人教版 (2019)选择性必修 第一册1 简谐运动完美版ppt课件

高中物理新教材特点分析及教学策略

（一）趣味性强，激发学生学习兴趣：在新时代教育制度的改革深化下，学生对于物理课程内容的学习兴趣可以带动学生不断地进行探究。

（二）实践性高，高效落实理论学习：在现代化教育课程的背景之下，新课程改革理念越来越融入生活与学习的方方面面，新教材逐步的显现出强大影响力。

（三）灵活性强，助力课程目标达成：随着教育制度体系的改革，通过新时代新教材内容的融入，教师不断地革新教学手段，整合线上以及线下的教育资源内容，可以为物理课堂增添新的活力与生机。

1　简谐运动

[学习目标]　1.了解机械振动的概念，知道弹簧振子是一种理想化模型.2.理解振子的平衡位置的概念，会分析振子位移随时间变化的图像.3.理解简谐运动的概念和特点，知道简谐运动的图像特征.4.会利用简谐运动的图像分析振子的位移和速度的变化情况．

一、弹簧振子

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，简称振动．

2．平衡位置：振动的物体所受合力为0的位置．

3．弹簧振子：由小球和弹簧组成的系统，是一个理想化模型．

二、弹簧振子的位移—时间图像(x－t图像)

1.用横轴表示小球运动的时间(t)，纵轴表示小球离开平衡位置的位移(x)，描绘出的图像就是位移随时间变化的图像，即x－t图像，如图所示．

2．小球的位移：小球相对平衡位置的位移．

3．图像的物理意义：反映了小球位移随时间变化的规律，它不是(选填“是”或“不是”)小球的运动轨迹．

三、简谐运动

1．概念：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．

3．简谐运动的图像

(1)描述振动物体的位移随时间的变化规律．

(2)简谐运动的图像是正弦曲线，从图像上可直接看出不同时刻振动质点的位移大小和方向、速度方向以及速度大小的变化趋势．

1．判断下列说法的正误．

(1)平衡位置即为速度为零的位置．(　  　)

(2)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．(　  　)

(3)乒乓球在地面上的上下运动是一种机械振动．(　  　)

(4)简谐运动就是振子运动轨迹为正弦曲线的运动．(　  　)

(5)简谐运动是一种匀变速直线运动．(　  　)

2.如图所示的弹簧振子，O点为它的平衡位置，当小球从A点运动到C点时，小球离开平衡位置的位移是________(选填“OC”“AC”或“CO”)，从A点直接运动到C点的过程中，小球位移变________(选填“小”或“大”)，速度变______(选填“小”或“大”)．

3．想一想：将简谐运动与我们熟悉的匀速直线运动进行比较，速度的特点有何不同？如何判断一个物体的运动是不是简谐运动？

一、弹簧振子

导学探究

如图所示的装置，把小球向右拉到B点后释放，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？

(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？

(4)小球从A到B过程中的速度和加速度大小分别怎样变化？方向如何？

知识深化

1．振动系统看成弹簧振子的条件

(1)弹簧为轻质弹簧，不计弹簧的质量，可认为质量集中于小球．

(2)不计摩擦阻力和空气阻力．

(3)小球从平衡位置被拉开的距离在弹簧弹性限度内．

2．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，由平衡位置指向小球所在的位置．当小球从平衡位置向最大位移处运动时，位移增大；反之，位移减小．

(2)速度及其变化

小球在平衡位置处速度最大，在最大位移处速度为零．小球由平衡位置向最大位移处运动时，速度减小；反之，速度增大．

(3)涉及加速度变化的图像问题

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)如图所示，弹簧下端悬挂一钢球，上端固定在天花板上，它们组成一个振动的系统．开始时钢球静止，现用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动起来，若以竖直向下为正方向，下列说法正确的是(　　)

A．钢球的最低处为平衡位置

B．钢球原来静止时的位置为平衡位置

C．钢球振动到距原静止位置下方3 cm处时位移为3 cm

D．钢球振动到距原静止位置上方2 cm处时位移为2 cm

例2　如图所示，水平方向上有一弹簧振子，O点是其平衡位置，小球在a和b之间振动，关于小球，下列说法正确的是(　　)

A．在a点时加速度最大，速度最大

B．在O点时速度最大，位移最大

C．在b点时位移最大，速度最小

D．在b点时加速度最大，速度最大

针对训练1　(多选)如图所示，一弹簧振子做简谐运动，下列说法正确的是(　　)

A．若位移为负值，则加速度一定为正值

B．小球通过平衡位置时，速度为零，位移最大

C．小球每次经过平衡位置时，位移相同，速度也一定相同

D．小球每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但位移一定相同

二、简谐运动及其图像

导学探究

如图甲所示，在弹簧振子的小球上固定安置一记录用的铅笔P，在下面放一条白纸带，铅笔可在纸上留下痕迹．

请思考：(1)振子振动时白纸不动，画出的轨迹是怎样的？

(2)振子振动时，匀速拖动白纸时，画出的轨迹又是怎样的？

(3)图乙为弹簧振子振动时位移与时间的图像，试分析t1和t2时刻小球分别位于哪个位置？该图像有什么特点？是否描述的是小球运动的轨迹？

知识深化

1．简谐运动：简谐运动的位移随时间按正弦函数的规律变化，可由此判断物体是否做简谐运动．

2．简谐运动的x－t图像

x－t图像上的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图像不是振子的运动轨迹．

3．由简谐运动的图像获取的信息

(1)某一时刻质点的位移大小和方向

如图所示，质点在t1、t2时刻的位移分别为x1和－x2.

(2)某一时刻质点的运动方向

根据下一时刻质点的位移确定运动方向，如图中的a点，下一时刻质点离平衡位置更远，故a点对应时刻质点向正方向远离平衡位置运动．

(3)质点的速度、位移的变化情况

①根据下一时刻质点的位移，判断是远离还是靠近平衡位置．若远离平衡位置，则速度越来越小，位移越来越大；若靠近平衡位置，则速度越来越大，位移越来越小．

②根据斜率判断速度的大小和方向．斜率越大，则速度越大，斜率越小，则速度越小；斜率为正，则速度沿所选的正方向，斜率为负，则速度沿负方向．

例3　如图甲所示，一弹簧振子在A、B之间做简谐运动，O点为小球静止的位置，其振动图像如图乙所示，规定向右的方向为正方向，试根据图像分析以下问题：

(1)在t＝0时刻，小球所处的位置为________(选填“A点”“O点”或“B点”)，正在向________(选填“左”或“右”)运动．

(2)A、B两点间的距离为________ cm.

(3)在图乙中，小球在t＝1 s、t＝2 s和t＝3 s时所处的位置依次是________、________和________．

(4)在t＝2 s时，小球速度的方向与t＝0时速度的方向________．(选填“相同”或“相反”)

(5)小球在前4 s内的位移等于________ cm，其路程为________ cm.

例4　(多选)(2022·南充市阆中中学高二月考)如图甲所示为以O点为平衡位置、在A、B两点间做简谐运动的弹簧振子，图乙为这个弹簧振子的振动图像，由图可知下列说法中正确的是(　　)

A．在t＝0.2 s时，小球的加速度为正向最大

B．在t＝0.1 s与t＝0.3 s两个时刻，小球在同一位置

C．从t＝0到t＝0.2 s时间内，小球做加速度增大的减速运动

D．在t＝0.6 s时，小球有最小的位移

针对训练2　一个弹簧振子沿x轴做简谐运动，取平衡位置O为坐标原点．从某时刻开始计时，经过四分之一周期，小球具有沿x轴正方向的最大加速度．下列各图中能正确反映小球位移x与时间t关系的是(　　)

考点一　弹簧振子

1．(多选)关于机械振动的位移和平衡位置，以下说法中正确的是(　　)

A．做机械振动的物体必有一个平衡位置

B．机械振动的位移总是以平衡位置为起点的位移

C．机械振动的物体运动的路程越大，发生的位移也越大

D．机械振动的位移是指振动物体偏离平衡位置最远时的位移

2．关于简谐运动，下列说法正确的是(　　)

A．简谐运动一定是水平方向的运动

B．所有的振动都可以看作简谐运动

C．物体做简谐运动时一定可以得到正弦曲线形的轨迹线

D．只要振动图像是正弦曲线，物体一定做简谐运动

3．一质点做简谐运动，下列说法中正确的是(　　)

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．质点通过平衡位置时，速度为零，加速度最大

C．质点每次通过平衡位置时，加速度不一定相同，速度也不一定相同

D．质点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

4．如图所示，一弹簧振子在一条直线上做简谐运动，第一次先后经过M、N两点时速度v(v≠0)相同，那么下列说法正确的是(　　)

A．小球在M、N两点所受弹簧弹力相同

B．小球在M、N两点时的位移相同

C．小球在M、N两点加速度大小相等

D．从M点到N点，小球先做匀加速运动，后做匀减速运动

考点二　简谐运动的图像

5.(多选)如图所示为某物体做简谐运动的图像，下列说法正确的是(　　)

A．由P→Q位移在增大

B．由P→Q速度在增大

C．由M→N速度是先增大后减小

D．由M→N位移始终减小

6.(多选)(2022·广州六中月考)弹簧振子做简谐运动，振动图像如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．t1、t2时刻小球的速度大小相等，方向相反

B．t1、t2时刻小球的位移大小相等，方向相反

C．t2、t3时刻小球的速度大小相等，方向相反

D．t2、t4时刻小球的位移大小相等，方向相反

7.某弹簧振子的振动图像如图所示，将小球从平衡位置拉开4 cm后放开，同时开始计时，则(　　)

A．0.1～0.2 s内，小球正在做加速度减小的加速运动

B．0.1～0.2 s内，小球正在做加速度增大的减速运动

C．0.1～0.2 s内，小球速度方向沿纵轴正方向

D．在0.15 s时小球的位移一定等于－2 cm

8.在水平方向上做简谐运动的质点，其振动图像如图所示．若取向右为正方向，则质点的位移向左且速度向右的时间段是(　　)

A．0到1 s内   B．1 s到2 s内

C．2 s到3 s内   D．3 s到4 s内

9．一个质点做简谐运动，其位移随时间变化的x－t图像如图所示，以位移的正方向为正，该质点的速度随时间变化的v－t图像为(　　)

10．(多选)(2021·南京四校联考)一弹簧振子沿x轴振动，小球运动的最大位移为4 cm，小球的平衡位置位于x轴上O点，如图甲所示，图中的a、b、c、d为四个不同的振动状态：黑点表示小球的位置，黑点上的箭头表示运动的方向．如图乙给出的①②③④四条振动图线，可用于表示小球的振动图像的是(　　)

A．若规定状态a时t＝0，则①可表示小球的振动图像

B．若规定状态b时t＝0，则②可表示小球的振动图像

C．若规定状态c时t＝0，则③可表示小球的振动图像

D．若规定状态d时t＝0，则④可表示小球的振动图像

11．(多选)如图甲所示，在弹簧振子的小球上安装一记录用的铅笔P，在下面放一条白纸带，当小球振动时沿垂直于振动方向匀速拉动纸带，铅笔P就在纸带上画出一条振动曲线．若振动曲线如图乙所示，由图像可知下列说法正确的是(　　)

A．小球偏离平衡位置的最大距离为10 cm

B．1 s末到5 s末小球的路程为40 cm

C．2 s末和4 s末小球的位移相等，运动方向也相同

D．小球2 s完成一次往复运动

12．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：

(1)质点离开平衡位置的最大距离为多大？

(2)在1.5 s和2.5 s两个时刻，质点向哪个方向运动？

(3)质点在第2 s末的位移是多少？在前4 s内的路程是多少？