【課件】簡諧運(yùn)動+課件高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

2.1簡諧運(yùn)動選擇性必修第一冊新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)1.通過實(shí)驗(yàn)觀察，認(rèn)識機(jī)械振動。會運(yùn)用理想化方法建構(gòu)彈簧振子模型。2.通過觀察、分析和推理，證明彈簧振子的位移-時間圖像是正弦曲線，會用圖像描述簡諧振動。3.經(jīng)歷探究簡諧運(yùn)動規(guī)律的過程，能分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)特點(diǎn)、形成結(jié)論。學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)鐘擺來回?cái)[動新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)水中浮標(biāo)上下浮動小狗蕩秋千新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解1.定義：我們把物體或物體的一部分在一個位置附近的往復(fù)運(yùn)動稱為機(jī)械振動(mechanicalvibration)

，簡稱振動。觀察發(fā)現(xiàn):

上述物體總是在某一位置附近做往復(fù)性的運(yùn)動。2.特征：(1)有一個“中心位置”，也是振動物體靜止時的位置；(2)運(yùn)動具有往復(fù)性。一、機(jī)械振動這些運(yùn)動的共同點(diǎn)是什么？新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解我們發(fā)現(xiàn)小球與彈簧組成的系統(tǒng)的運(yùn)動符合機(jī)械振動的特征，屬于機(jī)械振動。想一想：如圖，把一個有小孔的小球連接在彈簧的一端，彈簧的另一端固定，小球套在光滑的桿上，能夠自由滑動。彈簧的質(zhì)量與小球相比可以忽略。小球運(yùn)動時空氣阻力很小，也可以忽略。彈簧未形變時，小球所受合力為0，處于平衡位置O（equilibriumposition）。把小球拉向右方，然后放開，它就在平衡位置附近運(yùn)動起來。小球的振動是機(jī)械振動嗎？一、機(jī)械振動新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解二、彈簧振子1.彈簧振子：我們把小球和彈簧組成的系統(tǒng)稱為彈簧振子(springoscillator)

，有時也簡稱為振子。2.理想模型：（2）不計(jì)阻力；（3）忽略彈簧的質(zhì)量；（1）小球看成質(zhì)點(diǎn)；（4）彈簧始終在彈性限度內(nèi)。新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解二、彈簧振子水平彈簧振子豎直彈簧振子新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解二、彈簧振子3.平衡位置：（1）位于平衡位置時，小球所受合力為0；（2）經(jīng)過平衡位置時，小球速度最快。振子原來靜止時的位置．新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解拓展思考：彈簧振子的平衡位置一定在彈簧的原長位置嗎？不一定。如圖所示，用手把鋼球向上托起一段距離，然后釋放，鋼球便上下振動，其振動的平衡位置不在彈簧的原長位置，而是在彈力與重力的合力為零的位置。

要想了解彈簧振子運(yùn)動的特點(diǎn)，就要知道它的位置隨時間變化的關(guān)系。二、彈簧振子新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解三、彈簧振子的位移—時間圖象(1)振子在某時刻的位移：從平衡位置指向振子在該時刻位置的有向線段．若規(guī)定振動質(zhì)點(diǎn)在平衡位置右側(cè)時位移為正，則它在平衡位置左側(cè)時位移為負(fù)；1．彈簧振子的位移(2)振子在某段時間內(nèi)的位移：由初位置指向末位置的有向線段．新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解三、彈簧振子的位移—時間圖象(3)振子在某時刻的位移與在某段時間內(nèi)的位移的區(qū)別：振子在某時刻的位移方向總是背離平衡位置．如圖所示，振子在AA′之間振動，O為平衡位置，t1時刻振子在M點(diǎn)的位移為xM，t2時刻振子在N點(diǎn)的位移為xN，而振子在Δt＝t2－t1時間內(nèi)的位移為xMN，方向如右圖所示．通常說的振子的位移是指某時刻的位移，即振子相對平衡位置的位移.因此在研究振動時，字母x具有雙重含義：它既表示小球的位置(坐標(biāo))，又表示振子在某時刻的位移.新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解三、彈簧振子的位移—時間圖象2．彈簧振子的位移—時間圖象(x－t圖象)(1)圖象的建立：用橫坐標(biāo)表示物體運(yùn)動的時間t，縱坐標(biāo)表示振動物體運(yùn)動過程中相對平衡位置的位移x，建立坐標(biāo)系，如圖．t/sx橫向縱向怎樣才能得到小球位移與時間的關(guān)系？新課導(dǎo)入知識講解拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入隨堂練習(xí)知識講解三、彈簧振子的位移—時間圖象底片勻速運(yùn)動方向(2)圖像的獲取方式：①頻閃照相新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解三、彈簧振子的位移—時間圖象xt底片勻速運(yùn)動方向新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解三、彈簧振子的位移—時間圖象頻閃照相分析：

因?yàn)閿z像底片做勻速運(yùn)動，底片運(yùn)動的距離與時間成正比。因此，可用底片運(yùn)動的距離代表時間軸，振子的頻閃照片反映了不同時刻振子離開平衡位置的位移，也就是位移隨時間變化的規(guī)律。特點(diǎn)：時間間隔相等、底片勻速運(yùn)動新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解三、彈簧振子的位移—時間圖象以小球的平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，規(guī)定水平向右為正方向，橫軸為時間t，縱軸為位移x。在坐標(biāo)系中標(biāo)出各時刻小球球心的位移，用曲線將其連接在一起，得到振動圖像，如圖所示：(2)圖像的獲取方式：②描點(diǎn)法繪制圖像新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解三、彈簧振子的位移—時間圖象3t06t09t012t0-1010-2020t/sx/mmO用平滑曲線將各點(diǎn)連接錯啦新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解三、彈簧振子的位移—時間圖象描圖記錄法新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解三、彈簧振子的位移—時間圖象(3)圖象的應(yīng)用①任一時刻質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移：某時刻振子偏離平衡位置的位移可用該時刻振子所在位置的坐標(biāo)來表示．如圖所示，在t1時刻振子的位移為x1；t4時刻振子的位移為－x4.振子在兩端點(diǎn)的位移最大(如上圖中的t2、t5時刻)，在平衡位置的位移為零(如上圖中的t3時刻)，此時位移即將改變方向．新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解三、彈簧振子的位移—時間圖象(3)圖象的應(yīng)用②速度：跟運(yùn)動學(xué)中的含義相同，在所建立的坐標(biāo)軸(也稱為“一維坐標(biāo)系”)上，速度的正、負(fù)號表示振子運(yùn)動方向與坐標(biāo)軸的正方向相同或相反．如圖所示，在x坐標(biāo)軸上，設(shè)O點(diǎn)為平衡位置，A、B為位移最大處，則在O點(diǎn)速度最大，在A、B兩點(diǎn)速度為零．說明：速度和位移是彼此獨(dú)立的兩個物理量，如振動物體通過同一個位置，其位移的方向是一定的，而其速度方向卻有兩種可能(兩個“端點(diǎn)”除外)：指向或背離平衡位置，且振子在兩“端點(diǎn)”速度改變方向.)新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解三、彈簧振子的位移—時間圖象彈簧振子有多種表現(xiàn)形式，對于不同的彈簧振子，在平衡位置處，彈簧不一定處于原長(如豎直放置的彈簧振子)，但運(yùn)動方向上的合外力一定為零，速度也一定最大。結(jié)論：彈簧振子沿一直線做往復(fù)運(yùn)動，其軌跡為一直線，而它的振動圖像卻是正弦曲線。新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解四、簡諧運(yùn)動

2.圖象意義:表示一個振子不同時刻所在的位置或者一個振子位移隨時間的變化規(guī)律。新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解四、簡諧運(yùn)動(1)任意時刻質(zhì)點(diǎn)位移的大小和方向。如圖甲所示，質(zhì)點(diǎn)在t1、t2時刻的位移分別為x1和-x2。3.圖象應(yīng)用:(2)任意時刻質(zhì)點(diǎn)的振動方向:看下一時刻質(zhì)點(diǎn)的位置,如圖乙中a點(diǎn),下一時刻離平衡位置更遠(yuǎn),故a點(diǎn)此刻向上振動。圖乙中b點(diǎn),下一時刻離平衡位置更近,故b此刻向上振動。(3)斜率：該時刻速度的大小和方向．新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解四、簡諧運(yùn)動4.簡諧運(yùn)動的對稱性如圖所示，物體在A與B間運(yùn)動，O點(diǎn)為平衡位置，C和D兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對稱，則有：(1)時間的對稱：tOB＝tBO＝tOA＝tAO，tOD＝tDO＝tOC＝tCO，tDB＝tBD＝tAC＝tCA(2)速度的對稱:①物體連續(xù)兩次經(jīng)過同一點(diǎn)（如D點(diǎn)）的速度大小相等，方向相反;②物體經(jīng)過關(guān)于O點(diǎn)對稱的兩點(diǎn)（如C與D兩點(diǎn)）的速度大小相等，方向可能相同，也可能相反.新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解四、簡諧運(yùn)動（3）位移和加速度的對稱①物體經(jīng)過同一點(diǎn)(如C點(diǎn))時，位移和加速度均相同；②物體經(jīng)過關(guān)于O點(diǎn)對稱的兩點(diǎn)(如C點(diǎn)與D點(diǎn))時，位移與加速度均大小相等，方向相反。（4）動能、勢能、機(jī)械能的對稱①物體連續(xù)兩次經(jīng)過同一點(diǎn)(如D點(diǎn))時的動能、勢能、機(jī)械能均相等；②物體經(jīng)過關(guān)于O點(diǎn)對稱的兩點(diǎn)(如C點(diǎn)與D點(diǎn))時的動能、勢能、機(jī)械能均相等。新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解四、簡諧運(yùn)動時間速度v減小增大減小增大速度方向向右（正）向左（負(fù)）向左（負(fù)）向右（正）加速度a增大減小增大減小加速度方向向左（負(fù)）向左（負(fù)）向右（正）向右（正）路程AAAA位移增大減小增大減小位移的正負(fù)正正負(fù)負(fù)5.簡諧運(yùn)動的規(guī)律新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解四、簡諧運(yùn)動思考：從獲得的彈簧振子的x-t圖像（如圖）可以看出，小球位移與時間的關(guān)系似乎可以用正弦函數(shù)來表示。是不是這樣呢？還需要進(jìn)行深入的研究：新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解四、簡諧運(yùn)動6.判斷小球位移與時間的關(guān)系是否遵從正弦函數(shù)規(guī)律的方法。假定圖像為正弦曲線，測量它的振幅與周期，寫出正弦函數(shù)表達(dá)式。方法一：假設(shè)法注意：表達(dá)式計(jì)時開始位移為0，隨后位移增加并為正；將每一個點(diǎn)的位移時間（測量值）數(shù)值代入表達(dá)式中，比較測量值與函數(shù)值是否相等，若可視相等，則為正弦曲線。新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解四、簡諧運(yùn)動如圖，測量小球在各個位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。把測量值輸入計(jì)算機(jī)中，作出這條曲線，看一看小球的位移—時間關(guān)系是否可以用正弦函數(shù)表示？方法二：擬合法總結(jié)：簡諧運(yùn)動是最簡單、最基本的振動，其振動過程關(guān)于平衡位置對稱，是一種往復(fù)運(yùn)動。彈簧振子的運(yùn)動就是簡諧運(yùn)動。簡諧運(yùn)動的位移—時間圖像是正弦函數(shù)。新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解【典例1】（2021·湖北石首·高二期中）(多選)下列運(yùn)動中屬于機(jī)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(yáng)D．釣魚時浮標(biāo)在水中的上下浮動典例分析【正確答案】BD新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解【典例1】（2021·湖北石首·高二期中）(多選)下列運(yùn)動中屬于機(jī)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(yáng)D．釣魚時浮標(biāo)在水中的上下浮動典例分析【正確答案】BD新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解典例分析【典例2】（2021·浙江省諸暨市第二高級中學(xué)高二期中）如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時間關(guān)系遵從正弦函數(shù)規(guī)律，這樣的運(yùn)動叫做簡諧運(yùn)動。根據(jù)圖中各圖象可以判斷出物體可能做簡諧運(yùn)動的是（）A．①②

B．③④ C．①③

D．②④新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解典例分析【典例3】（2022·全國課時練習(xí)）如圖甲所示，彈簧振子中小球運(yùn)動的最左端M最右端N與平衡位置O間的距離為l，規(guī)定向右為正方向，其振動圖像如圖乙所示，下列說法正確的是（）A．圖乙中x0應(yīng)為lB．0~t1時間內(nèi)小球由M向O運(yùn)動C．

時間內(nèi)小球由M向O運(yùn)動D．

內(nèi)與

時間內(nèi)小球運(yùn)動方向相反【正確答案】A新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解典例分析【典例4】（2012·重慶·高考真題）裝有砂粒的試管豎直靜浮于水面，如圖所示，將試管豎直提起少許，然后由靜止釋放并開始計(jì)時，在一定時間內(nèi)試管在豎直方向近似做簡諧運(yùn)動，若取豎直向上為正方向，則以下描述試管振動的圖像中可能正確的是（）A．

B．C．

D．【正確答案】D新課導(dǎo)入知識講解隨堂練習(xí)拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導(dǎo)入知識講解典例分析【典例5】（2021·全國·高二單元測試）（多選）如圖所示為獲取彈簧振子的位移—時間圖像的一種方法，改變紙帶運(yùn)動的速度，下列說法正確的是（）A．如果紙帶不動，作出的振動圖像仍然是正弦函數(shù)曲線B．如果紙帶不動，作出的振動圖像是一段線段C．圖示時刻，振子正經(jīng)過平衡位置向右運(yùn)動D．若紙帶運(yùn)動的速度不恒定，則紙帶上描出的仍然是簡諧運(yùn)動的圖像【正確答案】BC