高中物理第十一章機械振動1簡諧運動課堂合作探究學(xué)案新人教版選修

1、1簡諧運動課堂合作探究問題導(dǎo)學(xué)一、彈簧振子活動與探究11如圖甲中彈簧振子水平放置時，思考其在平衡位置的受力情況怎樣？乙圖中豎直放置時又是怎樣的？2物理模型是從生活實際中抽象出來的理想模型，它是忽略次要因素、突出主要因素而形成的。在彈簧振子模型中，忽略的次要因素是什么？突出的主要因素又是什么？與同學(xué)討論分析后得出結(jié)論。遷移與應(yīng)用1如圖所示，彈簧下端懸掛一鋼球，上端固定，它們組成一個振動的系統(tǒng)，用手把鋼球向上托起一段距離，然后釋放，鋼球便上下振動起來，若以豎直向下為正方向，下列說法正確的是（）A鋼球運動所能達(dá)到的最低處為平衡位置B鋼球原來靜止時的位置為平衡位置C鋼球振動到距原靜止位置下方3 cm處

2、時位移為3 cmD鋼球振動到距原靜止位置上方2 cm處時位移為2 cm1彈簧振子是一種理想化模型，應(yīng)滿足以下條件：（1）質(zhì)量：彈簧質(zhì)量比振子（小球）質(zhì)量小得多，可以認(rèn)為質(zhì)量只集中于振子（小球）上；（2）體積：彈簧振子中與彈簧相連的小球的體積要足夠小，可以認(rèn)為小球是一個質(zhì)點；（3）阻力：在振子振動過程中，忽略彈簧與小球受到的各種阻力；（4）彈性限度：振子從平衡位置拉開的最大位移在彈簧的彈性限度內(nèi)。2物體原來靜止時的位置為其平衡位置。振動物體的位移都是以平衡位置為參考點，物體在平衡位置正方向上，位移為正，反之為負(fù)。二、簡諧運動及其圖象活動與探究21回憶先前學(xué)過的位移的概念，然后再分析一下振動系統(tǒng)中

3、的位移又有什么特殊的地方。2教材中介紹了哪些獲取振動系統(tǒng)位移時間圖象的方法？3教材記錄振動的繪圖中，為什么都要勻速拉動紙帶？4試探究簡諧運動的位移方向和速度方向特點。遷移與應(yīng)用2如圖所示是用頻閃照相的方法獲得的彈簧振子的位移時間圖象，下列有關(guān)該圖象的說法正確的是（）A該圖象的坐標(biāo)原點建立在彈簧振子的平衡位置B從圖象可以看出小球在振動過程中是沿t軸方向移動的C為了顯示小球在不同時刻偏離平衡位置的位移，應(yīng)讓底片沿垂直t軸方向勻速運動D圖象中小球的疏密顯示出相同時間內(nèi)小球位置變化快慢不同1振動圖象描述的是振動質(zhì)點的位移隨時間的變化關(guān)系，而非質(zhì)點運動的軌跡。比如彈簧振子沿一直線做往復(fù)運動，其軌跡為一直

4、線，而它的振動圖象卻是正弦曲線。2從簡諧運動的圖象上可以獲取以下信息簡諧運動的圖象是正弦（或余弦）曲線，圖象的橫軸表示時間、縱軸表示位移，從圖象上可直接看出不同時刻振動質(zhì)點的位移大小和方向、速度的方向和速度大小的變化趨勢。例如：若遠(yuǎn)離平衡位置，則速度越來越小，加速度、位移越來越大，若靠近平衡位置，則速度越來越大，加速度、位移越來越小，如圖中振子在P1點，從正位移向著平衡位置運動，則速度為負(fù)且增大，位移、加速度正在減小，振子在P2點向負(fù)位移遠(yuǎn)離平衡位置運動，則速度為負(fù)且減小，位移、加速度正在增大。三、簡諧運動的對稱性活動與探究3簡諧運動具有明顯的對稱性，你能找出哪些具有對稱性的物理量？遷移與應(yīng)用

5、3一水平彈簧振子做簡諧運動，下列說法中正確的是（）A加速度增大時，速度必增大B加速度增大時，速度必減小C位移相同時，速度必相同D速度相同時，位移必相同1靈活應(yīng)用簡諧運動的對稱性會使問題簡化。2解答這類問題時要特別注意位移、速度、加速度的矢量性。當(dāng)堂檢測1下列運動中屬于機械振動的是（）A人趴在地上做俯臥撐B水塘里的蘆葦在微風(fēng)作用后的左右擺動C五星紅旗迎風(fēng)飄揚D釣魚時浮標(biāo)在水中的上下浮動2如圖（a），一彈簧振子在AB間做簡諧運動，O為平衡位置。如圖（b）是振子做簡諧運動時的位移時間圖象。則關(guān)于振子的加速度隨時間的變化規(guī)律。下列四個圖象中正確的是（）3有一彈簧振子做簡諧運動，則下列說法正確的是（）A

6、加速度最大時，速度最大B速度最大時，位移最大C位移最大時，加速度最大D位移為零時，加速度最大4手機是常用的通信工具，當(dāng)來電話時，它可以用振動來提示人們。振動原理很簡單：是一個微型電動機帶動轉(zhuǎn)軸上的葉片轉(zhuǎn)動。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動后，電動機就跟著振動起來。其中葉片的形狀你認(rèn)為是下圖中的（）5如圖，小球套在光滑水平桿上，與彈簧組成彈簧振子，O為平衡位置，小球在O附近的AB間做簡諧運動，設(shè)向右為正方向，則：（1）速度由正變負(fù)的位置在_點。（2）位移為負(fù)向最大的位置在_點。答案：課堂合作探究【問題導(dǎo)學(xué)】活動與探究1：1答案：甲圖中水平放置且振子處在平衡位置時，小球在豎直方向上受到桿的支持力和自身的重力，二力平衡，

7、水平方向上不受力。豎直放置時，小球在豎直方向上受到彈簧的彈力和自身的重力，二力平衡，水平方向不受力。兩種情況下處于平衡位置時彈簧的受力不同，但小球所受的合力都為零。彈簧振子的平衡位置是合力為零的位置，不一定是彈簧處于原長的位置。2答案：彈簧振子模型忽略的次要因素是球與桿的摩擦、彈簧的質(zhì)量（即所謂的“輕彈簧”），突出的主要因素是彈簧的彈性和球的質(zhì)量。遷移與應(yīng)用1：BC解析：振子平衡位置的定義為振子原來靜止時的位置，故A錯，B對。振子的位移為從平衡位置指向某時刻所在位置的有向線段，據(jù)題意可判斷C對，D錯?；顒优c探究2：1答案：以前學(xué)過的位移是指物體（質(zhì)點）相對初始位置的位置變化，用從初位置指向末位

8、置的有向線段來表示，不同時間內(nèi)的位移不一定相同。振動系統(tǒng)中的位移是專指振子偏離平衡位置的位移，所以其起始點定位在平衡位置。這種特定位移的方向是由平衡位置指向某時刻振子的位置，所以偏離平衡位置的位移的方向總是背離平衡位置，大小為平衡位置到該位置的距離。2答案：（1）頻閃照相法；（2）用傳感器與計算機結(jié)合獲取圖象的方法。3答案：因為勻速拉動紙帶時，紙帶的位移與時間成正比，即xvt，這樣，一定的位移就對應(yīng)確定的時間，所以只有勻速拉動紙帶，才能用紙帶移動的距離表示時間。4答案：簡諧運動的位移是指離開平衡位置的位移，所以位移的方向總是背離平衡位置指向外側(cè)，只要振動物體通過同一位置，其位移的方向是一定的，

9、而速度的方向就是運動方向，在振動物體經(jīng)歷同一位置（除最大位移處）時，速度的方向有兩種可能：指向平衡位置或背離平衡位置。遷移與應(yīng)用2：AD解析：從圖象中能看出坐標(biāo)原點在平衡位置，A對。橫軸是由底片勻速運動得到的，已經(jīng)轉(zhuǎn)化為時間軸，小球只在x軸上振動，所以B、C錯。因圖象中相鄰小球之間所經(jīng)時間相同，密處說明位置變化慢，D正確?；顒优c探究3：答案：如圖所示，物體在A與B間運動，O點為平衡位置，C和D兩點關(guān)于O點對稱，則有：1時間的對稱（1）振動質(zhì)點來回通過相同的兩點間的時間相等，即tDBtBD。（2）質(zhì)點經(jīng)過關(guān)于平衡位置對稱的等長的兩線段時間相等，即tCOtOD。圖中tOBtBOtOAtAO，tOD

10、tDOtOCtCO，tDBtBDtACtCA。2速度的對稱（1）物體連續(xù)兩次經(jīng)過同一點（如D點）的速度大小相等，方向相反。（2）物體經(jīng)過關(guān)于O點對稱的兩點（如C與D）的速度大小相等，方向可能相同，也可能相反。3位移和加速度的對稱（1）物體經(jīng)過同一點（如C點）時，位移和加速度均相同。（2）物體經(jīng)過關(guān)于O點對稱的兩點（如C與D）時，位移與加速度均是大小相等，方向相反。遷移與應(yīng)用3：B解析：如圖所示，振子在A、B間做簡諧運動，O點為平衡位置，C、D關(guān)于O點對稱。由圖可知，當(dāng)振子遠(yuǎn)離平衡位置O運動時，位移增大，加速度增大，而速度減??；當(dāng)振子向平衡位置O運動時，位移減小，加速度減小，而速度增大。所以在簡

11、諧運動過程中，速度和加速度的變化趨勢總是相反的。選項A錯誤，選項B正確。振子由O向B運動經(jīng)過D點時和由B向O運動經(jīng)過D點時，位移相同，速度大小相等，但方向相反，說明位移相同時，速度不一定相同。選項C錯誤。振子由B向O運動經(jīng)過D點時和由O向A運動經(jīng)過C點時，速度大小相等，方向相同，而位移雖然大小相等，但方向相反，說明速度相同時，位移不一定相同，選項D錯誤?！井?dāng)堂檢測】1BD解析：物體在平衡位置附近的往復(fù)運動是機械振動，顯然以上A、C兩種說法中涉及的物體的運動不符合這一定義。2C解析：彈簧振子的加速度aeq f(k,m)x，即大小與偏離平衡位置的位移成正比，方向總與位移方向相反，C正確。3C解析：振子的加速度最大時，振子