新教材高中物理第二章机械振动2简谐运动的描述课件新人教版选择性必修第一册.pptx

2简谐运动的描述第二章机械振动学习目标学习目标学法指导学法指导1理解振幅、周期和理解振幅、周期和频频率的率的物理意物理意义义，了解相位、初相、，了解相位、初相、相位差的概念相位差的概念2理解周期和理解周期和频频率的关系率的关系3掌握用公式描述掌握用公式描述简谐简谐运运动动的方法的方法1通通过阅读过阅读和思考，和思考，总结总结描述描述简谐简谐运运动动的的方法方法2通通过对弹过对弹簧振子所做簧振子所做简谐简谐运运动动的分析，的分析，得到有关得到有关简谐简谐运运动动的一般性的一般性规规律，使学生知律，使学生知道从个道从个别别到一般的思到一般的思维维方法方法3分析分析弹弹簧振子振簧振子振动过动过程中能量的程中能量的转转化情化情况，提高分析和解决况，提高分析和解决问题问题的能力的能力知识导图知识导图预习导学|新知领悟1振幅振幅(1)定定义义：振振动动物物体体离离开开平平衡衡位位置置的的_，叫叫作作振振动动的的振振幅幅用用A表示，单位为米表示，单位为米(m)(2)物物理理含含义义：振振幅幅是是表表示示振振动动_的的物物理理量量；振振幅幅反反映映了了振振动动的强弱和振动系统能量的大小的强弱和振动系统能量的大小描述简谐运动的物理量描述简谐运动的物理量最大距离最大距离幅度大小幅度大小2周期和频率周期和频率(1)周周期期：做做简简谐谐运运动动的的物物体体完完成成一一次次全全振振动动所所需需要要的的_，用用T表示，国际单位：表示，国际单位：s.(2)频频率率：物物体体完完成成全全振振动动的的_与与所所用用时时间间之之比比，用用f表表示示，单位：单位：Hz.(3)周期周期T与频率与频率f的关系：的关系：f_.(4)物物理理意意义义：周周期期和和频频率率都都是是表表示示物物体体_的的物物理理量量，周周期期越越小，频率小，频率_，表示振动越快，表示振动越快时间时间次数次数振动快慢振动快慢越大越大1做做简谐运运动的的物物体体连续两两次次通通过同同一一位位置置的的过程程，是是否否就就是是一一次全振次全振动？【答答案案】不不一一定定只只有有连连续续两两次次以以相相同同的的速速度度通通过过同同一一位位置置的的过过程程，才是一次全振动才是一次全振动2如如果果改改变弹簧簧振振子子的的振振幅幅，其其振振动的的周周期期是是否否会会改改变呢呢？弹簧簧振振子子的的周周期期与与什什么么因因素素有有关关呢呢？我我们可可以以提提出出哪哪些些猜猜想想？怎怎样设计一一个个实验来来验证这个猜想？个猜想？【答答案案】猜猜想想：影影响响弹弹簧簧振振子子周周期期的的因因素素可可能能有有：振振幅幅、振振子子的的质质量量、弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数等等我我们们可可以以设设计计这这样样一一个个实实验验：弹弹簧簧一一端端固固定定，弹弹簧簧的的另另一一端端连连着着有有孔孔小小球球，使使小小球球在在光光滑滑的的水水平平杆杆上上滑滑动动通通过过改改变变振振幅幅、振振子子的的质质量量和和弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数，测测量量不不同同情情况况下下振振子子的的周周期期注注意在改变一个物理量的时候其他物理量应保持不变意在改变一个物理量的时候其他物理量应保持不变(多多选)一一个个质质点点做做简简谐谐运运动动，其其振振动动图图像像如如图图所所示示，下下列列说说法法中正确的是中正确的是()A振动周期为振动周期为4 sB振动频率为振动频率为0.25 HzC振动的振幅为振动的振幅为10 cmD5 s末质点的位移为零末质点的位移为零【答案】【答案】ABD【解解析析】由由图像像可可看看出出，T4 s，f0.25 Hz，A5 cm,5秒秒末末x0，故故A、B、D正确，正确，C错误简谐运动的表达式简谐运动的表达式2表达式中各量的意义表达式中各量的意义(1)“A”表示简谐运动的表示简谐运动的“_”(2)是是一一个个与与_成成反反比比、与与_成成正正比比的的量量，叫叫作作简简谐谐运动的运动的_(3)“T”表表示示简简谐谐运运动动的的_，“f”表表示示简简谐谐运运动动的的频频率率，它它们们之之间的关系为间的关系为f_.振幅振幅周期周期频率频率圆频率圆频率周期周期相位相位初相位初相位初相初相【答答案案】它它们们的的振振幅幅分分别别为为3a和和9a，比比值值为为13；频频率率分分别别为为2b和和4b.2简谐运运动的相位差的相位差21的含的含义是什么？是什么？两两 个个 简简 谐谐 运运 动动 的的 表表 达达 式式 分分 别别 为为 x1 4sin(4t)cm和和 x22sin(2t)cm，它们的振幅之比为，它们的振幅之比为_，各自的频率之比是，各自的频率之比是_【答案】【答案】2121【解解析析】由由题意意知知A14 cm，A22 cm，14 rad/s，22 rad/s，则A1A221，f1f21221多维课堂|素养初培扬声器声器发声声时，手摸喇叭的，手摸喇叭的发音音纸盆会感盆会感觉到到它它在在振振动，把音响声音，把音响声音调大，大，发觉纸盆的振盆的振动更更加加剧烈烈，想想，想想这是是为什么？什么？【答答案案】扬扬声声器器发发出出的的声声音音是是由由其其喇喇叭叭的的纸纸盆盆振振动动形形成成的的，振振动动越越剧剧烈烈，即即振振幅幅越越大大，纸纸盆盆振振动动的的能能量量越越大大，喇喇叭叭越越响响，手手感感觉觉纸纸盆盆振振动动得越厉害，说明振幅是反映振动剧烈程度的物理量得越厉害，说明振幅是反映振动剧烈程度的物理量描述简谐运动的物理量及其关系的理解描述简谐运动的物理量及其关系的理解1对全振动的理解对全振动的理解正确理解全振动的概念，应注意把握振动的五个特征正确理解全振动的概念，应注意把握振动的五个特征(1)振动特征：一个完整的振动过程振动特征：一个完整的振动过程(2)物物理理量量特特征征：位位移移(x)、加加速速度度(a)、速速度度(v)三三者者第第一一次次同同时时与与初初始状态相同始状态相同(3)时间特征：历时一个周期时间特征：历时一个周期(4)路程特征：振幅的路程特征：振幅的4倍倍(5)相位特征：增加相位特征：增加2.探究总结探究总结2振幅、位移和路程的关系振幅、位移和路程的关系项项目目振幅振幅位移位移路程路程定定义义振振动动物体离开平衡位物体离开平衡位置的最大距离置的最大距离从平衡位置指向振子从平衡位置指向振子所在位置的有向所在位置的有向线线段段运运动轨动轨迹的迹的长长度度矢、矢、标标性性标标量量矢量矢量标标量量变变化化在在稳稳定的振定的振动动系系统统中中不不发发生生变变化化大小和方向随大小和方向随时间时间做做周期性周期性变变化化随随时间时间增加增加联联系系(1)振幅等于位移最大振幅等于位移最大值值的数的数值值；(2)振子在一个周期内的路程等于振子在一个周期内的路程等于4个振幅；而振子在一个周个振幅；而振子在一个周期内的位移等于零期内的位移等于零素素养养点点评：本本探探究究通通过对描描述述简谐运运动的的物物理理量量及及其其关关系系的的理理解解，培养培养“物理物理观念念”素养素养描述描述简谐运运动的物理量的物理量精精练练1弹弹簧簧振振子子以以O点点为为平平衡衡位位置置在在B、C两两点点间间做做简简谐谐运运动动，B、C相距相距20 cm，某时刻振子处于，某时刻振子处于B点，经过点，经过0.5 s，振子首次到达，振子首次到达C点求：点求：(1)振子的振幅；振子的振幅；(2)振子的周期和频率；振子的周期和频率；(3)振子在振子在5 s内通过的路程大小内通过的路程大小【答案】【答案】(1)10 cm(2)1 s1 Hz(3)200 cm变变式式1(多多选)弹弹簧簧振振子子在在A、O、B之之间间做做简简谐谐运运动动，如如图图所所示示，O为为平平衡衡位位置置，测测得得A、B间间距距为为8 cm，完完成成30次次全全振振动动所所用用时时间间为为60 s则则()A振动周期是振动周期是2 s，振幅是，振幅是8 cmB振动频率是振动频率是2 HzC振子完成一次全振动通过的路程是振子完成一次全振动通过的路程是16 cmD振子过振子过O点时计时，点时计时，3 s内通过的路程为内通过的路程为24 cm【答案】【答案】CD【解解析析】A、B之之间的的距距离离为8 cm，则振振幅幅是是4 cm，故故A错误；T2 s，f0.5 Hz，故故B错误；振振子子完完成成一一次次全全振振动通通过的的路路程程是是4A，即即16 cm,3 s内运内运动了了1.5个周期，故个周期，故总路程路程为24 cm，故，故C、D正确正确全振全振动的理解的理解精精练练2(多多选选)如如图图所所示示，弹弹簧簧振振子子以以O点点为为平平衡衡位位置置，在在B、C间间振振动，则动，则()A从从BOCOB为一次全振动为一次全振动B从从OBOCB为一次全振动为一次全振动C从从COBOC为一次全振动为一次全振动DOB不一定等于不一定等于OC【答案】【答案】AC【解解析析】O点点为平平衡衡位位置置，B、C为两两侧最最远点点，则从从B起起经O、C、O、B的的路路程程为振振幅幅的的4倍倍，故故A正正确确；若若从从O起起经B、O、C、B的的路路程程为振振幅幅的的5倍倍，超超过一一次次全全振振动，故故B错误；若若从从C起起经O、B、O、C的的路路程程为振振幅幅的的4倍倍，故故C正正确确；因因弹簧簧振振子子的的系系统摩摩擦擦不不考考虑，所所以以它它的的振振幅幅一一定，故定，故D错误变变式式2(2021届届郑郑州州检检测测)如如图图所所示示，弹弹簧簧振振子子在在b、c两两点点之之间间做做简简谐谐运运动动，b、c之之间间的的距距离离为为10 cm，O是是平平衡衡位位置置，振振子子每每次次从从c运运动动到到b的时间均为的时间均为0.5 s，则该弹簧振子，则该弹簧振子()A振幅为振幅为10 cmB周期为周期为0.5 sC频率为频率为1 HzD从从O点出发到再次回到点出发到再次回到O点的过程就是一次全振动点的过程就是一次全振动【答案】【答案】C【解解析析】振振幅幅是是指指偏偏离离平平衡衡位位置置的的最最大大距距离离，bc间距距是是两两倍倍的的振振幅幅，故故振振幅幅为5 cm，故故A错误；完完成成一一次次全全振振动的的时间为周周期期，c到到b是是半半个个全全振振动，时间为周周期期的的一一半半，故故周周期期为1 s，故故B错误；周周期期和和频率率互互为倒倒数数，故故频率率为1 Hz，故故C正正确确；振振子子从从O点点出出发到到再再次次回回到到O点点的的过程程就是全振就是全振动的一半，故的一半，故D错误振幅与路程的关系振幅与路程的关系振振动中中的的路路程程是是标量量，是是随随时间不不断断增增大大的的一一个个周周期期内内的的路路程程为4倍的振幅，半个周期内的路程倍的振幅，半个周期内的路程为2倍的振幅倍的振幅做做简谐运运动物物体体的的振振动位位移移随随时间按按正正弦弦函函数数规律律变化化，其其函函数数关关系式系式为xAsin(t)问题问题(1)式中式中A表示简谐运动的什么物理量？表示简谐运动的什么物理量？(2)、各表示简谐运动的什么物理量？各表示简谐运动的什么物理量？【答案】【答案】(1)振幅振幅(2)圆频率圆频率初相初相对简谐运动表达式的理解对简谐运动表达式的理解探究总结探究总结特别提醒：特别提醒：关于相位差关于相位差12的说明的说明(1)取值范围：取值范围：.(2)0，表表明明两两振振动动步步调调完完全全相相同同，称称为为同同相相，表表明明两两振动步调完全相反，称为反相振动步调完全相反，称为反相(3)0，表表示示振振动动1比比振振动动2超超前前0，表表示示振振动动1比比振振动动2滞滞后后素素养养点点评：本本探探究究通通过对简谐运运动表表达达式式的的理理解解，培培养养“科科学学思思维”素养素养对简谐运运动表达式的理解和表达式的理解和应用用【答案】【答案】CD变变式式3一一物物体体沿沿x轴轴做做简简谐谐运运动动，振振幅幅为为8 cm，频频率率为为0.5 Hz，在在t0时时，位位移移是是4 cm，且且向向x轴轴负负方方向向运运动动，试试写写出出用用正正弦弦函函数数表表示示的的振振动方程，并画出相应的振动图像动方程，并画出相应的振动图像简谐运运动的的图像像精练精练4一质点做简谐运动，其位移和时间关系如图所示一质点做简谐运动，其位移和时间关系如图所示(1)求求t0.25102 s时的位移；时的位移；(2)在在t1.5102 s到到2102 s的的振振动动过过程程中中，质质点点的的位位移移、速速度度如如何变化？何变化？(3)在在t0到到8.5102 s时间内，质点的时间内，质点的路路程程、位移各多大？、位移各多大？【答案】【答案】(1)10 cm0.2 s(2)图见解析图见解析(3)x10sin(10t)cm核心素养微专题【答案】【答案】C【解解析析】弹簧簧振振子子做做简谐运运动的的图像像如如图所所示示，图中中A点点与与B、E、F、I等等点点的的振振动位位移移大大小小相相等等，方方向向相相同同由由图可可知知，A点点与与E、I等等点点对应的的时间差差为T或或T的的整整数数倍倍，A点点与与B、F等等点点对应的的时间差差不不为T或或T的的整数倍，故整数倍，故A错误素素养养点点评：本本题通通过考考查简谐运运动的的周周期期性性，培培养养学学生生的的“科科学学思思维”素养素养课堂小练|素养达成1(2021届届张家口月考家口月考)一个物体做简谐运动，下列说法中正确的一个物体做简谐运动，下列说法中正确的是是()A物体运动过程中相距最远的两点之间的距离叫作振幅物体运动过程中相距最远的两点之间的距离叫作振幅B物体先后两次经过同一位置所经历的时间叫作振动周期物体先后两次经过同一位置所经历的时间叫作振动周期C物体在物体在1秒钟内完成全振动的次数叫作振动频率秒钟内完成全振动的次数叫作振动频率D物体在各个时刻所处的不同状态叫作初相位物体在各个时刻所处的不同状态叫作初相位【答案】【答案】C【解解析析】偏偏离离平平衡衡位位置置最最大大的的距距离离叫叫振振幅幅，故故A错误；物物体体先先后后以以相相同同的的运运动状状态通通过同同一一位位置置所所经历的的时间叫叫作作振振动周周期期，故故B错误；物物体体在在1秒秒钟内内完完成成全全振振动的的次次数数叫叫作作振振动频率率，故故C正正确确；物物体体在在各各个个时刻所刻所处的不同状的不同状态叫作相位，故叫作相位，故D错误【答案】【答案】C3(2021届届昌昌吉吉校校级期期中中)如如图图所所示示，小小球球在在B、C之之间间做做简简谐谐运运动动，O为为BC间的中点，间的中点，B、C间的距离为间的距离为10 cm，则下列说法正确的是，则下列说法正确的是()A小球的最大位移是小球的最大位移是10 cmB只只有有在在B、C两两点点时时，小小球球的的振振幅幅是是5 cm，在在O点点时时，小小球球的的振振幅幅是是0C无论小球在任何位置，它的振幅都是无论小球在任何位置，它的振幅都是10 cmD从任意时刻起，一个周期内小球经过的从任意时刻起，一个周期内小球经过的路路程程都是都是20 cm【答案】【答案】D【解解析析】小小球球位位移移的的起起点点是是O，小小球球经过B或或C点点时位位移移最最大大，最最大大位位移移为 5 cm，故故A错误小小球球做做简谐运运动，振振幅幅不不变，由由图知知，振振幅幅为A5 cm，故故B、C错误根根据据对称称性性和和周周期期性性可可知知，从从任任意意时刻刻起起，一一个个周周期期内内小小球球经过的的路路程程都都是是4倍倍振振幅幅，即即为4A45 cm20 cm，故故D正确正确4(2021届届滨州州期期中中)某某简简谐谐运运动动的的位位移移时时间间图图像像如如图图所所示示，下下列列说法正确的是说法正确的是()A简谐运动的振幅为简谐运动的振幅为4 cmB简谐运动的周期为简谐运动的周期为0.4 sC位移位移时间图像就是振动质点的运动轨迹时间图像就是振动质点的运动轨迹D振动质点经过图像中振动质点经过图像中A点时速度方向沿点时速度方向沿t轴负方向轴负方向【答案】【答案】B【解解析析】由由图像像可可得得，简谐运运动的的振振幅幅为2 cm，故故A错误；由由图像像可可得得，简谐振振动的的周周期期为0.4 s，故故B正正确确；该图像像表表示示质点点的的位位移移随随时间变化化的的规律律；不不是是质点点的的运运动轨迹迹，故故C错误；由由图像像可可知知质点点A向向x轴正向运正向运动，即，即A点速度方向沿点速度方向沿x轴正方向，故正方向，故D错误【答案】【答案】BC【答案】【答案】BD