人教版（2019）物理选修一第二章第1节 简谐运动 (2)教学课件PPT

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册简谐运动教学课件ppt，共46页。PPT课件主要包含了弹簧振子，课时对点练等内容，欢迎下载使用。
1.了解机械振动的概念，知道弹簧振子是一种理想化模型，理解弹簧振子的平衡位置(重点)。2.理解简谐运动的概念和特点，知道简谐运动的图像特征(重点)。3.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(重难点)。
二、弹簧振子的位移—时间图像　简谐运动
如图所示的装置，A、B两点关于O点对称，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？
答案　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)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？
答案　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，可忽略不计，实验结果如何？
答案　小球将持续地在A、B间做往复运动。
1.机械振动：物体或物体的一部分在一个位置附近的 运动，简称振动。2.平衡位置：振动的物体在振动方向上所受合力为 的位置。3.弹簧振子(1)由 和 组成的系统，有时也简称为振子，是一个理想化模型。(2)小球与弹簧组成的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。
　(多选) 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，用手竖直向下拉一小段距离后释放小球，小球便上下振动起来，关于小球的平衡位置，下列说法正确的是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
弹簧振子的位移—时间图像　简谐运动
如图所示，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？
答案　轨迹是一条平行于振子运动方向的直线。
(2)振子振动时匀速拖动白纸，画出的轨迹又是怎样的？
答案　轨迹是一条正弦曲线。
1.振子的位移：以小球的 为坐标原点，指向小球所在位置，即振动小球的位置坐标反映了小球相对于 位置的位移。
2.振动图像(x－t图像)(1)x－t图像：用横轴表示小球运动的 ，纵轴表示小球离开 位置的位移x，描绘出小球在平衡位置附近 时的位移随时间变化的x－t图像，即为振动图像，如图所示。
(2)图像的物理意义：反映了振子位移随时间变化的规律，它 (选填“是”或“不是”)振子的运动轨迹。3.简谐运动：如果物体的位移与时间的关系遵从 的规律，即它的振动图像(x－t图像)是一条 ，这样的振动是一种简谐运动。
　(多选)如图所示是用频闪照相的方法获得的弹簧振子的位移—时间图像，下列有关该图像的说法正确的是A.该图像的坐标原点建立在小球的平衡位置B.从图像可以看出小球在振动过程中是沿t轴 方向移动的C.为了显示小球在不同时刻偏离平衡位置的位移，让底片沿垂直x轴方向 匀速运动D.图像中小球的疏密显示出相同时间内小球位置变化快慢不同
　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。
(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。
(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_______。(均选填“A点”“O点”或“B点”)
(2)A、B两点间的距离为____ cm。
　0～1 s内，1～2 s内，2～3 s内，小球的位移和速度各如何变化？(从大小和方向两方面描述)
答案　0～1 s内，位移为正，在增大；速度沿正方向减小。1～2 s内，位移为正，在减小；速度沿负方向增大。2～3 s内，位移为负，在增大；速度沿负方向减小。
由振动图像(x－t图像)获取的信息1.位移及变化(1)确定某一时刻的位移如图所示，质点在t1、t2时刻的位移分别为x1和－x2。(2)质点位移的变化情况：靠近平衡位置的过程中，位移减小，平衡位置处最小(为零)；远离平衡位置的过程中，位移增大，最远点位移最大。
2.速度及变化(1)运动方向的确定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。(2)质点速度大小的变化情况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x－t图像的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。
　如图所示，一个弹簧振子在A、B间做简谐运动，O是平衡位置，把向右的方向选为正方向，以某时刻作为计时零点(t＝0)，此时振子正向负方向运动，加速度为零。那么以下四个振动图像中能正确反映振动情况的是
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
做机械振动的物体必有一个平衡位置，振动的位移是以平衡位置为起点指向振动物体所在位置的有向线段，振动的位移随时间而变，振子偏离平衡位置最远时，振动物体的位移最大，A、B正确，C、D错误。
2.如图所示，一弹簧振子在一条直线上做简谐运动，小球第一次先后经过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
M、N两点关于O点对称，弹簧弹力、位移和加速度大小相等、方向相反，故A、B选项错误，C选项正确；小球由M→O速度越来越大，但加速度越来越小，小球做加速运动，但不是匀加速运动，小球由O→N速度越来越小，但加速度越来越大，小球做减速运动，但不是匀减速运动，故D选项错误。
3.如图所示，一弹簧振子做简谐运动，关于弹簧振子的速度和位移，下列说法正确的是A.速度方向总与位移方向相反B.速度方向总与位移方向相同C.振子每次经过平衡位置时，位移相同，速度也一定相同D.振子每次经过同一位置时，其速度不一定相同，但位移一定相同
做简谐运动的弹簧振子，速度方向与位移方向存在两种可能，因为位移的方向总是背离平衡位置，所以当振子靠近平衡位置时，二者方向相反，远离平衡位置时，二者方向相同，故A、B错误；振子每次经过平衡位置时，速度大小相等，方向不一定相同，但位移相同，故C错误；振子每次经过同一位置时，位移相同，速度大小相等，但速度方向可能相同，也可能不同，故D正确。
考点二　简谐运动的图像4.如图所示是某振子做简谐运动的图像，以下说法正确的是A.因为振动图像可由实验直接得到，所以图像就是　振子实际运动的轨迹B.振动图像反映的是振子位移随时间变化的规律，　并不是振子运动的实际轨迹C.振子在B位置的位移就是曲线BC的长度D.振子运动到B点时的速度方向即该点的切线方向
振动图像表示振子位移随时间的变化规律，并不是振子实际运动轨迹，B正确，A错误；振子在B位置的位移等于B点的纵坐标，不是曲线BC的长度，C错误；B点切线的方向不表示振子运动到B点时的速度方向，D错误。
5.如图所示，滑块在M、N之间做简谐运动。以平衡位置O为原点，建立Ox轴，向右为x轴正方向。若滑块位于N点时开始计时，则其振动图像为
向右为x轴正方向，滑块运动到N点时，具有正方向最大位移，所以滑块位于N点时开始计时，振动图像应是余弦曲线，如图所示，故选A。
6.(多选) 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
从题图可以看出，t1、t2时刻小球位于同一位置，位移大小相等，方向相同，速度大小相等，方向相反，A正确，B错误；t2、t3时刻小球速度大小相等，方向相同，C错误；t2、t4时刻小球分别位于平衡位置两侧且对称，位移大小相等，方向相反，D正确。
7.(多选)如图甲所示为以O点为平衡位置，在A、B两点间运动的弹簧振子，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，振子的速度为正向最大B.在t＝0.1 s与t＝0.3 s两个时刻，振子　在同一位置C.从t＝0.2 s到t＝0.4 s时间内，振子的　速度增大D.在t＝0.6 s时，振子有最小的位移
在t＝0.2 s时，振子的位移为正向最大，此时瞬时速度为零，故A错误；
在t＝0.1 s与t＝0.3 s两个时刻，振子的位移相同，说明振子在同一位置，故B正确；从t＝0.2 s到t＝0.4 s时间内，振子从最大位移向平衡位置运动，速度增大，故C正确；在t＝0.6 s时，振子的位移为负向最大，故D错误。
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
由于规定向右为正方向，则位移向左表示位移为负，这段时间应为　2 s到4 s内，又要求速度向右，因此速度方向应为正，则满足这两个条件的时间段为3 s到4 s内，选项D正确。
9.(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 cmB.1 s末到5 s末小球通过的路程为40 cmC.2 s末和4 s末小球的位移相等，运动方向也相同D.1 s末和3 s末弹簧的长度相同
由题图乙可知小球偏离平衡位置的最大距离为10 cm，故A正确；1 s末到5 s末小球通过的路程是40 cm，故B正确；2 s末和4 s末小球位移均为0，位移相同，2 s末小球向x轴负方向运动，4 s末小球向x轴正方向运动，运动方向相反，故C错误；1 s末和3 s末弹簧的长度不同，D错误。
10.(多选)(2023·南京市四校联考)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
若规定小球在状态a时t＝0，此时的位移为3 cm，且向规定的正方向运动，故选项A正确；若规定小球在状态b时t＝0，此时的位移为2 cm，且向规定的负方向运动，故选项B错误；
若规定小球在状态c时t＝0，此时的位移为－2 cm，且向规定的负方向运动，故选项C错误；
若规定小球在状态d时t＝0，此时的位移为－4 cm，速度为零，且向规定的正方向运动，故选项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：(1)质点离开平衡位置的最大距离为______；
质点离开平衡位置的最大距离就是|x|的最大值，为10 cm。
(2)在t＝1.5 s时，质点向_____方向运动；在t＝2.5 s时，质点向____方向运动。(均选填“正”或“负”)
从1.5 s到2 s这段时间内，质点的位移为正值，位移减小，因此质点向负方向运动；从2.5 s到3 s这段时间内，质点的位移为负值，且位移增大，因此质点向负方向运动。
(3)1～2 s内质点速度_______；2～3 s内质点速度______。(均选填“增大”或“减小”)
1～2 s内质点靠近平衡位置，速度增大；2～3 s内质点远离平衡位置，速度减小。