新教材同步系列2024春高中物理第2章機(jī)械振動(dòng)第1節(jié)簡諧運(yùn)動(dòng)課件粵教版選擇性必修第一冊(cè)

第二章機(jī)械振動(dòng)第一節(jié)簡諧運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)任務(wù)1．知道機(jī)械振動(dòng)和回復(fù)力的概念．2．知道彈簧振子的組成和振動(dòng)情況．理解全振動(dòng)、振幅、周期、頻率等概念．3．理解振動(dòng)的平衡位置和位移．4．掌握簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力、加速度、速度隨位移變化的規(guī)律、簡諧運(yùn)動(dòng)的能量特征．必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備01知識(shí)梳理基礎(chǔ)自測知識(shí)點(diǎn)一認(rèn)識(shí)簡諧運(yùn)動(dòng)1．機(jī)械振動(dòng)物體(或者物體的一部分)在某一中心位置(平衡位置)兩側(cè)所做的________．往復(fù)運(yùn)動(dòng)2．彈簧振子把一個(gè)有孔的小球安裝在彈簧的一端，彈簧的另一端固定，小球和彈簧穿在光滑的水平桿上，使其能在桿上自由滑動(dòng)，小球和水平桿之間的摩擦可以忽略不計(jì)，小球的運(yùn)動(dòng)視為____的運(yùn)動(dòng)，這樣的系統(tǒng)稱為彈簧振子．質(zhì)點(diǎn)3．回復(fù)力(1)定義：使振動(dòng)物體回到________的力．(2)方向：總是指向________．(3)作用效果：使振子能返回________．(4)公式：F＝－___，負(fù)號(hào)表示回復(fù)力的方向跟振子偏離平衡位置的位移方向____．平衡位置平衡位置平衡位置kx相反4．簡諧振動(dòng)物體在跟平衡位置的位移大小成____，并且總指向________的回復(fù)力的作用下的振動(dòng)．5．振幅物體振動(dòng)時(shí)離開平衡位置的____距離．正比平衡位置最大

一次全振動(dòng)次數(shù)

知識(shí)點(diǎn)二簡諧運(yùn)動(dòng)的能量特征對(duì)于水平彈簧振子，當(dāng)振子在最大位移處時(shí)，彈簧彈性勢能____，振子動(dòng)能為__；當(dāng)振子在平衡位置時(shí)，彈簧彈性勢能為__，振子動(dòng)能____．彈簧振子在振動(dòng)過程中，機(jī)械能____．最大零零最大守恒1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)．(1)機(jī)械振動(dòng)是物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)． (

)(2)彈簧振子是一種理想化的模型． (

)(3)振幅隨時(shí)間做周期性變化． (

)(4)物體兩次通過平衡位置的時(shí)間叫作周期． (

)√√××2．(多選)下列關(guān)于振動(dòng)的回復(fù)力的說法正確的是(

)A．回復(fù)力方向總是指向平衡位置B．回復(fù)力是按效果命名的C．回復(fù)力一定是物體受到的合力D．回復(fù)力由彈簧的彈力提供√√AB

[回復(fù)力是按效果命名的，是指向平衡位置使振動(dòng)物體回到平衡位置的力，可以由某個(gè)力或某幾個(gè)力的合力提供，也可以由某個(gè)力的分力提供，故A、B正確，C錯(cuò)誤；在水平彈簧振子中彈簧的彈力提供回復(fù)力，但在其他振動(dòng)中，回復(fù)力不一定由彈簧彈力提供，D錯(cuò)誤．]3．(多選)振動(dòng)周期指振動(dòng)物體(

)A．從任何一個(gè)位置出發(fā)又回到這個(gè)位置所用的時(shí)間B．從一側(cè)最大位移處，運(yùn)動(dòng)到另一側(cè)最大位移處所用時(shí)間C．從某一位置出發(fā)又沿同一運(yùn)動(dòng)方向回到這個(gè)位置所用時(shí)間D．經(jīng)歷了四個(gè)振幅的路程所用的時(shí)間√CD

[振動(dòng)周期是振子完成一次全振動(dòng)所用的時(shí)間，C、D正確．]√關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成02考點(diǎn)1平衡位置與回復(fù)力考點(diǎn)2簡諧運(yùn)動(dòng)的物理量的變化規(guī)律考點(diǎn)3振幅、周期和頻率豎直方向的彈簧振子模型如圖所示，請(qǐng)思考以下問題：(1)在平衡位置處，彈簧的彈力等于零嗎？(2)該彈簧振子的回復(fù)力是由什么力提供的？提示：(1)不等于零．(2)由小球重力和彈簧的彈力的合力提供．◆考點(diǎn)1

平衡位置與回復(fù)力1．對(duì)簡諧運(yùn)動(dòng)的平衡位置的認(rèn)識(shí)(1)從物體受力特點(diǎn)看：物體在平衡位置所受合力不一定為零，而是沿振動(dòng)方向的合力為零．(2)從速度角度看：平衡位置是振動(dòng)中速度最大的位置．2．機(jī)械振動(dòng)的特點(diǎn)(1)物體在平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)．(2)機(jī)械振動(dòng)是一種周期性運(yùn)動(dòng)．3．回復(fù)力的理解(1)回復(fù)力的方向總是指向平衡位置．總與簡諧運(yùn)動(dòng)位移的方向相反．(2)回復(fù)力的效果是使偏離平衡位置的物體返回到平衡位置，是產(chǎn)生振動(dòng)的條件．(3)回復(fù)力是根據(jù)力的效果命名，可能由合力、某個(gè)力或某個(gè)力的分力提供，它一定等于振動(dòng)物體在振動(dòng)方向上所受的合力．【典例1】如圖所示，對(duì)做簡諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子M的受力情況分析正確的是(

)A．重力、支持力、彈簧的彈力B．重力、支持力、彈簧的彈力、回復(fù)力C．重力、支持力、回復(fù)力、摩擦力D．重力、支持力、摩擦力、彈簧的彈力√A

[彈簧振子的簡諧運(yùn)動(dòng)中忽略了摩擦力，故C、D錯(cuò)誤；回復(fù)力為效果力，受力分析時(shí)不分析此力，故B錯(cuò)誤；故振子只受重力、支持力及彈簧給它的彈力，故A正確．][跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)關(guān)于振動(dòng)物體的平衡位置，下列說法正確的是(

)A．加速度改變方向的位置 B．回復(fù)力為零的位置C．速度最大的位置 D．合外力一定為零的位置ABC

[振動(dòng)物體在平衡位置回復(fù)力為零，而合外力不一定為零，在該位置加速度改變方向，速度達(dá)最大值．故A、B、C正確，D錯(cuò)誤．]√√√◆考點(diǎn)2

簡諧運(yùn)動(dòng)的物理量的變化規(guī)律1．簡諧運(yùn)動(dòng)中相關(guān)量的變化規(guī)律(1)變化規(guī)律：當(dāng)物體做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，它偏離平衡位置的位移x、回復(fù)力F、加速度a、速度v、動(dòng)能Ek、勢能Ep及振動(dòng)能量E，遵循一定的變化規(guī)律，可列表如下：物理量xFavEkEpE遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng)增大增大增大減小減小增大不變最大位移處最大最大最大零零最大不變靠近平衡位置運(yùn)動(dòng)減小減小減小增大增大減小不變平衡位置零零零最大最大最小不變(2)兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)：①平衡位置是速度大小、位移方向、回復(fù)力方向和加速度方向變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；②最大位移處是速度方向變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)．(3)一個(gè)守恒：簡諧運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能和勢能之間相互轉(zhuǎn)化，但守恒總機(jī)械能守恒．2．簡諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性如圖所示，物體在A與B間運(yùn)動(dòng)，O點(diǎn)為平衡位置，任取關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱的C、D兩點(diǎn)，則有：(1)時(shí)間的對(duì)稱：①物體來回通過相同兩點(diǎn)間的時(shí)間相等，即tDB＝tBD．②物體經(jīng)過關(guān)于平衡位置O對(duì)稱的等長的兩線段間的時(shí)間相等，即tDB＝tBD＝tCA＝tAC，tOD＝tDO＝tOC＝tCO．(2)位移，回復(fù)力、加速度的對(duì)稱：①物體經(jīng)過同一點(diǎn)(如C點(diǎn))時(shí)，位移、回復(fù)力、加速度相同．②物體經(jīng)過關(guān)于平衡位置O點(diǎn)對(duì)稱的兩點(diǎn)(如C與D)時(shí)，位移回復(fù)力、加速度大小相等，方向相反．(3)速度的對(duì)稱：①物體經(jīng)過同一點(diǎn)(如C點(diǎn))時(shí)，速度相同，動(dòng)能相同．②物體經(jīng)過關(guān)于平衡位置O點(diǎn)對(duì)稱的兩點(diǎn)(如C與D)時(shí)，速度大小相等，方向可能相同，也可能相反，但動(dòng)能一定相同．【典例2】如圖所示，一彈簧振子做簡諧運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是(

)A．若位移為負(fù)值，則加速度一定為負(fù)值B．小球通過平衡位置時(shí)，速度為零，位移最大C．小球每次經(jīng)過平衡位置時(shí)，位移相同，速度也一定相同D．小球每次通過同一位置時(shí)，其速度不一定相同，但位移一定相同√D

[小球受的力指向平衡位置，小球的位移為負(fù)值時(shí)，受到的力為正值，小球的加速度為正值，A錯(cuò)誤；當(dāng)小球通過平衡位置時(shí)，位移為零，速度最大，B錯(cuò)誤；小球每次通過平衡位置時(shí)，速度大小相等，方向不一定相同，但位移相同，C錯(cuò)誤；小球每次通過同一位置時(shí)，位移相同，速度大小相等，但速度方向可能相同，也可能不同，D正確．]分析簡諧運(yùn)動(dòng)應(yīng)注意的問題(1)位移、速度、加速度和回復(fù)力都是矢量，它們要相同，必須大小相等、方向相同．(2)回復(fù)力是變力，大小、方向發(fā)生變化，加速度也隨之發(fā)生變化．(3)要注意簡諧運(yùn)動(dòng)的周期性和對(duì)稱性，由此判定振子可能的路徑，從而確定各物理量及其變化情況．[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)如圖所示，一彈簧振子在一條直線上做簡諧運(yùn)動(dòng)，第一次先后經(jīng)過M、N兩點(diǎn)時(shí)速度v(v≠0)相同，那么，下列說法正確的是(

)A．振子在M、N兩點(diǎn)所受彈簧彈力相同B．振子在M、N兩點(diǎn)相對(duì)平衡位置的位移大小相同C．振子在M、N兩點(diǎn)加速度大小相等D．從M點(diǎn)到N點(diǎn)，振子先做勻加速運(yùn)動(dòng)，后做勻減速運(yùn)動(dòng)√√BC

[因位移、速度、加速度和彈力都是矢量，它們要相同必須大小相等、方向相同．M、N兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱，振子所受彈力應(yīng)大小相等、方向相反，振子位移也是大小相等，方向相反．由此可知，A錯(cuò)誤，B正確；振子在M、N兩點(diǎn)的加速度雖然方向相反，但大小相等，C正確；振子由M―→O速度越來越大，但加速度越來越小，振子做加速運(yùn)動(dòng)，但不是勻加速運(yùn)動(dòng)．振子由O―→N速度越來越小，但加速度越來越大，振子做減速運(yùn)動(dòng)，但不是勻減速運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò)誤．]◆考點(diǎn)3

振幅、周期和頻率1．對(duì)全振動(dòng)的理解(1)振動(dòng)特征：一個(gè)完整的振動(dòng)過程．(2)物理量特征：位移、加速度、速度等各物理量第一次同時(shí)與初始狀態(tài)相同．(3)時(shí)間特征：經(jīng)一次全振動(dòng)，振動(dòng)歷時(shí)一個(gè)同期．(4)路程特征：經(jīng)一次全振動(dòng)，振子的路程為振幅的4倍．2．振幅和振動(dòng)系統(tǒng)的能量關(guān)系對(duì)一個(gè)確定的振動(dòng)系統(tǒng)來說，系統(tǒng)能量僅由振幅決定，振幅越大，振動(dòng)系統(tǒng)能量越大．

4．振幅與周期的關(guān)系在簡諧運(yùn)動(dòng)中，一個(gè)確定的振動(dòng)系統(tǒng)的周期(或頻率)是固定的，與振幅無關(guān)．【典例3】如圖所示，彈簧振子在B、C間振動(dòng)，O為平衡位置，BO＝OC＝5cm，若振子從B到C的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是1s，則下列說法正確的是(

)A．振子從B經(jīng)O到C完成一次全振動(dòng)B．振動(dòng)周期是1s，振幅是10cmC．經(jīng)過兩次全振動(dòng)，振子通過的路程是20cmD．從B開始經(jīng)過3s，振子通過的路程是30cm√

D

[振子從B→O→C僅完成了半次全振動(dòng)，所以周期T＝2×1s＝2s，振幅A＝BO＝5cm．彈簧振子在一次全振動(dòng)過程中通過的路程為4A＝20cm，所以兩次全振動(dòng)中通過路程為40cm，3s的時(shí)間為1.5T，所以振子通過的路程為30cm．故D正確，A、B、C錯(cuò)誤．]

[跟進(jìn)訓(xùn)練]◆訓(xùn)練角度1振幅、周期的理解3．有一個(gè)在光滑水平面內(nèi)的彈簧振子，第一次用力把彈簧壓縮x后釋放讓它振動(dòng)，第二次把彈簧壓縮2x后釋放讓它振動(dòng)，則先后兩次振動(dòng)的周期之比和振幅之比分別為(

)A．1∶1，1∶1

B．1∶1，1∶2C．1∶4，1∶4 D．1∶2，1∶2√B

[彈簧的壓縮量即為振子振動(dòng)過程中偏離平衡位置的最大距離，即振幅，故振幅之比為1∶2．而對(duì)同一振動(dòng)系統(tǒng)，其周期由振動(dòng)系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定，與振幅無關(guān)，故周期之比為1∶1．]

√

學(xué)習(xí)效果·隨堂評(píng)估自測031．(多選)下列運(yùn)動(dòng)中屬于機(jī)械振動(dòng)的是(

)A．樹枝在風(fēng)的作用下運(yùn)動(dòng) B．豎直向上拋出的物體的運(yùn)動(dòng)C．說話時(shí)聲帶的運(yùn)動(dòng) D．勻速圓周運(yùn)動(dòng)1234√5AC

[物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)屬于機(jī)械振動(dòng)，故A、C正確；豎直向上拋出的物體到最高點(diǎn)后返回落地，不具有運(yùn)動(dòng)的往復(fù)性，因此不屬于機(jī)械振動(dòng)，故B錯(cuò)誤；勻速圓周運(yùn)動(dòng)不是在平衡位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤．]√2．關(guān)于振幅的各種說法中，正確的是(

)A．振幅是振子離開平衡位置的最大距離B．位移是矢量，振幅是標(biāo)量，位移的大小等于振幅C．振幅等于振子運(yùn)動(dòng)軌跡的長度D．振幅越大，表示振動(dòng)越強(qiáng)，周期越長1234√5A

[振幅是振子離開平衡位置的最大距離，是標(biāo)量，在簡諧運(yùn)動(dòng)中大小不變，而位移是變化的，故A正確，B、C錯(cuò)誤；振幅越大，振動(dòng)越強(qiáng)，但與周期無關(guān)，D錯(cuò)誤．]3．(多選)做簡諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子除平衡位置外，在其他位置時(shí)，關(guān)于它的加速度方向，下列說法正確的是(

)A．一定與速度方向相同B．有時(shí)與速度方向相同，有時(shí)與速度方向相反C．總是指向平衡位置D．總是與位移方向相反1234√5√√BCD

[回復(fù)力指使物體回到平衡位置的力，對(duì)簡諧運(yùn)動(dòng)而言，其大小必與位移大小成正比，其方向與位移方向相反，并總是指向平衡位置，而加速度的方向與回復(fù)力的方向相同；由于振子的運(yùn)動(dòng)具有周期性，故加速度方向與速度方向有時(shí)相同，有時(shí)相反，故A錯(cuò)誤，B、C、D正確．]123454．如圖所示的彈簧振子，O點(diǎn)為它的平衡位置，當(dāng)振子m離開O點(diǎn)，再從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)，振子離開平衡位置的位移是(

)A．