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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 简谐运动图片ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 简谐运动图片ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了理想化模型，正弦曲线，弹簧振子的特点，探究点一弹簧振子，ACD，BCD，答案0等内容，欢迎下载使用。
要点一 弹簧振子小球和弹簧所组成的系统称为弹簧振子，有时也简称为振子。弹簧振子是一个_____________①。
要点二 简谐运动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______________________②是一条___________③，这样的振动是一种简谐运动。
（1） 若图中的小球是木头做的，或小球和杆之间的摩擦不能忽略，这个系统可称为弹簧振子吗？系统能看成弹簧振子需要满足什么条件？
提示 不能看作弹簧振子。系统看成弹簧振子需要满足两个条件：①小球运动过程中不受阻力；②小球质量远大于弹簧质量。
（2） 弹簧振子是一种理想化模型，以前我们还学过哪些理想化模型？
提示 点电荷、质点等。
③ 有同学说，既然弹簧振子的振动图像是一条正弦曲线，那么振子的运动轨迹也应是正弦曲线，结合水平方向的弹簧振子想一下，这种说法对吗？为什么？
提示 不对，因为振动图像不是运动轨迹。例如，水平方向的弹簧振子振动时，振子的运动轨迹是一条直线。
② 振动图像的坐标系是如何建立的？
提示 以小球的平衡位置为坐标原点，沿着它的振动方向建立坐标轴。横坐标表示振子振动的时间，纵坐标表示振子相对平衡位置的位移。
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。
2.弹簧振子的平衡也置，不一定在弹簧的原长位置。
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？
[提示] 小球的运动具有往复性。小球因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？
[提示] 小球往复运动的次数增多，运动时间变长。
（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？
[提示] 小球将持续地做往复运动。
1.弹簧振子的运动是最典型的机械振动振动特征：①有一个“中心位置”，即平衡位置；②运动具有往复性。如图所示。
2.弹簧振子是一种理想化模型（1）弹簧振子是小球和弹簧组成的系统的名称，但有时也把这样的小球称为弹簧振子或振子。（2）理想化的弹簧振子：一根没有质量的弹簧一端固定，另一端连接一个质点。（3）弹簧振子理想化条件：忽略弹簧质量、忽略小球的大小和形状、忽略摩擦及其他阻力。
3.平衡位置振子不振动时，保持静止状态的位置；振子振动时，速度最大的位置。平衡位置不一定是中心位置（如图甲所示物体的振动），物体经过平衡位置时不一定处于平衡状态（如图乙所示物体的振动）。
4.弹簧振子的振动分析（1）当振子从平衡位置向最大位移处移动时，位移在增大，速度在减小；当振子向平衡位置移动时，位移减小，速度增大，平衡位置处位移为零，速度最大；最大位移处速度为零。（2）从合力的变化分析加速度的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的矢量和是振子受到的合力。不管是水平弹簧振子还是竖直弹簧振子，在平衡位置所受的合力为零，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 小球和弹簧作如下连接，下列说法正确的是( )
A. 只有甲可以被看成弹簧振子B. 甲、乙都可以看成弹簧振子，丙、丁不可以C. 甲在任何情况下都可以看成弹簧振子D. 在一定条件下甲、乙、丙、丁都可以看成弹簧振子
解题感悟弹簧振子有多种形式，对于不同形式的弹簧振子，在平衡位置处，弹簧不一定处于原长（如竖直放置的弹簧振子），但运动方向上的合外力一定为零。
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
探究点二 简谐运动及其图像
（1） 白纸不动时，甲同学画出的轨迹是怎样的？
（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？
[提示] 轨迹如图所示，类似于正弦曲线。
例 一弹簧振子做简谐运动，有以下几种说法，其中正确的是( )A. 若位移为负值，则速度一定为正值，加速度也一定为正值B. 振子每次经过平衡位置时，加速度相同，速度也一定相同C. 振子每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同D. 振子在平衡位置两侧对称的位置上，其速度、位移都反向
[解析] 加速度的方向与位移方向相反，位移方向为负时，加速度方向一定为正，但速度方向为振子运动方向，与位移方向无关，可正可负，A错误；振子每次经过平衡位置时，加速度为零且速度大小相等，但方向不一定相同，B错误；振子每次通过同一位置时，位移相同，故加速度相同，速度大小相等，但方向不一定相同，C正确；同理在平衡位置两侧对称的位置上，位移方向相反，速度方向可能相同，也可能相反，D错误。
易错提醒（1）在机械振动中，位移是相对平衡位置而言的，规定平衡位置为位移的起始点。（2）要注意结合运动学的知识分析简谐运动，矢量相同不仅仅是大小相等，方向也应该相同。
1. 关于简谐运动的位移、加速度和速度的关系，下列说法正确的是( )A. 位移减小时，加速度减小，速度也减小B. 位移方向总是与加速度方向相反，与速度方向相同C. 物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向与位移方向相反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同D. 物体向负方向运动时，加速度方向与速度方向相同；向正方向运动时，加速度方向与速度方向相反
[解析] 位移减小时，质点靠近平衡位置，加速度减小，速度增大，故A错误；位移方向总跟加速度方向相反，质点经过同一位置时，位移方向总是由平衡位置指向质点所在位置，而速度方向可能与位移方向相同，也可能与位移方向相反；加速度方向可能与速度方向相同或相反，故B、D错误；物体运动方向指向平衡位置时，位移方向由平衡位置指向物体所在位置，所以速度方向跟位移方向相反；背离平衡位置运动时，速度方向跟位移方向相同，故C正确。
1. 关于简谐运动，下列说法正确的是( )A. 位移的方向总是指向平衡位置B. 速度方向可能与位移方向相同，也可能与位移方向相反C. 位移方向总是与速度方向相反D. 速度方向与位移方向相同
[解析] 简谐运动的位移的初始位置是平衡位置，所以简谐运动中位移的方向总是背离平衡位置，A错误；位移方向与速度方向可能相同，也可能相反，B正确，C、D错误。
2. （多选）做简谐运动的物体在某段时间内速度越来越大，则这段时间内( )A. 物体的位移越来越大B. 物体正向平衡位置运动C. 物体的速度方向与位移方向相同D. 物体的速度方向与位移方向相反
[解析] 做简谐运动的物体在某段时间内速度越来越大，说明它正向平衡位置运动，故位移越来越小，A错误，B正确；位移方向是从平衡位置指向物体所在的位置，故物体的速度方向与位移方向相反，C错误，D正确。
3. （多选）如图所示为获取弹簧振子的位移-时间图像的一种方法，小球的运动轨迹是往复运动的一段线段，而简谐运动的图像是正弦（或余弦）曲线。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（或余弦）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，描出的是振子在平衡位置两侧往复运动的轨迹，是一段线段，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，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。
4. （多选）如图所示是表示一质点做简谐运动的图像，下列说法正确的是( )
（2）特别提醒振动图像描述的是振动质点的位移随时间的变化关系，而非质点运动的轨迹。比如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。
3. （多选）如图所示为某质点做简谐运动的图像，则下列说法正确的是( )
1. （多选）下列说法中正确的是( )A. 弹簧振子的运动是简谐运动B. 简谐运动就是指弹簧振子的运动C. 简谐运动是匀变速运动D. 简谐运动是机械振动中最简单、最基本的一种
[解析] 弹簧振子的运动是一种简谐运动，而简谐运动是机械振动中最简单、最基本的运动，是变加速运动，故A、D正确。
A. 位移方向向左，速度方向向左B. 位移方向向左，速度方向向右C. 位移不断增大，速度不断减小D. 位移不断减小，速度不断增大
3. （多选）一质点做简谐运动，其位移-时间图像如图所示，由图像可知( )
7. 某弹簧振子的振动图像如图所示。根据图像判断，下列说法正确的是( )
[解析] 将水杯沿竖直方向提起少许，由静止释放并开始计时，则水杯一开始的速度大小为0，由于取竖直向上为正方向，所以开始一段时间内速度为负值，且绝对值由零开始逐渐增大，故A、B错误；水杯由静止开始释放的位置就是其简谐运动的最高点，所以0时刻水杯的位移为正向最大，随后逐渐减小，故C错误，D正确。
11. 如图所示是某质点做简谐运动的振动图像，根据图像中的信息，回答下列问题：
（2） 质点振动过程中的最大位移为多少？
[答案] 若位移的正方向规定与原来相反，则各个时刻位移大小不变，但方向相反，其振动图像如图乙。
（2） 若位移的正方向规定与原来相反，试画出其振动图像；
要点一 弹簧振子小球和弹簧所组成的系统称为弹簧振子，有时也简称为振子。弹簧振子是一个_____________①。
要点二 简谐运动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______________________②是一条___________③，这样的振动是一种简谐运动。
（1） 若图中的小球是木头做的，或小球和杆之间的摩擦不能忽略，这个系统可称为弹簧振子吗？系统能看成弹簧振子需要满足什么条件？
提示 不能看作弹簧振子。系统看成弹簧振子需要满足两个条件：①小球运动过程中不受阻力；②小球质量远大于弹簧质量。
（2） 弹簧振子是一种理想化模型，以前我们还学过哪些理想化模型？
提示 点电荷、质点等。
③ 有同学说，既然弹簧振子的振动图像是一条正弦曲线，那么振子的运动轨迹也应是正弦曲线，结合水平方向的弹簧振子想一下，这种说法对吗？为什么？
提示 不对，因为振动图像不是运动轨迹。例如，水平方向的弹簧振子振动时，振子的运动轨迹是一条直线。
② 振动图像的坐标系是如何建立的？
提示 以小球的平衡位置为坐标原点，沿着它的振动方向建立坐标轴。横坐标表示振子振动的时间，纵坐标表示振子相对平衡位置的位移。
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。
2.弹簧振子的平衡也置，不一定在弹簧的原长位置。
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？
[提示] 小球的运动具有往复性。小球因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？
[提示] 小球往复运动的次数增多，运动时间变长。
（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？
[提示] 小球将持续地做往复运动。
1.弹簧振子的运动是最典型的机械振动振动特征：①有一个“中心位置”，即平衡位置；②运动具有往复性。如图所示。
2.弹簧振子是一种理想化模型（1）弹簧振子是小球和弹簧组成的系统的名称，但有时也把这样的小球称为弹簧振子或振子。（2）理想化的弹簧振子：一根没有质量的弹簧一端固定，另一端连接一个质点。（3）弹簧振子理想化条件：忽略弹簧质量、忽略小球的大小和形状、忽略摩擦及其他阻力。
3.平衡位置振子不振动时，保持静止状态的位置；振子振动时，速度最大的位置。平衡位置不一定是中心位置（如图甲所示物体的振动），物体经过平衡位置时不一定处于平衡状态（如图乙所示物体的振动）。
4.弹簧振子的振动分析（1）当振子从平衡位置向最大位移处移动时，位移在增大，速度在减小；当振子向平衡位置移动时，位移减小，速度增大，平衡位置处位移为零，速度最大；最大位移处速度为零。（2）从合力的变化分析加速度的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的矢量和是振子受到的合力。不管是水平弹簧振子还是竖直弹簧振子，在平衡位置所受的合力为零，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 小球和弹簧作如下连接，下列说法正确的是( )
A. 只有甲可以被看成弹簧振子B. 甲、乙都可以看成弹簧振子，丙、丁不可以C. 甲在任何情况下都可以看成弹簧振子D. 在一定条件下甲、乙、丙、丁都可以看成弹簧振子
解题感悟弹簧振子有多种形式，对于不同形式的弹簧振子，在平衡位置处，弹簧不一定处于原长（如竖直放置的弹簧振子），但运动方向上的合外力一定为零。
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
探究点二 简谐运动及其图像
（1） 白纸不动时，甲同学画出的轨迹是怎样的？
（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？
[提示] 轨迹如图所示，类似于正弦曲线。
例 一弹簧振子做简谐运动，有以下几种说法，其中正确的是( )A. 若位移为负值，则速度一定为正值，加速度也一定为正值B. 振子每次经过平衡位置时，加速度相同，速度也一定相同C. 振子每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同D. 振子在平衡位置两侧对称的位置上，其速度、位移都反向
[解析] 加速度的方向与位移方向相反，位移方向为负时，加速度方向一定为正，但速度方向为振子运动方向，与位移方向无关，可正可负，A错误；振子每次经过平衡位置时，加速度为零且速度大小相等，但方向不一定相同，B错误；振子每次通过同一位置时，位移相同，故加速度相同，速度大小相等，但方向不一定相同，C正确；同理在平衡位置两侧对称的位置上，位移方向相反，速度方向可能相同，也可能相反，D错误。
易错提醒（1）在机械振动中，位移是相对平衡位置而言的，规定平衡位置为位移的起始点。（2）要注意结合运动学的知识分析简谐运动，矢量相同不仅仅是大小相等，方向也应该相同。
1. 关于简谐运动的位移、加速度和速度的关系，下列说法正确的是( )A. 位移减小时，加速度减小，速度也减小B. 位移方向总是与加速度方向相反，与速度方向相同C. 物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向与位移方向相反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同D. 物体向负方向运动时，加速度方向与速度方向相同；向正方向运动时，加速度方向与速度方向相反
[解析] 位移减小时，质点靠近平衡位置，加速度减小，速度增大，故A错误；位移方向总跟加速度方向相反，质点经过同一位置时，位移方向总是由平衡位置指向质点所在位置，而速度方向可能与位移方向相同，也可能与位移方向相反；加速度方向可能与速度方向相同或相反，故B、D错误；物体运动方向指向平衡位置时，位移方向由平衡位置指向物体所在位置，所以速度方向跟位移方向相反；背离平衡位置运动时，速度方向跟位移方向相同，故C正确。
1. 关于简谐运动，下列说法正确的是( )A. 位移的方向总是指向平衡位置B. 速度方向可能与位移方向相同，也可能与位移方向相反C. 位移方向总是与速度方向相反D. 速度方向与位移方向相同
[解析] 简谐运动的位移的初始位置是平衡位置，所以简谐运动中位移的方向总是背离平衡位置，A错误；位移方向与速度方向可能相同，也可能相反，B正确，C、D错误。
2. （多选）做简谐运动的物体在某段时间内速度越来越大，则这段时间内( )A. 物体的位移越来越大B. 物体正向平衡位置运动C. 物体的速度方向与位移方向相同D. 物体的速度方向与位移方向相反
[解析] 做简谐运动的物体在某段时间内速度越来越大，说明它正向平衡位置运动，故位移越来越小，A错误，B正确；位移方向是从平衡位置指向物体所在的位置，故物体的速度方向与位移方向相反，C错误，D正确。
3. （多选）如图所示为获取弹簧振子的位移-时间图像的一种方法，小球的运动轨迹是往复运动的一段线段，而简谐运动的图像是正弦（或余弦）曲线。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（或余弦）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，描出的是振子在平衡位置两侧往复运动的轨迹，是一段线段，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，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。
4. （多选）如图所示是表示一质点做简谐运动的图像，下列说法正确的是( )
（2）特别提醒振动图像描述的是振动质点的位移随时间的变化关系，而非质点运动的轨迹。比如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。
3. （多选）如图所示为某质点做简谐运动的图像，则下列说法正确的是( )
1. （多选）下列说法中正确的是( )A. 弹簧振子的运动是简谐运动B. 简谐运动就是指弹簧振子的运动C. 简谐运动是匀变速运动D. 简谐运动是机械振动中最简单、最基本的一种
[解析] 弹簧振子的运动是一种简谐运动，而简谐运动是机械振动中最简单、最基本的运动，是变加速运动，故A、D正确。
A. 位移方向向左，速度方向向左B. 位移方向向左，速度方向向右C. 位移不断增大，速度不断减小D. 位移不断减小，速度不断增大
3. （多选）一质点做简谐运动，其位移-时间图像如图所示，由图像可知( )
7. 某弹簧振子的振动图像如图所示。根据图像判断，下列说法正确的是( )
[解析] 将水杯沿竖直方向提起少许，由静止释放并开始计时，则水杯一开始的速度大小为0，由于取竖直向上为正方向，所以开始一段时间内速度为负值，且绝对值由零开始逐渐增大，故A、B错误；水杯由静止开始释放的位置就是其简谐运动的最高点，所以0时刻水杯的位移为正向最大，随后逐渐减小，故C错误，D正确。
11. 如图所示是某质点做简谐运动的振动图像，根据图像中的信息，回答下列问题：
（2） 质点振动过程中的最大位移为多少？
[答案] 若位移的正方向规定与原来相反，则各个时刻位移大小不变，但方向相反，其振动图像如图乙。
（2） 若位移的正方向规定与原来相反，试画出其振动图像；
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