高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册简谐运动及其图像教案配套ppt课件

这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册简谐运动及其图像教案配套ppt课件，共60页。
情境导学 海洋生态自动监测浮标可用于监测水质和气象等参数，随着水的波动，浮标也在某个位置附近做往复的上下运动，标志航道浅滩或危及航行安全的障碍物.
1 定义 物体（或物体的某一部分）在某一位置（平衡位置）两侧所做的往复运动，叫作机械振动，通常简称为振动． 【说明】机械振动是机械运动的一种．
深度理解对平衡位置的理解 1.平衡位置是物体在振动方向上所受合力为零的位置.每当物体离开平衡位置后，它就受到一个指向平衡位置的力，该力产生使物体回到平衡位置的效果. 2.平衡位置的判断方法：振动系统不振动时，物体处于平衡状态所在的位置为平衡位置.
例1-1 （多选）下列运动属于机械振动的是( )
A.拨动后的琴弦B.水塘里的芦苇在微风作用后左右摆动C.五星红旗迎风飘扬D.钓鱼时浮标在水中上下浮动
【解析】机械振动是指物体在平衡位置附近所做的往复运动，显然选项C中涉及的物体的运动不符合这一定义，故C错误，A、B、D正确.
点评 往返运动不一定是机械振动，判断物体的运动是否是机械振动，要看两个方面：（1）是否有平衡位置；（2）是否做往复运动.
（1）定义 如图2-1-1所示，将弹簧上端固定，下端连接一个小球，小球可在竖直方向上运动．弹簧的质量比小球的质量小得多，可以忽略不计，若不计空气阻力，这样的系统称为弹簧振子，（弹簧振子是一个理想化模型，它是研究一般性振动的基础.）其中小球称为振子．
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（2）弹簧振子的理想化条件
2 简谐运动 （1）定义 如果质点的位移与时间的关系图像严格遵从正弦函数的规律，即它的振动图像（位移—时间图像）是一条正弦曲线，这样的运动叫作简谐运动．（【说明】简谐运动是最简单、最基本的振动，任何复杂的振动都可以看作几个或很多个简谐运动的叠加．）做简谐运动的振子称为谐振子． （2）运动性质 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，是变力作用下的变速运动.
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深度理解对弹簧振子位移的理解 1.振动位移：从平衡位置指向小球某时刻所在位置的有向线段，方向为由平衡位置指向小球所在位置，大小为平衡位置到该位置的距离. 2.矢量性：振动位移是矢量，若规定小球在平衡位置右侧时位移为正，则它在平衡位置左侧时就为负. 3.两种位移的区别：机械运动中的位移是从初位置到末位置的有向线段，而弹簧振子的位移总是相对于平衡位置而言的，都是从平衡位置指向小球所在位置.
教材拓展如何确定小球的位移—时间图像是正弦曲线 1.假定小球的位移—时间图像是正弦曲线，测量它的振幅和周期，写出对应的正弦函数的表达式.然后在图像上选取若干个位置，测量它们的横坐标（振动时间），代入表达式求出函数值，若这一函数值和测量值相等，则这条曲线就是正弦曲线. 2.测量小球在各个位置的横坐标和纵坐标，将测量值输入到计算机中，得到一条曲线，利用相关软件判断小球的位移—时间关系是否可以用正弦函数表示.
A.在小球运动的最低点B.在弹簧处于原长的位置C.在小球速度最大的位置D.在小球原来静止的位置
点评 平衡位置的判断方法：振动系统不振动、小球处于平衡状态时所处的位置为平衡位置.此题中小球速度最大时的位置和小球原来静止时的位置为同一位置.
请完成这个实验，并解释：横坐标代表什么物理量？纵坐标代表什么物理量？为什么必须匀速拖动白纸？
提示 横坐标代表时间；纵坐标代表笔尖离开平衡位置的位移；匀速拖动白纸，是为了用相等的距离表示相等的时间.
A. B. C. D.
知识点3 描述简谐运动的物理量
（2）一次全振动的特征 ①振动物体的位移和速度都恢复原值； ②振动物体通过的路程为振幅的四倍.
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辨析比较振幅、位移和路程的关系
特别提醒 1.频率（周期）由振动系统决定，与振幅无关，因此又称固有频率（周期）. 2.频率（周期）不是用来描述振动物体在某时刻运动的快慢，而是用来描述物体振动的快慢.
深度理解对相位的理解 把两个相同的弹簧振子并排放在一起，并且都从平衡位置拉开相同的距离，一个先释放，另一个稍晚一点释放，可以看到两个弹簧振子都做简谐运动，它们的振幅及周期（频率）都相同，所不同的只是相位，也就是振动步调——一个超前而另一个落后.
【解析】
【解析】
知识点4 简谐运动的表达式
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知识点5 做简谐运动的质点的位移、速度、加速度
1 位移 从平衡位置指向质点所在位置的有向线段. （1）大小：平衡位置到质点所在位置的距离.
总结提升简谐运动的位移与速度、加速度的关系 1.速度与位移的关系：简谐运动中位移增大，速度减小；位移减小，速度增大，速度与位移的方向不一定相同. 2.加速度与位移的关系：简谐运动中加速度跟位移同步变化，但方向总是相反的. 【说明】质点通过同一位置时，其位移和加速度的方向是一定的，但速度方向有两种可能：指向平衡位置或背离平衡位置.
简谐运动的位移随时间是按正弦规律变化的，那么做简谐运动的质点的速度、加速度在运动过程中具有什么特征？
提示 质点的速度大小变化，方向也变化.质点由平衡位置向两侧运动时速度变小，方向背离平衡位置，反之，速度变大，方向指向平衡位置，平衡位置处速度最大.质点的加速度大小变化，方向也变化.质点由平衡位置向两侧运动时加速度变大，方向指向平衡位置，反之，加速度变小，方向仍然指向平衡位置，平衡位置处加速度为0.
知识点6 简谐运动的振动图像的应用
1 图像含义 简谐运动的振动图像描述的是做简谐运动的质点的位移随时间的变化规律，即质点在各个时刻偏离平衡位置的位移．（【避易错】振动图像不是质点的运动轨迹！）
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2 图线上某点切线的斜率 在如图2-1-13所示的简谐运动振动图像中，图线上某点切线的斜率表示对应时刻质点的速度的大小和方向.
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（1）当切线的斜率为正值时，速度方向与选定的正方向相同，且斜率越大表明此时质点的速度越大. （2）当切线的斜率为负值时，速度方向与选定的正方向相反，且斜率的绝对值越大表明此时质点的速度越大.
3 从振动图像判断振动情况 （1）判断任意时刻质点的振动方向
（2）判断任意时刻质点的速度、加速度、位移变化
可知A正确，B、C、D错误.
题型1 简谐运动中的位移、振幅和路程的关系
思路点拨 求解本题的关键是明确简谐运动的振幅、周期的含义，知道一个周期内质点的路程等于振幅的4倍、半个周期内质点的路程等于振幅的2倍．
题型2 根据振动图像分析振动情况
易混易错对简谐运动的位移理解不透彻
振动图像中纵轴表示振动物体相对平衡位置的位移.
平衡位置处位移为零,是位移的起点,以后振动物体到达某位置，位移的方向就由平衡位置指向该位置.
振动图像问题的判断方法1.从振动图像获取必要信息.2.把振动图像和物体的振动情境结合起来，分析出物体的运动情况.3.注意若规定的正方向和计时起点不同，则振动物体的振动图像是不同的.4.要明确简谐运动中振动物体的位移是由平衡位置指向振动物体所在的位置，平衡位置处振动物体的位移为零.
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题型3 根据振动情况判断振动图像
根据质点振动情况判断振动图像的基本思路
4.新学习探索情境装有砂粒的试管竖直静浮于水面，如图2-1-21所示.将试管竖直提起少许，然后由静止释放并开始计时，在一定时间内试管在竖直方向近似做简谐运动.若取竖直向上为正方向，则以下描述试管振动的图像中,可能正确的是( )
A. B. C. D.
题型4 简谐运动函数表达式的应用
例13 ［人教版教材习题改编］（2025·山东临沂期中）如图2-1-22所示为一弹簧振子甲的振动图像，试完成以下问题：
［第1步：根据图像确定振幅、周期、角频率］
［第1步：根据题给条件确定振幅、周期、角频率及初相］
［第4步：根据位移表达式及初始时刻的位移画图］乙运动的位移—时间图像如图2-1-23中图线Ⅱ所示.
巧画图像破疑难
题型5 简谐运动的周期性及多解性问题
建构导图明思路
2.简谐运动的对称性可分为空间对称性和时间对称性.（1）空间对称性：经过平衡位置两侧的对称点时，加速度的大小相等，方向相反；速度的大小相等，方向可能相同，可能相反；动能相同.（2）时间对称性：不论是从对称点回到平衡位置，还是从平衡位置运动到对称点，所用时间相等．3.处理简谐运动周期性问题的思路：先根据周期明确做简谐运动的物体的具体位置，再根据简谐运动的对称性确定具体关系.
考向1 考查振动图像的理解和应用
本题以质量相等的小球和光源小振幅运动时，观测小球影子的运动为素材，创设简谐运动规律的学习探究问题情境，对考生的逻辑推理与论证能力有一定的要求，体现了高考对科学思维的考查.
考向2 考查简谐运动的多解问题
本题以水平方向的简谐运动创设问题情境，考查振幅、位移、周期等相关量，且涉及多解问题，对考生的推理能力、分析综合能力和应用数学处理物理问题的能力要求较高.
信息提取析题意
考向3 考查简谐运动的函数表达式
本题情境新颖，要求考生对简谐运动的表达式有深刻的理解，并能运用数学思维分析处理物理问题，既体现了对重要物理研究方法的考查，也体现了高考对核心素养的要求.
习题课丨学业质量测评
A.速度一直变小B.振幅一直变小C.加速度一直变小D.为半次全振动
2.如图所示是某振子做简谐运动的振动图像，以下说法正确的是( )
（1）如图甲所示的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】由题图甲可知，起始位置位移为0，下一时刻位移为正，而位移是指由平衡位置指向振子所在位置的有向线段，故起始位置应在平衡位置，从起始位置开始，振子向右运动.
11.新生活实际 如图甲所示为儿童玩具弹簧木马.某同学坐上弹簧木马后，由同伴配合启动.若只进行上下运动，忽略能量损失，木马和该同学组成的整体的运动可看作简谐运动，此简谐运动的振动图像如图乙.下列判断正确的是( )
12.根据如图所示的振动图像，回答下列问题.