物理选择性必修 第一册1 简谐运动优秀ppt课件

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1. 通过实验观察，认识机械运动，会运用理想化方法构建弹簧振子模型。2. 通过观察、分析和推理，证明弹簧振子的位移——时间图像时正弦曲线， 会用图像描述简谐运动。3. 经历探究简谐运动规律的过程，能分析数据、发现特点、形成结论。
钟摆来回摆动，水中浮标上下浮动，担物行走时扁担下物体的颤动，树梢在微风中的摇摆……在生活中我们会观察到很多类似这样的运动。这些运动的共同点是什么？
1.定义：物体(或物体的一部分)总是在某一位置附近的往复运动，叫机械振动，简称振动。2.特征：第一，有一个“中心位置”，即平衡位置，也是振动物体静止时的位置；第二，运动具有往复性。
1.弹簧振子：弹簧振子是指小球和弹簧所组成的系统，是一种理想化模型。2.振子模型：常见的有水平弹簧振子和竖直弹簧振子。如图所示，图中球与杆之间的摩擦力及空气阻力可以忽略，且弹簧的质量与小球的质量相比可以忽略。
位移随时间的变化规律：A、振动物体的位移x都是相对于平衡位置的位移 如图所示，是振子在A、B位置的位移xA和xB
3.研究弹簧振子的运动：
B、以平衡位置为坐标原点O，沿振动方向建立坐标轴规定在O点右边时位移为正，在左边时位移为负。
4．实际物体看做弹簧振子的四个条件(1)弹簧的质量比小球的质量小得多，可以认为质量集中于振子(小球)；(2)构成弹簧振子的小球体积足够小，可以认为小球是一个质点；(3)忽略弹簧以及小球与水平杆之间的摩擦力；(4)小球从平衡位置被拉开的位移在弹性限度内．
二、弹簧振子的位移—时间图像
图 1 弹簧振子的频闪照片
图 2钢球释放后上下振动
图1的照片是通过频闪照相得到的。使用数码相机或手机的连拍功能也能得到类似的图片。轻质弹簧的下端悬挂一个钢球，上端固定，它们组成了一个振动系统，称为竖直弹簧振子。
用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动。钢球原来静止时的位置就是振子的平衡位置（图2）。用数码相机拍摄钢球的运动。通常每隔0.04 s（这个时间间隔通常可以设定）数码相机就会拍摄一帧照片。拍摄时最好把钢球的位置放在取景框的最左侧。在计算机中建立一个幻灯片的演示文稿，把这些照片插入文稿中的同一张空白幻灯片中，照片会按拍摄时间的先后一帧一帧自动向右平铺开来。把这些照片的上端对齐，便能得到与图1相似的画面。这样就可以在同一个画面上看到钢球在各个不同时刻的位置。
从获得的弹簧振子的 x-t 图像（图 3）可以看出，小球位移与时间的关系似乎可以用正弦函数来表示。是不是这样呢？还需要进行深入的研究。
如何确定弹簧振子中小球的位移与时间的关系是否遵从正弦函数的规律？
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，这样的振动叫作简谐运动。2.特点：①简谐运动是最基本、最简单的振动。②简谐运动的位移随时间按正弦规律变化，所以它不是匀变速运动，是变力作用下的变加速运动。
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点此刻沿x轴正向振动．图乙中b点，下一时刻离平衡位置更近，故b此刻沿x轴负向振动．
(1)图象形状：正(余)弦曲线．(2)物理意义：表示振动质点在不同时刻离开平衡位置的位移，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.
(1)图象形状：正(余)弦曲线．(2)物理意义：表示振动质点在不同时刻离开平衡位置的位移，是位移随时间的变化规律．(3)获取信息
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；t2时刻到下一时刻，质点从负位移处远离平衡位置运动，则速度为负值且减小，位移、加速度增大．
例 关于简谐运动，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.简谐运动是机械运动中最简单、最基本的一种
例 ［多选］下图表示一简谐运动的图像，下列说法正确的是（　　）A. t1时刻振子正通过平衡位置向x轴正方向运动B. t2时刻振子位于负最大位移处C. t3时刻振子速度最大，加速度为零D.该图像是从平衡位置开始计时画出的
解析：D错：从图像中可以看出，初始时刻振子在正最大位移处，因此该图像是从正最大位移处开始计时画出的。A错：t1~t2时间内振子的位移为负，因此t1时刻振子正通过平衡位置向x轴负方向运动。B对：t2时刻振子在负最大位移处。C对：t3时刻振子位移为零，加速度为零，速度最大。
1．简谐运动的位移位移的表示方法：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．
四、 简谐运动的特点
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(也称“一维坐标系”)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：如图所示为一简谐运动的模型，振子在O点速度最大，在A、B两点速度为零．
3．简谐运动的加速度(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：总是指向平衡位置．(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．
4．理解简谐运动的对称性如图所示，物体在A与B间运动，O点为平衡位置，C和D两点关于O点对称，则有：(1)时间的对称tOB＝tBO＝tOA＝tAO，tOD＝tDO＝tOC＝tCO，tDB＝tBD＝tAC＝tCA.
(2)速度的对称①物体连续两次经过同一点(如D点)的速度大小相等，方向相反．②物体经过关于O点对称的两点(如C与D两点)的速度大小相等，方向可能相同，也可能相反．
1.机械振动：物体在平衡位置（中心位置）两侧附近所做往复运动。通常简称 为振动。 平衡位置：振子原来静止时的位置2.弹簧振子理性化模型：不计阻力、弹簧的质量与小球相比可以忽略。3.简谐运动：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象 （x—t图象）是一条正弦曲线 。4.简谐运动的特点（位移、速度、加速度、对称性）
1. 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，下列说法正确的是（　　）A.小球运动的最低点为平衡位置B.弹簧原长时的位置为平衡位置C.小球速度为零的位置为平衡位置D.小球原来静止时的位置为平衡位置
2. 如图甲所示，弹簧振子运动的最左端M（最右端N）到平衡位置的距离为l，规定向右为正方向，其振动图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A.图中x0应为lB. 0~t1时间内振子由M向O运动
3. ［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
解析：A对，B错：从图像可看出，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。C错：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。D对：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。