人教版 (2019)选择性必修 第一册第二章 机械振动1 简谐运动精品课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册第二章 机械振动1 简谐运动精品课件ppt，共32页。PPT课件主要包含了弹簧振子，第一部分，O点为平衡位置，物体原来静止时的位置，理想模型，第二部分，O→M，M→O，O→M´，M´→O等内容，欢迎下载使用。

观察下图几个常见的运动，具有什么共同特点？
特点: 上述物体总是在某一位置附近做往复性的运动。
2.特征：(1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置；(2)运动具有往复性。
1.定义：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。
你能举出生活中，机械振动的其他例子吗？
想一想：如图 ，把一个有小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，此时小球处于O点。把小球拉向右方，然后放开，小球是否会做机械振动？请尝试从理论证明。
（1）小球在回到O点前，小球做什么运动？
提示：小球在回到O点时，小球做加速运动。
再次达到O点时速度达到最大。
（2）小球在回到O点时，小球做受力情况如何？速度如何？
提示：小球回到O点合力为0，此时小球速度达到最大。
（3）小球在回到O点向左运动后将做什么运动？
提示：小球做减速运动。
（4）小球减速至0后，小球会停下来吗？为什么？
提示：小球不会停下来，因为其所受合力不为0
（5）现在，你能说明小球的运动是否属于机械振动了吗？
小球以O点为中心位置，在O点附近做往复运动，故小球的运动属于机械振动。你能用实验证明吗？
1.定义:小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子。
（1）忽略摩擦力等各种阻力；（2）小球看成质点； （3）忽略弹簧质量; （4）弹簧始终在弹性限度内。
拓展思考：弹簧振子的平衡位置一定在弹簧的原长位置吗？
不一定。如图所示，用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动，其振动的平衡位置不在弹簧的原长位置，而是在弹力与重力的合力为零的位置。
要想了解弹簧振子运动的特点，就要知道它的位置随时间变化的关系。怎样才能得到小球位置与时间的关系？
弹簧振子的位移时间图像
1.振子在某时刻的位移：从平衡位置指向振子在该时刻位置的有向线段；若规定振动质点在平衡位置右侧时位移为正，则它在平衡位置左侧时位移为负。
2.振子在某段时间内的位移：由初位置指向末位置的有向线段。
例如：振子在MM′之间振动，O为平衡位置，振子的在某时刻的位移x情况：
x的大小增大，方向始终向右。
x的大小减小，方向始终向右。
x的大小增大，方向始终向左。
x的大小减小，方向始终向左。
振子在某时刻的位移方向总是背离平衡位置．如图所示，振子在AA′之间振动，O为平衡位置，t1时刻振子在M点的位移为xM，t2时刻振子在N点的位移为xN。而振子在Δt＝t2－t1时间内的位移为xMN，方向如右图所示．
3.振子在某时刻的位移与在某段时间内的位移的区别
通常说的振子的位移是指某时刻的位移，即振子相对平衡位置的位移。因此在研究振动时，字母x具有双重含义：它既表示小球的位置(坐标)，又表示振子在某时刻的位移。
弹簧振子的位移—时间图象(x－t图象)
怎样才能得到小球位移与时间的关系？
1.图象的建立：用横坐标表示物体运动的时间t，纵坐标表示振动物体运动过程中相对平衡位置的位移x，建立坐标系，如图．
以小球的平衡位置为坐标原点，规定水平向右为正方向，横轴为时间 t，纵轴为位移 x。在坐标系中标出各时刻小球球心的位移，用曲线将其连接在一起，得到振动图像，如图所示：
因为摄像底片做匀速运动，底片运动的距离与时间成正比。因此，可用底片运动的距离代表时间轴，振子的频闪照片反映了不同时刻振子离开平衡位置的位移，也就是位移随时间变化的规律。
方法三：用传感器和计算机描绘图像
这些图中画出的小球运动的x—t图象很像正弦曲线，是不是这样呢？如何验证？
方法一：正弦函数代入法
(1)假定所得曲线是正弦曲线，测量它的振幅和周期，写出对应的正弦函数表达式；
(2)在图中选小球若干个位置，用刻度尺在图中测量纵坐标，将每个位移对应的振动时间代入表达式求出函数值，比较这一函数值与测量值，看是否相等，若可视为相等，则这条曲线就是正弦曲线。
方法二：计算机函数图像耦合法
在图中，测量小球在各个位置的横坐标和纵坐标。把测量值输入计算机中，作出这条曲线，看一看小球的位移—时间关系是否可以用正弦函数表示。
结论：弹簧振子沿一直线做往复运动，其轨迹为一直线，而它的振动图像却是正弦曲线。
1.定义：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。简谐运动是最基本的振动。
2.图象意义:表示一个振子不同时刻所在的位置或者一个振子位移随时间的变化规律。
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此刻向上振动。
我们能从简谐运动图像上获取哪些信息？
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，如图乙中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。
弹簧振子的位移--时间图像
1. (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答案:BC解析:振子的平衡位置为振子原来静止时的位置,故A项错误,B项正确;振动中的位移为从平衡位置指向某时刻振子所在位置的有向线段,竖直向下为正方向,可知C项正确,D项错误。
2. (多选)在图中,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.振子的位移变大答案:AB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。
3.(多选)如图甲所示,一弹簧振子在A、B间振动,取向右为正方向,振子经过O点时开始计时,其振动的x-t图像如图乙所示。则下列说法正确的是(　　)A.t2时刻振子在A点B.t2时刻振子在B点C.在t1~t2时间内,振子的位移在增大D.在t3~t4时间内,振子的位移在减小答案:AC解析:振子在A点和B点时的位移最大,由于取向右为正方向,所以振子运动到A点是正向最大位移,运动到B点是负向最大位移,则t2时刻,振子在A点,t4时刻,振子在B点,故A项正确,B项错误;振子的位移是以平衡位置为起点,所以在t1~t2和t3~t4时间内振子的位移都在增大,故C项正确,D项错误。
4. (多选)弹簧振子做简谐运动,振动图像如图所示,则下列说法正确的是(　)A.t1、t2时刻振子的速度大小相等,方向相反B.t1、t2时刻振子的位移大小相等,方向相反C.t2、t3时刻振子的速度大小相等,方向相反D.t2、t4时刻振子的位移大小相等,方向相反答案:AD解析:从图像可以看出,t1、t2时刻振子位于同一位置,位移大小相等,方向相同,速度大小相等,方向相反,A正确,B错误;t2、t3时刻振子位移大小相等,方向相反,速度大小相等,方向相同,C错误;t2、t4时刻振子分别位于平衡位置两侧且对称,位移大小相等,方向相反,D正确。
6.(多选)弹簧振子做简谐运动,振动图像如图所示,则下列说法正确的是(　)A.t1、t2时刻振子的速度大小相等,方向相反B.t1、t2时刻振子的位移大小相等,方向相反C.t2、t3时刻振子的速度大小相等,方向相反D.t2、t4时刻振子的位移大小相等,方向相反答案:AD解析:从图像可以看出,t1、t2时刻振子位于同一位置,位移大小相等,方向相同,速度大小相等,方向相反,A正确,B错误;t2、t3时刻振子位移大小相等,方向相反,速度大小相等,方向相同,C错误;t2、t4时刻振子分别位于平衡位置两侧且对称,位移大小相等,方向相反,D正确。