到正弦曲线形的轨迹线D．只要振动图像是正弦曲线的物体一定做简谐运动
解析：物体的简谐运动并不一定只在水平方向发生，各个方向都有可能发生，A错误；简谐运动是最简单的振动，并非所有的振动都可以视为简谐运动，B错误；做简谐运动物体的轨迹线并不是正弦曲线，C错误；若物体的振动图像是正弦曲线，则其一定是做简谐运动，D正确．故选D．
3.一个弹簧振子在A、B间做简谐运动，O点为振子的平衡位置，如右图所示．规定向右为正方向，当振子向左运动经过O点时开始计时，则图中画出的振动图像正确的是(　　)
解析：由题意可知，因为取向右为正方向，且振子向左运动经过O点时开始计时，所以t＝0时刻图像的斜率应为负，B正确．故选B．
1.弹簧振子是一种理想化模型．实际物体可看成弹簧振子的条件：(1)不计摩擦阻力和空气阻力．(2)不计弹簧的质量．(3)物体可视为质点．(4)弹簧的形变在弹性限度内．
2.弹簧振子的振动分析．(1)位移及其变化．位移指相对平衡位置的位移，由平衡位置指向振子所在的位置．当振子从平衡位置向最大位移处移动时，位移增大；当振子由最大位移处向平衡位置移动时，位移减小．(2)速度及其变化．振子在平衡位置处速度最大，在最大位移处速度为零．振子由平衡位置向最大位移处运动时，速度减小；振子由最大位移处向平衡位置运动时，速度增大．
(3)加速度及其变化．水平弹簧振子所受弹簧的弹力是振子受到的合力(回复力)，竖直弹簧振子所受的重力与弹力之和是振子受到的合力(回复力).不论是水平弹簧振子还是竖直弹簧振子，均满足：在平衡位置处所受的合力(回复力)为零，加速度为零；而在最大位移处所受的合力(回复力)最大，加速度最大．
【典例1】　如右图所示为一弹簧振子，O为平衡位置，以向右为正方向，则振子在B、C之间振动时(　　)A．B→O位移为负、速度为正B．O→C位移为正、速度为负C．C→O位移为负、速度为正D．O→B位移为正、速度为负[核心点拨]　(1)位移的方向是指由平衡位置指向振子所在的位置，在平衡位置速度最大，加速度为零．(2)位移为负值时，速度可以为正值也可以为负值．
解析：速度方向即振子运动方向，则B→O位移向左为负，速度向右为正，A正确；O→C位移向右为正，速度向右为正，B错误；C→O位移向右为正，速度向左为负，C错误；O→B位移向左为负，速度向左为负，D错误．故选A．
理解振动位移应明确三个点(1)物体原来静止时的位置为平衡位置．(2)振动位移的大小等于物体所在位置到平衡位置的距离．(3)振动位移的方向总是从平衡位置指向物体所在位置．
1.(多选)在右图中，当振子由A向平衡位置O运动时，下列说法正确的是(　　) A．振子的位移变小B．振子的运动方向向左C．振子的位移方向向左D．振子的位移变大解析：在振动中位移的参考点是O点，由于振子在O点的右侧由A向O运动，所以振子的运动方向向左，位移方向向右，且位移变小，故A、B正确．
2.如下图所示，一弹簧振子做简谐运动．下列说法正确的是(　　) A．若位移为负值，则加速度一定为负值B．小球通过平衡位置时，速度为零，位移最大C．小球每次经过平衡位置时，位移相同，速度也一定相同D．小球每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但位移一定相同
解析：小球受的力指向平衡位置，小球的位移为负值时，受到的力为正值，小球的加速度为正值，A错误；当小球通过平衡位置时，位移为零，速度最大，B错误；小球每次通过平衡位置时，速度大小相等、方向不一定相同，但位移相同，C错误；小球每次通过同一位置时，位移相同，速度大小相等，但速度方向可能相同，也可能不同，D正确．
1.对x-t图像的理解．x-t图像上的x坐标表示振子相对平衡位置的位移，也表示振子的位置坐标．它反映了振子位移随时间变化的规律．注意：x-t图像不是振子的运动轨迹．
2.图像的应用．(1)可直接读出不同时刻t的位移x值．位于t轴上方的x值表示位移为正，位于t轴下方的x值表示位移为负，如图甲所示．(2)判断任意时刻质点的振动方向．看下一相邻时刻质点的位置，如图乙中的a点，下一相邻时刻离平衡位置远，故a点此刻向＋x方向运动．
(3)速度的大小和方向，根据图像上某点的切线的斜率判断．图像上某点切线的斜率的大小表示速度大小，斜率的正负表示运动的方向．在平衡位置，切线斜率最大，质点速度最大；在最大位移处，切线斜率为零，质点速度为0.在从平衡位置向最大位移处运动的过程中，速度减小；在从最大位移处向平衡位置运动的过程中，速度增大．
【典例2】　如右图所示是表示某弹簧振子运动的x-t图像，下列说法正确的是(　　)A．0.1 s时振子正通过平衡位置向正方向运动B．0.1～0.15 s这段时间内，振子的加速度增大，速度减小，加速度方向与速度方向相反C．0.2～0.3 s这段时间内，振子的位移在增大D．该图像是从振子在平衡位置时开始计时画出的[核心点拨]　(1)注意正方向．(2)在平衡位置速度最大、加速度为零．
解析：从题图可以看出，t＝0时刻，振子在正方向的最大位移处，因此是从正的最大位移处开始计时画出的图像，D错误；0.1 s以后振子的位移为负，因此0.1 s时振子正通过平衡位置向负方向运动，A错误；0.1～0.15 s这段时间内，振子向负方向运动，加速度增大，速度减小，加速度方向指向平衡位置，为正方向，加速度与速度方向相反，B正确；0.2～0.3 s这段时间内，振子正从负的最大位移处向平衡位置运动，位移减小，C错误．
解答有关振动图像题目时的注意点(1)将图像与题目中振子的运动情况结合起来．(2)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).
3.(多选)如下图所示为获取弹簧振子的位移—时间图像的一种方法，改变纸带运动的速度，下列说法正确的是(　　)A．如果纸带不动，作出的振动图像仍然是正弦函数曲线B．如果纸带不动，作出的振动图像是一段线段C．图示时刻，振子正经过平衡位置向右运动D．若纸带运动的速度不恒定，则纸带上描出的仍然是简谐运动的图像
解析：当纸带不动时，描出的只是振子在平衡位置两侧往复运动的轨迹，即一段线段，A错误，B正确；由振动图像可以看出，图示时刻振子正由平衡位置向右运动，C正确；只有当纸带匀速运动时，运动时间才与纸带运动的位移成正比，振动图像才是正弦或余弦函数曲线，而简谐运动的图像一定是正弦或余弦函数曲线，D错误．故选BC．
4.(多选)(2024·广东中山校考)如图甲所示，弹簧振子以O点为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动．取向右为正方向，振子的位移x随时间t的变化关系如图乙所示，下列说法正确的是(　　) A．t＝0.8 s时，振子的速度方向向右B．t＝0.2 s时，振子在O点右侧C．t＝0.4 s和t＝1.2 s时，振子的加速度大小相等，方向完全相反D．t＝0.4 s到t＝0.8 s的时间内，振子的速度逐渐减小
1.简谐运动中，振动系统的动能和势能相互转化，平衡位置处动能最大，势能最小；最大位移处动能为零，势能最大，但总的机械能不变．2.简谐运动的机械能由振幅决定，对于同一个振动系统而言，振幅越大，振动的能量越大．3.简谐运动是一种无能量损失的振动，所以其振幅保持不变，又称为等幅振动．
4.简谐运动中各个物理量的变化规律．根据水平弹簧振子图，可分析各个物理量的变化关系如下表：
【典例3】　如下图所示为某个弹簧振子做简谐运动的振动图像，由图像可知(　　)A．在0.1 s时，由于位移为零，所以振动能量为零B．在0.2 s时，振子具有最大势能C．在0.35 s时，振子具有的能量尚未达到最大值D．在0.4 s时，振子的动能最大[核心点拨]　(1)平衡位置动能最大，弹性势能最小．(2)最大振幅位置速度最小，动能最小，弹性势能最大．
解析：弹簧振子做简谐运动，振动能量不变，A错误；在0.2 s时位移最大，振子具有最大势能，B正确；弹簧振子的振动能量不变，在0.35 s时振子具有的能量与其他时刻相同，C错误；在0.4 s时振子的位移最大，动能为零，D错误．
1.物体做简谐运动的三个特征．(1)振动图像是正弦曲线．(2)回复力满足条件F＝－kx.(3)机械能守恒．2.做简谐运动的物体受到的回复力是变力，而不是恒力．3.做简谐运动的物体受到的回复力与位移大小成正比，不是任意的变力．
5.(多选)如右图所示是弹簧振子做简谐运动的振动图像，可以判定(　　)A．t1到t2时间内系统的动能不断增大，势能不断减小B．t2到t3时间内动能先增大再减小C．t3时刻振子处于平衡位置处，动能最大D．t1、t4时刻振子的动能、速度都相同
解析：t1到t2时间内，x减小，弹力做正功，系统的动能不断增大，势能不断减小，A正确；t2到t3时间内，动能先减小后增大，B错误；t3时刻振子位移为零，速度最大，动能最大，C正确；t1和t4时刻振子位移相同，即位于同一位置，其速度等大、反向，但动能相同，D错误．
6.如右图所示，弹簧上面固定一质量为m的小球，小球在竖直方向上做振幅为A的简谐运动，当小球振动到最高点时弹簧正好为原长，则小球在振动过程中(　　)A．小球最大动能应等于mgAB．弹簧的弹性势能和小球动能总和保持不变C．弹簧最大弹性势能等于2mgAD．小球在最低点时的弹力大于2mg