高中人教版 (2019)1 简谐运动备课ppt课件

这是一份高中人教版 (2019)1 简谐运动备课ppt课件，共28页。PPT课件主要包含了学科素养与目标要求，物理观念，科学思维，科学探究，内容索引，弹簧振子，平衡位置，时间t，简谐运动及其图象，正弦函数等内容，欢迎下载使用。
1.知道什么是弹簧振子，知道振子的平衡位置和位移的概念.2.知道简谐运动的位移—时间图象的物理意义，知道其图象是一条正弦曲线.
会根据简谐运动的位移—时间图象分析振子的位移和速度的变化情况.
通过对比振子和匀速直线运动物体的位移—时间图象，弄清图象的物理意义及应用.
NEIRONGSUOYIN
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1.平衡位置：振子原来 时的位置.2.机械振动：振子在 附近的往复运动，简称振动.3.弹簧振子： 和弹簧构成的系统.
1.用横坐标表示振子运动的 ，纵坐标表示振子离开 位置的位移(x)，描绘出的图象就是 随 变化的图象，即x－t图象，如图1所示.
2.振子的位移：振子相对 位置的位移.
二、弹簧振子的位移—时间图象(x－t 图象)
简谐运动：质点的位移与时间的关系遵从 的规律，即它的振动图象(x－t图象)是一条 曲线.
1.判断下列说法的正误.(1)竖直放于水面上的圆柱形玻璃瓶的上下运动是机械振动.(　　)(2)物体的往复运动都是机械振动.(　　)(3)弹簧振子的位移是从平衡位置指向振子所在位置的有向线段.(　　)(4)简谐运动的图象表示质点振动的轨迹是正弦曲线.(　　)
2.如图2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，振子离开平衡位置的位移是______(选填“OC”“AC”或“CO”)，从A点运动到C点的过程中，位移变____(选填“小”或“大”)，速度变_____(选填“小”或“大”).
如图所示的装置，把小球向右拉开一段距离后释放，可以观察到小球左右运动了一段时间，最终停止运动.
(1)小球的运动具有什么特点？为什么小球最终停止运动？
答案　小球的运动具有往复性.小球因为受到摩擦力的作用最终停止运动.
(2)在横杆上涂上一层润滑油，重复刚才的实验，观察到的结果与第一次实验有何不同？
(3)猜想：如果小球受到的阻力忽略不计，弹簧的质量比小球的质量小得多，也忽略不计，实验结果如何？
答案　小球往复运动的次数增多，运动时间变长.
答案　小球将持续地做往复运动.
1.平衡位置：振子原来静止时的位置.平衡位置不一定是中心位置(如图3所示物体的振动)，物体经过平衡位置时不一定处于平衡状态(如图4所示物体的振动).
2.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.3.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，竖直弹簧振子所受的重力与弹力之和是振子受到的合力.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为零，加速度为零；而在最大位移处所受的合力最大，加速度最大.
例1　(多选)在图5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.
例2　如图6所示为一个水平方向的弹簧振子，小球在MN间做简谐运动，O是平衡位置.关于小球的运动情况，下列描述正确的是 A.小球经过O点时速度为零B.小球经过M点与N点时有相同的加速度C.小球从M点向O点运动过程中，加速度增大，速度增大D.小球从O点向N点运动过程中，加速度增大，速度减小
解析　小球经过O点时速度最大，A错；小球在M点与N点的加速度大小相等，方向相反，B错；小球从M点向O点运动过程中，速度增大，加速度减小，C错；小球从O点向N点运动过程中，速度减小，加速度增大，D对.
[学科素养]　以上两题考查了弹簧振子在振动过程中位移、速度、加速度的变化规律，在位移为零处，即平衡位置，加速度为零，速度最大；在最大位移处，速度为零，加速度最大.通过解题，让物理概念和规律在头脑中得到提炼和升华，体现了“物理观念”与“科学思维”的学科素养.
甲、乙两同学合作模拟弹簧振子的x－t图象：如图所示，取一张白纸，在正中间画一条直线OO′，将白纸平铺在桌面上，甲同学用手使铅笔尖从O点沿垂直于OO′方向振动画线，乙同学沿O′O方向水平向右匀速拖动白纸.
(1)白纸不动时，甲同学画出的轨迹是怎样的？
答案　是一条垂直于OO′的直线.
(2)乙同学向右慢慢匀速拖动白纸时，甲同学画出的轨迹又是怎样的？
答案　轨迹如图所示，类似于正弦曲线.
(3)沿O′O方向与垂直O′O方向分别建立坐标轴，说说两坐标轴可表示什么物理量？图线上点的坐标表示什么？用什么方法判断上述图象是否为正弦曲线？
答案　垂直O′O方向的轴为位置坐标轴x(如果以O′为出发点，也可以说是位移坐标轴)，沿O′O方向的轴为时间轴t.图线上点的坐标表示某时刻铅笔尖的位移(以O′为出发点)或位置.一种方法是用图上坐标点代入正弦函数表达式中进行检验，另一种是用图上多个点的坐标值输入计算机作出这条曲线，看看这条曲线可以用什么函数表示.
1.对x－t图象的理解x－t图象上的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图象不是振子的运动轨迹.
2.图象的应用(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7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.
甲　　　　　　　　　乙图7
(3)速度的大小和方向，根据图象上某点的切线的斜率判断.图象上某点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.
例3　如图8甲所示为一弹簧振子的振动图象，规定向右的方向为正方向，试根据图象分析以下问题：
甲　　　　　　　　 乙图8
(1)如图乙所示，振子振动的起始位置是_____，从起始位置开始，振子向____(填“右”或“左”)运动.
解析　由题图知，在t＝0时，振子在平衡位置，故起始位置为E；从t＝0时，振子向正的最大位移处运动，即向右运动.
(2)在图乙中，找出图甲中的O、A、B、C、D各点对应振动过程中的哪个位置？即O对应____，A对应____，B对应_____，C对应____，D对应_____.
解析　由x－t图象知：O点、B点、D点对应振动过程中的E点，A点在正的最大位移处，对应G点；C点在负的最大位移处，对应F点.
E　 G　 E　 F　 E
甲　　　　　　　　 乙
(3)在t＝2 s时，振子的速度方向与t＝0时振子的速度方向______；1～2 s内振子的速度大小的变化情况是__________.
解析　t＝2 s时，图线切线的斜率为负，即速度方向为负方向；t＝0时，图线切线的斜率为正，即速度方向为正方向，故两时刻速度方向相反，1～2 s内振子的速度逐渐增大.
(4)振子在前4 s内的位移等于_____.
解析　4 s末振子回到平衡位置，故振子在前4 s内的位移为零.