人教版 (2019)选择性必修 第一册1 简谐运动课堂教学课件ppt

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思考：这些运动是否存在共同点？
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。这些运动的共同点又是什么？
观察可发现：在这些运动过程中，物体总是在某一位置附近做往复性运动
我们把物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动称为：机械运动简称振动。
机械振动的特征：①：有一个“中心位置”，即平衡位置，也是振动物体静止时的位置；②：运动具有往复性。
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。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
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。
1．建立坐标系以小球的平衡位置为坐标原点，沿着它的振动方向建立坐标轴。规定小球在平衡位置右边时它对平衡位置的位移为正，在左边时为负(以弹簧振子为例)。2．位移—时间图像横坐标表示振子振动的时间，纵坐标表示振子相对平衡位置的位移。3．物理意义反映了振子的位移随时间的变化规律。
弹簧振子的位移—时间图像
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，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）验证法：假定是正弦曲线，可用刻度尺测量它的振幅和周期，写出对应的表达式，然后在曲线中选小球的若干个位置，用刻度尺在图中测量它们的纵坐标(位移)，将每一个测量位移所对应的横坐标 (时间)代入正弦函数表达式求出函数值，比较函数值与测量值，如果相等，则这条曲线就是一条正弦曲线。（2）拟合法：测量小球在各个位置的横坐标和纵坐标，把测量值输入计算机中，作出这条曲线，然后按照计算机提示用一个周期性函数拟合这条曲线，看一看弹簧振子的x-t的关系是否可以用正弦函数表示。
(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。
简谐运动的图像(1)形状：正(余)弦曲线，如图所示。(2)物理意义：表示振动的质点在不同时刻偏离平衡位置的位移，是位移随时间的变化规律。(3)获取信息：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。
（1）位移：从平衡位置指向振子所在位置的有向线段；（2）速度：位移最大时速度为0，位移为0时速度最大；（3）加速度：方向始终指向平衡位置，大小与位移成正比。
位移：图像位于 t 轴上方位移为正。
速度：图像斜率正负反映速度方向。
加速度：位移为正时加速度为负。
(1)在 0.5 s 时刻，质点的位置在哪里？(2)在 1.5 s 时刻，质点向哪个方向运动？(3)在 2.5 s 时刻，质点加速度向哪个方向？(4)在哪些时间内位移跟速度方向相同？
质点位移为正，x=7.07cm
斜率为负，向负方向运动
指向平衡位置，加速度向正方向
0~1s和2~3s内速位移和速度同向
例1. （多选）下列运动属于机械振动的是（　　）A．说话时声带的运动B．体育课上同学进行百米赛跑C．弹簧振子在竖直方向的上下运动D．竖立于水面上的圆柱形玻璃瓶的上下运动
例2. （多选）如图，弹簧下端悬挂一钢球，上端固定，它们组成一个振动的系统．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3cm处时位移为3cmD．钢球振动到距原静止位置上方2cm处时位移为2cm
例3.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
例4. （多选）一质点做简谐运动的振动图象如图所示，质点的速度与位移方向相同的时间段是（　　）A．0~0.3 sB．0.3 s~0.6 sC．0.6 s~0.9 sD．0.9 s~1.2 s
例5. （多选）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，则下列说法中正确的是（　　）A．在t＝0.2s时，弹簧振子的加速度为正向最大B．在t＝0.1s与t＝0.3s两个时刻，弹簧振子在同一位置C．从t＝0到t＝0.2s时间内，弹簧振子做加速度增大的减速运动D．在t＝0.6s时，弹簧振子有最小的位移
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 。