鲁科版 (2019)选择性必修 第一册简谐运动评课ppt课件

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第1节　简谐运动第2章 机械振动1.知道机械振动及平衡位置的概念。2.知道弹簧振子是理想化物理模型，理解弹簧振子位移的定义。3.知道简谐运动的定义，能判断什么样的运动是简谐运动。学习目标目 录CONTENTS知识点1知识点二　简谐运动及其特征知识点一　机械振动知识点一　机械振动 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？提示　都是以某个位置为中心来回往复运动。1.机械振动与平衡位置物体(或物体的某一部分)在__________附近的往复运动称为机械振动，简称振动，这个位置称为__________。某一位置平衡位置2.回复力(1)定义：总是指向__________的力。(2)作用效果：回复力是产生振动的条件，它使物体总是在____________振动。(3)来源：回复力可由振动的物体受到的某一个力来提供，也可由振动物体受到的几个力的合力来提供。平衡位置平衡位置附近【思考】1.弹簧振子的平衡位置一定在弹簧处于原长的位置吗？提示　平衡位置是振子在振动方向上合力为0的位置，即回复力为0的位置。弹簧振子有多种表现形式，对于不同的弹簧振子，在平衡位置处，弹簧不一定处于原长，但运动方向上的合力一定为0，速度一定最大。2.如图所示的甲、乙、丙三个图中，弹簧振子的平衡位置在哪里？提示　图甲中，弹簧原长时小球的位置为平衡位置。D例1 下列日常生活常见的情形中，不属于机械振动的是(　　)解析　物体做机械振动时存在某一平衡位置，且物体在这一位置两侧往复运动。水中浮标上下浮动、秋千的摆动、拨动后的琴弦均符合这一要求，表针做圆周运动，它并不是在某一位置两侧往复运动，故不属于机械振动，选项D符合题意。C例2 如图所示，弹簧下端悬挂一钢球，上端固定，它们组成一个振动系统，用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便振动起来，下列说法正确的是(　　)A.钢球运动的最低处为平衡位置B.钢球运动的最高处为平衡位置C.钢球速度为零处为平衡位置D.钢球原来静止时的位置为平衡位置解析　弹簧振子有水平弹簧振子，也有竖直弹簧振子，题中所述为竖直弹簧振子。不管哪一种弹簧振子，其平衡位置均为振子原来静止时所处的位置。在振动过程中，平衡位置应为振子速度最大的位置，故D正确。对平衡位置的理解(1)弹簧振子的平衡位置是振子不振动时，小球静止的位置，即弹簧振子在振动方向上合力为零的位置。(2)弹簧振子的平衡位置是振动过程中，小球的速度最大的位置。知识点二　简谐运动及其特征 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？(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？提示　(1)小球的运动具有往复性。小球因为受到阻力的作用最终停止运动。(2)小球往复运动的次数增多，运动时间变长。(3)小球将持续地做往复运动。1.弹簧振子(1)模型：弹簧振子是一种理想模型。弹簧一端固定，另一端连接一个可视为______的物体，不计______质量，物体置于______水平面上，这样构成的__________称为弹簧振子。质点弹簧光滑振动系统(2)振子的位移：振子相对__________的位移。平衡位置2.简谐运动(1)定义：像弹簧振子这样，物体所受回复力的大小与位移大小成______，方向总是与位移方向______的运动称为简谐运动。(2)特征①回复力F＝________。正比相反－kxa.简谐运动是一种变加速度的往复运动。b.简谐运动的加速度大小与位移大小成正比，方向与位移方向始终相反。③振动能量：在振动过程中系统的动能和弹性势能相互转换，________守恒。机械能【思考】 (鲁科版教材P37“物理聊吧”改编)根据水平弹簧振子图，思考各个物理量的变化关系，并填空。向左向右增大增大向右向左增大增大向右向左增大增大向左向右减小减小减小减小增大增大例3 如图所示，弹簧振子在B、C两点间做无摩擦的往复运动，O是振子的平衡位置，细杆水平。则振子(　　)A.从B向O运动过程中动能一直变小B.从O向C运动过程中加速度一直变小C.从B经过O向C运动过程中速度一直变大D.从C经过O向B运动过程中弹性势能先减小后增大D解析　因O点是平衡位置，则从B向O运动过程中速度一直变大，动能一直变大，A错误；从O向C运动过程中，离开平衡位置的位移变大，回复力变大则加速度变大，B错误；在平衡位置O时速度最大，则从B经过O向C运动过程中速度先变大后减小，C错误；在O点时弹性势能为零，则从C经过O向B运动过程中弹性势能先减小后增大，D正确。1.判断简谐运动中各个物理量变化情况(1)位移、回复力、加速度三者大小同步变化，与速度的变化相反。(2)两个转折点：①平衡位置O点是位移方向、加速度方向和回复力方向变化的转折点；②最大位移处的A点和A′点是速度方向变化的转折点。(3)两个过程：①向平衡位置O靠近的过程(A→O及A′→O)速度、动能变大；②远离O点时位移、加速度、回复力和势能变大。　　2.判断思路例4 (鲁科版教材P38“拓展一步”改编)如图所示，劲度系数为k的弹簧上端固定在天花板上的A点，下端挂一质量为m的物块，物块静止后，再向下拉长弹簧，然后放手，弹簧上下振动，试说明物块做简谐运动。解析　设平衡位置为O点，竖直向下为正方向，物块静止时弹簧的形变量为x0，则有kx0＝mg。当物块向下偏离平衡位置的位移为x时，弹簧弹力F弹＝k(x＋x0)，而回复力F＝mg－F弹，故F＝mg－k(x＋x0)＝－kx，所以物块做简谐运动。答案　见解析判断物体的振动是否为简谐运动的方法(1)找出振动的平衡位置。(2)让质点沿振动方向偏离平衡位置的位移为x。(3)对物体进行受力分析。(4)规定正方向，求出指向平衡位置的合力，判断是否符合F＝－kx的关系。训练 (鲁科版教材P39节练习6改编)钓鱼可以修身养性、陶冶情操，有助于提高人们的生活乐趣，而鱼漂是钓具里面必不可少的。某鱼漂的示意图如图所示O、M、N为鱼漂上的三个点。当鱼漂静止时，水面恰好过点O。某鱼咬钩后将鱼漂向下拉了一下，使点M到达水面，但鱼随后脱钩，鱼漂便上下运动，上升到最高处时，点N到达水面。假设水面静止，鱼漂在M、N间的横截面积不变，不考虑阻力的影响，下列说法正确的是(　　)A.鱼漂的上下运动不一定是简谐运动B.点N过水面时，鱼漂有向下方向的最大加速度C.点M到达水面时，鱼漂具有向上的最大位移D.鱼漂由下往上运动时，速度越来越大B解析　鱼漂在O位置时，受到重力等于浮力，合力为0，处于平衡，当鱼漂位移为x时，受到的合外力为F合＝ρgSx＝(ρgS)x＝kx，所以，鱼漂的上下运动是简谐运动，A错误；鱼漂运动是简谐运动，点N过水面时，合力向下指向平衡位置，有向下方向的最大加速度，B正确；点M到达水面时，鱼漂具有向下的最大位移，C错误；鱼漂由下往上运动时，速度先增大再减小，D错误。随堂对点自测2BCD1.(机械振动)(多选)下列运动中属于机械振动的是(　 　)A.乒乓球在地面上的上下运动B.弹簧振子在竖直方向的上下运动C.秋千在空中来回运动D.位于水面上的圆柱形玻璃瓶上下振动解析　机械振动是物体在平衡位置两侧做往复运动，乒乓球的上下运动不是在平衡位置两侧的往复运动，故A错误，B、C、D正确。A2.(简谐运动的特征)(2024·北京东城区期末)弹簧振子做简谐运动。在某段时间内其加速度越来越大，则这段时间内(　　)A.振子的速度越来越小B.振子正在做匀加速运动C.振子正在向平衡位置运动D.振子的速度方向与加速度方向相同BC3.(平衡位置和位移)(多选)如图所示，弹簧下端悬挂一钢球，上端固定，它们组成一个振动系统。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 cmD.钢球振动到距原静止位置上方2 cm处时位移为2 cm解析　钢球的平衡位置为钢球原来静止时的位置，故A错误，B正确；钢球的位移为从平衡位置指向某时刻钢球所在位置的有向线段，竖直向下为正方向，故C正确，D错误。课后巩固训练3AD题组一　机械振动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.简谐运动是最基本的一种机械振动解析　弹簧振子的运动是简谐运动，但简谐运动并不都是弹簧振子的运动，A正确，B错误；匀速直线运动是最简单的机械运动，而简谐运动是最基本的一种机械振动，其运动的加速度时刻变化，故C错误，D正确。基础对点练C2.对简谐运动的回复力公式F＝－kx的理解，正确的是(　　)A.k只表示弹簧的劲度系数B.式中的负号表示回复力总是负值C.位移x是相对平衡位置的位移D.回复力只随位移变化，不随时间变化解析　k是回复力大小与位移大小的比值，不一定表示弹簧的劲度系数，A项错误；式中的负号表示回复力方向总是与位移方向相反，B项错误；式中位移x是相对平衡位置的位移，C项正确；简谐运动物体位移随时间变化，回复力既随位移变化，也随时间变化，D项错误。D3.(鲁科版教材P39节练习5改编)做简谐运动的物体，回复力和位移的关系图可能是下图所给四个图像中的(　　)解析　回复力和位移的关系式F＝－kx，图像为正比例函数，且F与x方向相反，选项D正确。D题组二　简谐运动及其特征4.简谐运动属于(　　)A.匀变速直线运动 B.匀速直线运动C.匀变速曲线运动 D.变加速运动B5.做简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，可能不同的物理量是(　　)A. 位移 B.速度 C.加速度 D.回复力解析　简谐运动中加速度的大小和回复力的大小成正比，方向始终相同，并且它们的大小都与位移大小成正比，方向与位移方向始终相反。而位移的大小和方向是由位置决定的，不同时刻，只要物体所处的位置相同，位移就相同，则加速度和回复力就相同。速度的大小与位置有关，但方向取决于运动方向，所以物体在不同时刻经过同一位置时，速度大小相等，方向不一定相同，故B正确。D6.(2024·黑龙江双鸭山市高二统考期中)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，则加速度一定为负值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，但位移一定相同解析　小球受的力指向平衡位置，小球的位移为负值时，受到的力为正值，小球的加速度为正值，A错误；当小球通过平衡位置时，位移为零，速度最大，B错误；小球每次通过平衡位置时，速度大小相等，方向不一定相同，但位移相同，C错误；小球每次通过同一位置时，位移相同，速度大小相等，但速度方向不一定相同，D正确。D7.(2024·吉林白山市六校联盟统考期末)如图所示，光滑水平面上的弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点间做简谐运动，取向左为正方向，则振子从O点运动到B点的过程中(　　)A.位移不断减小B.加速度不断减小C.位移方向与加速度方向始终相同D.速度减小，弹性势能增大解析　振子从O→B运动的过程是远离平衡位置，位移增大，回复力增大，加速度增大，位移方向与加速度方向相反，速度减小，弹性势能增大，故D正确。C8.一弹簧振子在一条直线上做简谐运动，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.振子在M、N两点受回复力相同B.振子在M、N两点相对平衡位置的位移相同C.振子在M、N两点加速度大小相等D.从M点到N点，振子先做匀加速运动，后做匀减速运动AD9.(多选)如图所示，弹簧振子在光滑水平杆上的A、B之间做往复运动，下列说法正确的是(　　)A.弹簧振子运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力的作用B.弹簧振子运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力的作用C.小球由A向O运动过程中，回复力逐渐增大D.小球由O向B运动过程中，回复力的方向指向平衡位置解析　弹簧振子运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力，回复力是根据效果命名的力，它是由物体受到的具体的力所提供的，在此情景中弹簧的弹力充当回复力，故A正确，B错误；回复力大小与位移的大小成正比，由A向O运动过程中位移在减小，故此过程回复力逐渐减小，故C错误；回复力总是指向平衡位置，故D正确。ACBC11.(多选)关于弹簧振子做简谐运动过程中的位移、加速度和速度的关系，下列说法错误的是(　　)A.当位移减小时，加速度减小，速度增大B.位移方向总跟加速度方向、速度方向相反C.物体向平衡位置运动时，速度方向跟位移方向相同D.当物体的速度增大时，加速度一定减小解析　当位移减小时，加速度也减小，物体向平衡位置运动，故速度增大，A正确；位移方向总跟加速度方向相反，物体经过同一位置，位移方向总是由平衡位置指向物体所在位置，而速度方向可能与位移方向相同，也可能与位移方向相反，B错误；物体向平衡位置运动时，速度方向跟位移方向相反，C错误；物体的速度增大时，运动方向指向平衡位置，位移逐渐减小，所以加速度一定减小，D正确。培优加强练12.(2024·山东日照一中检测)如图所示，一轻质弹簧上端系于天花板上，一端挂一质量为m的小球，弹簧的劲度系数为k，将小球从弹簧原长处由静止放手，小球在竖直方向做简谐运动，重力加速度为g，则(1)小球从放手运动到最低点，下降的高度为多少？(2)小球运动到最低点时的加速度大小为多少？解析　(1)放手后小球到达平衡位置时，弹簧伸长了x1，则mg＝kx1由简谐运动的对称性可知，小球从平衡位置到最低点，弹簧的伸长量x2＝x1