人教版 (2019)选择性必修 第一册1 简谐运动备课ppt课件

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册1 简谐运动备课ppt课件，共34页。PPT课件主要包含了内容索引，课前篇自主预习，课堂篇探究学习，学习目标，思维导图，情境探究，答案B，答案BCD等内容，欢迎下载使用。
1.认识弹簧振子(物理观念)2.通过观察和分析,理解简谐运动的位移—时间图像是一条正弦曲线(科学思维)3.体验对简谐运动运动学特征的探究过程,加深领悟用图像描绘运动的方法(科学探究)
[自主阅读]一、弹簧振子及其位移—时间图像1.机械振动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。2.平衡位置振动物体所受合力为0的位置。
3.弹簧振子(或振子)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。小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子。4.弹簧振子的位移—时间图像小球相对平衡位置的位移随时间变化的图像。
二、简谐运动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。2.特点简谐运动是最基本的振动。弹簧振子的运动就是简谐运动。
[自我检测]1.正误判断(1)简谐运动就是指弹簧振子的运动。(　　)解析 只要运动的x-t图像满足正弦曲线,该运动即为简谐运动。答案 ×(2)简谐运动是机械振动中最简单、最基本的一种运动。(　　)答案 √
(3)只要有弹簧、物体,就可以组成弹簧振子。(　　)解析 弹簧振子是一种理想模型,它要求物体与水平杆之间的摩擦忽略不计,弹簧的质量比物体的质量小得多,也可以忽略不计。答案 ×(4)振动的物体可以做直线运动,也可以做曲线运动。(　　)答案 √(5)振动物体的位移都是以平衡位置为初位置的。(　　)答案 √
2.(多选)下列说法正确的是(　　)A.机械振动就是简谐运动B.只有振动图像是正弦曲线的机械振动才是简谐运动C.简谐运动是匀速运动D.弹簧振子、质点和点电荷都是理想化模型答案 BD
3.(多选)如图所示的弹簧振子,O点为它的平衡位置,当振子从A点运动到C点时,下列说法正确的是(　　)A.位移大小为OCB.位移方向向右C.位移大小为ACD.位移方向向左解析 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,选项A、B正确。答案 AB
竖直方向上的弹簧振子的振动有什么规律?要点提示 竖直方向上的弹簧振子和水平方向上的类似,也总是在某一位置附近做往复性的运动。
[知识归纳]1.对弹簧振子的理解(1)弹簧振子是一个理想化模型,跟前面学习的质点、点电荷等一样,是为研究问题而抓住主要因素、忽略次要因素的一种科学的处理方法。(2)平衡位置①振子静止时的位置,在平衡位置时,物体受到的合力为零。②在平衡位置时,弹簧不一定处于原长。
(3)实际物体看作弹簧振子的四个条件①弹簧的质量比物体的质量小得多,可以认为整体质量集中于物体上;②构成弹簧振子的物体体积足够小,可以认为物体是一个质点;③忽略弹簧以及物体与水平杆之间的摩擦力;④物体从平衡位置被拉开的位移在弹簧弹性限度内。
2.对简谐运动的理解(1)简谐运动的位移①振动位移可用从平衡位置指向振子所在位置的有向线段表示,方向为从平衡位置指向振子所在位置,大小为平衡位置到该位置的距离。②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:振子在平衡位置速度最大,在两最大位移处速度为零。(3)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:与弹簧弹力方向相同,总是指向平衡位置,始终和位移方向相反。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。要点笔记 简谐运动中的位移、速度和加速度是彼此独立的物理量,在同一位置,物体的位移和加速度的方向是一定的,而速度的方向却有两种可能。
[典例剖析]例题1(多选)弹簧上端固定在O点,下端连接一小球,组成一个振动系统,如图所示,用手向下拉一小段距离后释放小球,小球便上下振动起来,关于小球的平衡位置,下列说法正确的是(　　)A.在小球运动的最低点B.在弹簧处于原长时的位置C.在小球速度最大时的位置D.在小球原来静止时的位置解析 平衡位置是振动系统不振动时,小球(振子)处于平衡状态时所处的位置,可知此时小球所受的重力大小与弹簧的弹力大小相等,即mg=kx,当小球处于平衡位置时,其加速度为零,速度最大,选项C、D正确,A、B错误。答案 CD
变式训练1如图所示为一鱼漂的示意图。当鱼漂静止时,水位恰好在O点。用手将鱼漂往下按,使水位到达M点。松手后,鱼漂会上下运动,水位在M、N之间来回移动。鱼漂的运动可看成是简谐运动。下列说法正确的是(　　)A.水位到达N点时,鱼漂的速度最大B.水位在O点时,鱼漂的速度最大C.水位到达M点时,鱼漂具有向下的加速度D.鱼漂由上往下运动时,速度越来越大
解析 O点是平衡位置,所以水位在O点时鱼漂的速度最大,A错误,B正确;水位到达M点时,鱼漂具有向上的加速度,C错误;鱼漂由上往下运动时,可能加速也可能减速,D错误。答案 B
[情境探究]如图所示,在弹簧振子的小球上固定安置一记录用的绘图笔P,在下面放一条白纸带,绘图笔可在纸带上留下痕迹。(1)振子振动时白纸带不动,画出的轨迹是怎样的?(2)振子振动时,匀速拖动白纸带,画出的轨迹又是怎样的?要点提示 (1)一条线段。(2)一条正弦曲线。
[知识归纳]1.形状:正弦曲线。2.物理意义:表示振动的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.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。(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。要点笔记 弹簧振子的轨迹是一条线段,振动图像是正弦曲线。
[典例剖析]例题2(2021新疆实验中学高二期末)如图所示为一质点的简谐运动图像。由图可知,下列说法正确的是(　　)A.质点的运动轨迹为正弦曲线B.t=0时,质点正通过平衡位置向正方向运动C.t=0.25 s时,质点的速度方向与位移的正方向相反D.质点运动过程中,两端点间的距离为0.1 m
解析 质点做简谐振动时,运动轨迹是一条直线,离开平衡位置的位移与时间的图像是正弦曲线(余弦曲线),A错误;由题图可知,t=0时,质点正通过正向最大位移处向负方向运动,B错误;由题图可知,t=0.25 s时,质点的速度方向与位移的正方向相同,C错误;质点运动过程中,两端点间的距离为d=0.05 m+0.05 m=0.1 m,D正确。答案 D
规律方法 分析简谐运动图像问题的三点提醒(1)简谐运动的位移—时间图像反映的是质点偏离平衡位置的位移随时间变化的规律,简谐运动的图像并不是质点的运动轨迹,运动轨迹的长度也不是正弦或余弦图线拉开后的长度。(2)在x-t图像上,质点在某时刻的位移,即为此时刻对应的纵坐标。(3)质点在某段时间内的路程,需结合振动质点的实际运动轨迹进行计算。
变式训练2如图所示,一个劲度系数为k的轻弹簧下端固定在挡板上,上端与物块A连接在一起,物块B紧挨着物块A静止在斜面上。某时刻将B迅速移开,A将在斜面上做简谐运动,已知物块A、B的质量分别为mA、mB,若取沿斜面向上为正方向,移开B的时刻为计时起点,则A的振动位移随时间变化的图像是(　　)
1.(多选)下列图像能够表示简谐运动图像的是(　　)
2.如图所示,弹簧振子在a、b两点间做简谐运动,在振子从平衡位置O向a运动的过程中(　　)A.加速度和速度均不断减小B.加速度和速度均不断增大C.加速度不断增大,速度不断减小D.加速度不断减小,速度不断增大解析 在振子从平衡位置O向a运动的过程中,弹簧的弹力逐渐增大,根据牛顿第二定律知,加速度逐渐增大,加速度的方向与速度的方向相反,振子做减速运动,则振子速度减小,选项C正确,A、B、D错误。答案 C
3.一简谐运动的图像如图所示,在0.1~0.15 s这段时间内(　　)A.加速度增大,速度变小,加速度和速度方向相同B.加速度增大,速度变小,加速度和速度方向相反C.加速度减小,速度变大,加速度和速度方向相同D.加速度减小,速度变大,加速度和速度方向相反解析 由题图可知,在0.1~0.15 s这段时间内,位移为负且增大,表明物体远离平衡位置运动,则加速度增大,速度减小,加速度与速度方向相反,故选项B正确。答案 B
4.一个弹簧振子经过平衡位置O,在A、B间做简谐运动,如图甲所示,它的运动图像如图乙所示。设向右为正方向,则:(1)OB=　　　　 cm。 (2)0.2 s末振子的速度方向是　　　　。 (3)0.4 s末振子的加速度方向是　　　　。 (4)0.7 s时,振子位置在　　　　点与　　　　点之间。 (5)振子从O经B运动到A所需时间t=　　　　 s。 
解析 (1)从题图上看出OB=5 cm。(2)根据正方向的规定及振动图像知,振子从位置B开始计时,0.2 s末,振子回到平衡位置O,向负方向运动,所以此时速度方向从O指向A。(3)0.4 s末振子到达A点,位移为负,弹力应为正,此时加速度方向由A指向O。(4)0.7 s时,位移为正,振子在O点与B点之间。(5)从图像上读出振子从O经B到A需时间t=0.2×3 s=0.6 s。答案 (1)5　(2)O →A　(3)A→O　(4)O　B　(5)0.6