简谐运动课件 2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册.pptx

2.1 简谐运动人教版（2019）选修 第一册1.1.通过实验观察，认识机械振动。会运用理想化方法构建通过实验观察，认识机械振动。会运用理想化方法构建弹簧振子弹簧振子模型。模型。2.2.通过观察、分析和推理，证明弹簧振子的通过观察、分析和推理，证明弹簧振子的位移位移-时间图像时间图像是正弦曲线，是正弦曲线，会用图像描述会用图像描述简谐运动简谐运动。3.3.经历探究简谐运动规律的过程，能分析数据、发现特点、形成结论。经历探究简谐运动规律的过程，能分析数据、发现特点、形成结论。学习目标学习目标1.1.数学知识回顾：写出函数表达式数学知识回顾：写出函数表达式y=5sin5x导入新课导入新课（1 1）围绕着）围绕着“中心中心”位置位置（2 2）“往复往复”运动运动太阳花、玉兰花枝、蜂翅的运动，共同特点是什么？太阳花、玉兰花枝、蜂翅的运动，共同特点是什么？思考思考2.2.观察与思考观察与思考阳光下的太阳花微风中的白玉兰飞行中的蜜蜂1.1.定义：定义：2.2.特点特点（1 1）平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置振动停止时物体所在的位置振动停止时物体所在的位置（2 2）往复运动往复运动往复运动往复运动“周期性周期性”物体或物体的一部分在物体或物体的一部分在一个位置附近一个位置附近一个位置附近一个位置附近的的往复往复往复往复运动，简称振动。运动，简称振动。形成概念：机械振动形成概念：机械振动观察与演示观察与演示1 1：演示装置介绍和操作：演示装置介绍和操作本实例：从弹簧看：处于原长；本实例：从弹簧看：处于原长；从小球看：所受合力为零。从小球看：所受合力为零。1.1.平衡位置平衡位置振动停止时物体所在的位置。振动停止时物体所在的位置。小球怎样才能持续运动？小球怎样才能持续运动？小球可以看做质点吗？小球可以看做质点吗？弹簧各处的速度相等吗？考虑弹簧的质量会给研究带来怎样的困难？弹簧各处的速度相等吗？考虑弹簧的质量会给研究带来怎样的困难？思考思考一、弹簧振子一、弹簧振子2.2.建立理想化模型建立理想化模型-弹簧振子弹簧振子不计阻力不计阻力小球可视为质点。小球可视为质点。形成概念：形成概念：小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，简称振子。小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，简称振子。弹簧的质量与小球相比可以忽略。弹簧的质量与小球相比可以忽略。思考：思考：振子的运动位移随时间变化有什么规律？振子的运动位移随时间变化有什么规律？观察与演示观察与演示2 2：以以平衡位置为坐标原点平衡位置为坐标原点O O，沿振动方向建立坐标轴。规定水平向右为正向，沿振动方向建立坐标轴。规定水平向右为正向，则有：小球在则有：小球在O O点右边时位置坐标为正，在左边时位置坐标为负。点右边时位置坐标为正，在左边时位置坐标为负。小球的位置小球的位置时间图像时间图像1.1.描述描述小球的两个图像小球的两个图像ABxA AxB BxO物义：描述不同时刻小球的位置。物义：描述不同时刻小球的位置。小球的位置坐标反映小球小球的位置坐标反映小球相对平衡位置相对平衡位置的位移的位移二、弹簧振子的位移二、弹簧振子的位移时间图像时间图像小球小球的的位移位移时间时间（xt）图像）图像 *小球的位移小球的位移：ABxA AxB BxO位置位置时间图像时间图像就是就是小球的小球的位移位移时间图像时间图像。特指小球特指小球相对平衡位置相对平衡位置的位移，小球的位置坐标表示小球位移。的位移，小球的位置坐标表示小球位移。*物物义：义：表示振动的质点在不同时刻偏离平衡位置的位移表示振动的质点在不同时刻偏离平衡位置的位移。频闪照相频闪照相法法（记录相等时间间隔不同时刻小球的位置）（记录相等时间间隔不同时刻小球的位置）描点作图描点作图2.2.图像绘制方法图像绘制方法思考：思考：若底片保持不动，底片上记录下的小球各时刻位置情形如何若底片保持不动，底片上记录下的小球各时刻位置情形如何？怎样才能区分怎样才能区分(错开错开)小球在不同时刻的位置？小球在不同时刻的位置？猜想：振动图象是一条正弦曲线。猜想：振动图象是一条正弦曲线。xt0建立建立x-t坐标系；坐标系；旋转为水平方位（便于分析）旋转为水平方位（便于分析）；用平滑曲线将小球球心各个时刻位置连接。用平滑曲线将小球球心各个时刻位置连接。图像绘制图像绘制频闪时间频闪时间间隔间隔0.05s0.05s 模拟体验：绘制振动图像模拟体验：绘制振动图像 一同学匀速拉动一张白纸，另一同学沿与纸运动方向相垂直方向用铅笔往复一同学匀速拉动一张白纸，另一同学沿与纸运动方向相垂直方向用铅笔往复画线段，观察得到的图象。画线段，观察得到的图象。描图记录法描图记录法实例：实例：竖直方向振动的弹簧振子的振动图像竖直方向振动的弹簧振子的振动图像提出问题：提出问题：振动图象是什么曲线？如何采用数学方法验证？振动图象是什么曲线？如何采用数学方法验证？分析猜想：分析猜想：自主学习：自主学习：课本课本P34P35P34P35验证猜想的两种方法。验证猜想的两种方法。x-t 图象是一条正弦曲线。图象是一条正弦曲线。三、简谐运动三、简谐运动形成概念：简谐运动形成概念：简谐运动1.1.定义：定义：2 2.特点：特点：对称性对称性周期性周期性3.3.简谐运动的图像简谐运动的图像如果质点的位移与时间的关系遵从如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数正弦函数正弦函数正弦函数的规律，即它的振动图象的规律，即它的振动图象（xt图象）是一条图象）是一条正弦曲线正弦曲线正弦曲线正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。，这样的振动叫做简谐运动。振动过程振动过程关于平衡位置对称关于平衡位置对称关于平衡位置对称关于平衡位置对称，是一种，是一种往复往复往复往复运动。运动。1.1.如图所示是表示一质点做简谐运动的图象，下列说法正确的是如图所示是表示一质点做简谐运动的图象，下列说法正确的是 ()A A.该图象是从平衡位置开始计时画出的该图象是从平衡位置开始计时画出的B B.t t1 1时刻振子正通过平衡位置向正方向运动时刻振子正通过平衡位置向正方向运动C C.t t2 2时刻振子的位移最大时刻振子的位移最大D D.t t3 3时刻振子正通过平衡位置向正方向运动时刻振子正通过平衡位置向正方向运动CDCDCDCD课堂评价课堂评价(2)(2)任意时刻质点的任意时刻质点的振动振动方向方向先判断质点在这段时间内的振动方向先判断质点在这段时间内的振动方向，从而确定各物理量的变化。从而确定各物理量的变化。判断方法：判断方法：(3)(3)某段时间内位移、速度、加速度的变化情况某段时间内位移、速度、加速度的变化情况(1)(1)任意时刻质点位移的大小和方向。任意时刻质点位移的大小和方向。练后总结：练后总结：从从x-t图像上能够图像上能够获取哪些信息？获取哪些信息？考察下一时刻质点的位置考察下一时刻质点的位置判断方法：判断方法：2.2.某质点做简谐运动的振动图像如图所示某质点做简谐运动的振动图像如图所示，根据图像中的信息根据图像中的信息，回答下列问题回答下列问题：(1)(1)求质点在第求质点在第1 1.5 s5 s末的位移末的位移;(2)(2)质点振动过程中的最大位移为多少质点振动过程中的最大位移为多少?(3)(3)在前在前2 s2 s内内，质点经过的路程为多少质点经过的路程为多少?(1)(1)由由x-t图像可以读出图像可以读出1 1.5 s5 s末质点的位移为末质点的位移为-5 cm5 cm。(2)(2)前前2 s2 s内内，在在0.5 s0.5 s末和末和1.5 s1.5 s末位移最大末位移最大，大小为大小为5 cm5 cm。(3)(3)前前2 s2 s内质点先朝正方向运动一个来回内质点先朝正方向运动一个来回，共走共走10 cm;10 cm;又在负方向上运动又在负方向上运动了一个来回了一个来回，也为也为10 cm10 cm，故总路程为故总路程为20 cm20 cm。解析解析解析解析：答案：答案：答案：答案：(1)(1)-5 cm5 cm(2)5 cm(2)5 cm(3)20 cm(3)20 cm1.1.机械振动：物体在平衡位置（中心位置）两侧附近所做往复运动。通常简称机械振动：物体在平衡位置（中心位置）两侧附近所做往复运动。通常简称为振动。为振动。平衡位置：振子原来静止时的位置平衡位置：振子原来静止时的位置2.2.弹簧振子理性化模型：不计阻力、弹簧的质量与小球相比可以忽略。弹簧振子理性化模型：不计阻力、弹簧的质量与小球相比可以忽略。3.3.简谐运动：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象简谐运动：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象（xt图象）是一条正弦曲线图象）是一条正弦曲线 。课堂小结课堂小结课堂小结