物理选择性必修 第一册第1节 简谐运动图片ppt课件

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1.弹簧振子(1)弹簧振子是一种理想模型。(2)弹簧振子的组成:如图所示,弹簧一端固定,另一端连接一个可视为质点的物体,不计弹簧质 量,物体置于光滑水平面上。 (3)弹簧振子的回复力:回复力由物体所受弹簧弹力提供,为F=-kx。其中k等于弹簧劲度系数,x 是物体相对平衡位置的位移,负号表示力与位移的方向相反。
2.简谐运动(1)定义:物体所受回复力的大小与位移大小成正比,方向总是与位移方向相反的运动称为简 谐运动。(2)简谐运动的运动学特征:a=- x。(3)弹簧振子能量特征:只有弹簧弹力做功,系统的动能和弹性势能相互转换,机械能守恒。易错警示    (1)振动物体在平衡位置所受合力不一定为零,而是沿简谐运动方向的合力为零, 且物体在平衡位置时速度最大。(2)简谐运动的位移和一般运动的位移有很大区别,一般运动的位移都是由初位置指向末位 置,而简谐运动的位移都是由平衡位置指向振动物体所在位置。
1.机械振动是匀变速直线运动。 (　    )2.在F=-kx中,负号表示回复力总是小于零。(　    )3.弹簧振子的加速度方向一定与位移方向相同。 (　    )
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。
弹簧振子的加速度方向与回复力方向相同,与振动物体位移方向相反。
机械振动的回复力大小随位移变化,是非匀变速运动。
负号表示回复力方向与振动物体位移方向相反。
1.简谐运动三个物理量的特点(1)位移: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,则某一时刻物体的 位移用该时刻物体所在位置的坐标来表示。(2)速度:速度是描述物体在平衡位置附近运动快慢的物理量。在所建立的坐标轴(也称为 “一维坐标系”)上,速度的正负表示物体运动方向与坐标轴的正方向相同或相反。平衡位 置是振动过程中速度最大的位置。(3)加速度:做简谐运动的物体的加速度a= ,由于物体相对平衡位置的位移x不断变化,所以简谐运动是变加速运动。物体在通过平衡位置处时,加速度的大小为零,方向改变。
2.简谐运动的回复力的表达式F=-kx(1)k是比例系数,但不一定是弹簧的劲度系数(水平弹簧振子中的k为弹簧的劲度系数),其值由 振动系统决定,与振幅无关。(2)“-”表示回复力的方向与振动物体偏离平衡位置的位移方向相反。(3)x是指振动物体偏离平衡位置的位移,其大小不一定等于弹簧的伸长量或压缩量。(4)表达式反映出了回复力F与位移x之间的关系:位移越大,回复力越大,位移增大为原来的几 倍,回复力也增大为原来的几倍。
典例 (多选)如图所示,物体A与滑块B一起在光滑水平面上做简谐运动【1】,A、B之间无相对滑 动【2】,已知轻质弹簧的劲度系数为k,A、B的质量分别为m和M,最大静摩擦力等于滑动摩擦 力,重力加速度为g。下列说法正确的是 (　    ) A.物体A的回复力是由滑块B对物体A的摩擦力提供的B.滑块B的回复力是由弹簧的弹力提供的C.将物体A与滑块B看成一个整体,其回复力大小跟位移大小之比为kD.若A、B之间的动摩擦因数为μ,则A、B间无相对滑动的最大振幅【3】为  
未学提示    振幅为振动物体离开平衡位置的最大距离。
信息提取    【1】回复力满足F=-kx。【2】物体A与滑块B具有相同的加速度。【3】在最大位移处,二者有最大加速度,A所受摩擦力达到最大静摩擦力。
思路点拨    对物体受力分析,其中指向平衡位置方向的合力提供回复力【4】;借助公式F=-kx分 析回复力跟位移的关系;当A、B间恰好无相对滑动时,它们之间的静摩擦力达到最大,根据牛 顿第二定律【5】分析最大振幅。
解析    物体A做简谐运动时,在水平方向只受滑块B对它的摩擦力,故物体A的回复力是由滑 块B对其的摩擦力提供的(由【4】得到),A正确;滑块B做简谐运动的回复力是弹簧的弹力和A 对B的摩擦力的合力提供的(由【4】得到),B错误;将物体A与滑块B看成一个整体,则其回复 力大小跟位移大小之比为 =k(由【1】得到),故C正确;A、B间无相对滑动的情况下,设系统的最大振幅为L,以A和B整体为研究对象有kL=(M+m)a,以A为研究对象有μmg=ma(由【3】、 【5】得到),联立解得L= ,D正确。
1.简谐运动中各量变化规律总结　　当物体做简谐运动时,它偏离平衡位置的位移x、回复力F、回复力产生的加速度a、速 度v、动能Ek、系统的势能Ep及振动总能量E遵循一定的变化规律,如表:
由上表可知:(1)简谐运动的回复力与位移、加速度、势能的大小变化同步,与速度、动能的大小变化相 反,回复力增大时,位移、加速度、势能都增大,速度、动能减小。靠近平衡位置的过程中振 动物体的速度、动能变大,回复力、位移、加速度、势能减小;远离平衡位置的过程中振动 物体的速度、动能变小,回复力、位移、加速度、势能变大。(2)平衡位置是回复力、位移、加速度三者方向变化的转折点;最大位移处是速度方向变化 的转折点。说明    简谐运动过程中系统的动能和势能相互转化,总的能量守恒。