资源简介

(共25张PPT)
第一节
简谐运动
学习目标
1.通过对弹簧振子运动过程的观察和受力分析，理解回复力和位移的关系，能从动力学角度理解简谐运动；2.知道弹簧振子的振动的位移—时间图像是一条正弦或余弦曲线，能从动力学的角度理解简谐运动的概念。理解对弹簧振子振动时的动能、弹性势能和机械能的分析，理解简谐运动的能量特征；3.通过分析弹簧振子在完成一次全振动过程中的位移、回复力、加速度、速度大小和方向的变化，理解简谐运动的特征。
复习回顾
50%
50%
50%
50%
50%
高中阶段我们学过的运动形式有哪些？
按运动轨迹分类：
直线运动
曲线运动
匀速直线运动
变速直线运动
匀变速直线运动
变加速直线运动
抛体运动
圆周运动
平抛运动
斜抛运动
匀速圆周运动
变速圆周运动
观察下图几个常见的运动，具有什么共同特点？
小狗荡秋千的运动
钟摆的往复运动
琴弦的运动
心跳的运动
特点: 上述物体总是在某一位置附近做往复性的运动。
情境导入
1.定义：物体（或物体的一部分）在一个位置附近做的往复运动称为机械振动，简称振动。
2.特征：
(1)中心位置（平衡位置）
(2)往复运动
振动物体静止时的位置
“对称性”
“周期性”
一、机械振动
二、简谐运动及其特征
2.理想化条件：
（1）忽略摩擦力等各种阻力；
（2）小球看成质点；
（3）忽略弹簧质量；
（4）弹簧始终在弹性限度内。
1.定义:小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，有时也把这样的小球称做弹簧振子,其中的小球称为振子。
3.平衡位置：振子原来静止时的位置。
问题拓展：
(1)平衡位置一定是中心位置？
(2)平衡位置一定都在原长处？
(3)平衡位置处合力一定为零？
二、简谐运动及其特征
【思考问题】
实际中，小球的振动会越来越弱，一段时间后会静止，请分析小球停止运动的原因。
二、简谐运动及其特征
二、简谐运动及其特征
【思考问题】
（1）图（a）为弹簧的原长。在图（b）和图（c）中，小球都能回到平衡位置，请分析是什么原因。
（2）小球从图（b）或图（c）位置回到平衡位置，小球的运动情况是怎样的？
二、简谐运动及其特征
4．动力学特征
建立坐标轴：以平衡位置为坐标原点O，水平向右为正方向。
振子在振动过程中，所受的重力和支持力平衡，对振子的运动无影响。
影响振子运动的只有弹簧的弹力。这个力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向相反，总指向平衡位置，它的作用是使振子能返回平衡位置，这个力叫作回复力。
位移：振子的位移是指相对于平衡位置O的位移。
二、简谐运动及其特征
在弹性限度内，振子所受回复力F的大小跟振子偏离平衡位置的位移x的大小成正比，即:F= －kx
“－”表示回复力的方向与位移方向相反，k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数。
物体在与平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动，叫作简谐振动。
【思考问题】
回复力和振子的位移方向是什么关系？
二、简谐运动及其特征
【例题1】下列关于简谐运动回复力的说法正确的是
A.回复力是使物体回到平衡位置的力，它只能由物体受到的合外力来提供
B.回复力可以是物体所受到的某一个力的分力
C.回复力的方向总是跟物体离开平衡位置的位移方向相同
D.回复力的方向总是跟物体的速度方向相反
二、简谐运动及其特征
【观察与思考】
请观看实验视频，将振子安装在气垫导轨上，把一比较长的白纸放在导轨下，在振子上固定一毛笔（笔头朝下，笔尖与纸面轻触），用其记录在白纸上记录振子的振动情况。
（1）匀速拉动白纸，观察白纸上的痕迹，思考图像能表示什么？
（2）将振子拉离平衡位置一定距离后让其振动，等振动稳定后，匀速拉动白纸，观察白纸上的痕迹，根据所学的函数知识，判断它可能是什么函数图像，这个图像又代表什么？
二、简谐运动及其特征
沙漏
水平弹簧振子
竖直弹簧振子
二、简谐运动及其特征
5．运动学特征
一个完整的振动过程，如振子经历B→O→B′→O→B路径。一个完整的振动过程叫作一次全振动。
【讨论与交流】
（1）请总结图中的振子在完成一次全振动的过程中的位移、回复力、加速度、速度等物理量的变化情况，完成下表。（大小变化选填：“增大”“减小”“最大”“O”或不变，方向选填“向右”或者“向左”）
二、简谐运动及其特征
二、简谐运动及其特征
向右
向左
向左
最大
减小
0
增大
最大
减小
0
增大
不变
不变
不变
不变
0
增大
最大
减小
0
增大
最大
减小
向右
向左
向右
向右
0
增大
最大
减小
0
增大
最大
减小
向左
向左
向右
向右
0
增大
最大
减小
0
增大
最大
减小
向左
向左
向左
向右
向右
0
增大
最大
减小
0
增大
最大
减小
最大
减小
0
增大
最大
减小
0
增大
二、简谐运动及其特征
【讨论与交流】
（2）振子在振动过程中，离开平衡位置的距离、回复力、加速度、速度和能量具有什么特征？
能量特征：振动的能量包括动能Ek和势能Ep，简谐运动过程中，系统动能与势能相互转化，系统的机械能守恒。
二、简谐运动及其特征
运动学特征：简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比，而方向相反，为变加速运动，远离平衡位置时，x、F、a、Ep均增大，v、Ek均减小，衡位置时则相反。
二、简谐运动及其特征
周期性特征：相隔T或nT的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同。
对称性特征:
三、弹簧振子的位移—时间图像（即振动图像)
问题：怎样才能得到小球的位置与时刻的关系呢？
思考1：图像是不是振子的运动轨迹？
思考2：简谐振动还可以怎么定义？
1、定义：如果振子的位移与时间的关系遵循正弦或者余弦函数规律,具有这种特征的运动叫作简谐运动。
振子位移随时间的图像
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，这样的振动是一种简谐运动。简谐运动是最基本的振动。
2、图象意义:表示一个振子不同时刻所在的位置或者一个振子位移随时间的变化规律。
三、弹簧振子的位移—时间图像（即振动图像)
思考3：从振动图像上可以获取哪些信息？
(1)振幅和周期
(2)任一时刻物体的位置
(3)任一时间段内的路程
3、描述简谐运动的特征物理量：振幅、周期、频率
三、弹簧振子的位移—时间图像（即振动图像)
随堂练
【例题2】(多选)在光滑斜面上的物块A被平行于斜面的轻弹簧拉住静止于O点，如图所示.现将物块A沿斜面拉到B点无初速度释放，物块A在B、C范围内做简谐运动，则下列说法正确的是
A.OB越长，振动能量越大
B.在振动过程中，物块A的机械能守恒
C.物块A与轻弹簧构成的系统的势能，当物块A在C点时最大，当物块A在O点时最小
D.物块A与轻弹簧构成的系统的势能，当物块A在C点时最大，当物块A在B点时最小
1、回复力：使振动物体回到平衡位置的力.
简谐运动回复力的特点：如果质点所受的回复力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且始终指向平衡位置（即与位移方向相反）。
2、简谐运动位移-时间图像为正弦或余弦曲线
课堂小结

展开更多......

收起↑