人教版選修34 第11章 第1節(jié)簡諧運(yùn)動 課件（43張）.ppt

第十一章 機(jī)械振動 情景切入 鐘擺的運(yùn)動給人們提供了一種計(jì)時(shí)的方法 共振篩的運(yùn)用提高了人們的勞動效率 車箱與車軸間的減振板使車輛的運(yùn)動更加平穩(wěn) 聲帶的振動可使我們通過語言交流思想感情 地震則可能給人類帶來巨大的災(zāi)難 振動是一把雙刃劍 由此可見學(xué)習(xí)機(jī)械振動的重要性 振動是一種運(yùn)動的形式 并不僅僅局限于力學(xué) 在電學(xué)中同樣有它的身影 這在3 2教材中已經(jīng)有過體現(xiàn) 通過本章的學(xué)習(xí)你將融會貫通 知識導(dǎo)航 機(jī)械運(yùn)動的形式是多種多樣的 有平動 轉(zhuǎn)動 振動 波動等形式 這一章主要學(xué)習(xí)機(jī)械振動中最簡單 最基本的一種周期性運(yùn)動 簡諧運(yùn)動 本章首先講述了簡諧運(yùn)動的基本特點(diǎn) 然后通過圖象介紹簡諧運(yùn)動的規(guī)律和特點(diǎn) 簡諧運(yùn)動的實(shí)例 單擺 受迫振動等知識 本章的重點(diǎn)是理解和掌握簡諧運(yùn)動的規(guī)律 掌握簡諧振動的公式和圖象 應(yīng)用單擺的周期公式解決一些實(shí)際問題 而對于簡諧運(yùn)動中的力 位移 速度和加速度之間的變化特點(diǎn) 是本章的難點(diǎn) 學(xué)法指導(dǎo) 1 本章是力學(xué)內(nèi)容的進(jìn)一步延續(xù)和拓展 是運(yùn)用力學(xué)和運(yùn)動學(xué)規(guī)律分析 判斷具體問題的典范 要應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律的分析方法來理解簡諧運(yùn)動過程中力 加速度 速度的變化特點(diǎn) 用機(jī)械能守恒定律來理解動能和勢能的變化規(guī)律 2 要學(xué)好本章知識 還需要運(yùn)用數(shù)學(xué)知識及研究方法處理物理實(shí)際問題 要學(xué)會通過圖象分析質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動規(guī)律 3 本章知識比較瑣碎 概念較多 且振動的規(guī)律與直線運(yùn)動規(guī)律存在很大差異 應(yīng)在理解概念和本章規(guī)律上多下工夫 要通過實(shí)例理解振動的周期性和對稱性 充分利用這些特點(diǎn)解決振動問題 4 在閱讀教材時(shí) 對教材中出現(xiàn)的 做一做 思考與討論 實(shí)驗(yàn) 科學(xué)漫步 等材料 要認(rèn)真研讀 加強(qiáng)與同學(xué)的交流與合作 第一節(jié)簡諧運(yùn)動 學(xué)習(xí)目標(biāo) 知識導(dǎo)圖 課前預(yù)習(xí) 1 機(jī)械振動 1 定義 物體 或物體的一部分 在某一 位置附近的往復(fù)運(yùn)動 叫機(jī)械振動 簡稱振動 2 特征 第一 有一個(gè) 中心位置 即 位置 也是振動物體靜止時(shí)的位置 第二 運(yùn)動具有 知識點(diǎn)1 機(jī)械振動與彈簧振子 中心 平衡 往復(fù)性 2 彈簧振子 1 彈簧振子 彈簧振子是指 和 所組成的系統(tǒng) 是一種 模型 2 振子模型 有水平彈簧振子和豎直彈簧振子 如圖所示 圖甲中球與桿之間的摩擦可以 且彈簧的質(zhì)量與小球的質(zhì)量相比可以 小球 彈簧 理想化 忽略 忽略 1 建立坐標(biāo)系以小球的 為坐標(biāo)原點(diǎn) 沿著 方向建立坐標(biāo)軸 小球在平衡位置 時(shí)它對平衡位置的位移為正 在 時(shí)為負(fù) 以水平彈簧振子為例 2 位移 時(shí)間圖象橫坐標(biāo)表示振子振動的 縱坐標(biāo)表示振子相對 的位移 3 物理意義反映了振子的 隨 的變化規(guī)律 知識點(diǎn)2 彈簧振子的位移 時(shí)間圖象 平衡位置 它的振動 右邊 左邊 時(shí)間 平衡位置 位移 時(shí)間 1 簡諧運(yùn)動 1 定義 如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從 函數(shù)的規(guī)律 即它的振動圖象 x t圖象 是一條 曲線 這樣的振動叫做簡諧運(yùn)動 2 特點(diǎn) 簡諧運(yùn)動是最 最 的振動 簡諧運(yùn)動的位移隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化 所以它不是 運(yùn)動 是變力作用下的 運(yùn)動 知識點(diǎn)3 簡諧運(yùn)動及其圖象 正弦 正弦 基本 簡單 勻變速 變加速 2 簡諧運(yùn)動的圖象 1 形狀 正 余 弦曲線 如圖所示 2 物理意義 表示振動的質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻偏離 的位移 是位移隨時(shí)間的變化規(guī)律 3 獲取信息 從圖象上可直接看出不同時(shí)刻振動質(zhì)點(diǎn)的 大小和方向 平衡位置 位移 判一判 1 簡諧運(yùn)動是勻變速運(yùn)動 2 彈簧振子每次經(jīng)過平衡位置時(shí) 位移為零 動能最大 3 簡諧運(yùn)動是最簡單 最基本的振動 4 彈簧振子的運(yùn)動不一定是簡諧運(yùn)動 5 簡諧運(yùn)動的圖象描述的是振動質(zhì)點(diǎn)的軌跡 6 只要質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化 這個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動就是簡諧運(yùn)動 預(yù)習(xí)反饋 d 答案 振子的位移 時(shí)間圖象不是振子的運(yùn)動結(jié)軌跡 例如 水平方向的彈簧振子的運(yùn)動軌跡是一條水平線段 課內(nèi)探究 提示 小球?yàn)樗芰闲∏?質(zhì)量較小 因此該裝置不能看作彈簧振子 小球的位移大小為ob的長度 方向由o指向b 探究一對彈簧振子和簡諧運(yùn)動的理解 1 實(shí)際物體看作理想振子的條件 1 彈簧的質(zhì)量比小球的質(zhì)量小得多 可以認(rèn)為質(zhì)量集中于振子 小球 2 構(gòu)成彈簧振子的小球體積足夠小 可以認(rèn)為小球是一個(gè)質(zhì)點(diǎn) 3 忽略彈簧以及小球與水平桿之間的摩擦力 4 小球從平衡位置被拉開的位移在彈性限度內(nèi) 2 對簡諧運(yùn)動的位移 速度和加速度的理解 1 簡諧運(yùn)動的位移位移的表示方法 以平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn) 以振動所在的直線為坐標(biāo)軸 規(guī)定正方向 則某時(shí)刻振子偏離平衡位置的位移可用該時(shí)刻振子所在位置的坐標(biāo)來表示 2 簡諧運(yùn)動的速度 物理含義 速度是描述振子在平衡位置附近振動快慢的物理量 在所建立的坐標(biāo)軸 也稱 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 特點(diǎn) 如圖所示為一簡諧運(yùn)動的模型 振子在a b之間振動 則振子在o點(diǎn)速度最大 在a b兩點(diǎn)速度為零 3 簡諧運(yùn)動的加速度 產(chǎn)生 水平彈簧振子的加速度是由彈簧彈力產(chǎn)生的 方向特點(diǎn) 總是指向平衡位置 大小變化規(guī)律 遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動 振子的加速度增大 向平衡位置運(yùn)動 振子的加速度減小 平衡位置振子的加速度為零 最大位移處振子的加速度最大 解題指導(dǎo) 1 振動物體通過同一位置 其位移的方向是一定的 而速度方向卻有兩種可能 2 在判斷簡諧運(yùn)動的位移 速度 加速度的關(guān)系時(shí) 應(yīng)作出物理情景示意圖 結(jié)合示意圖進(jìn)行分析 d 解析 若位移為負(fù)值 加速度一定為正值 而速度有兩種可能的方向 所以速度不一定為正值 故a錯(cuò)誤 質(zhì)點(diǎn)通過平衡位置時(shí) 速度最大 加速度為零 故b錯(cuò)誤 質(zhì)點(diǎn)每次通過平衡位置時(shí) 位移相同 加速度一定相同 而速度不一定相同 故c錯(cuò)誤 d正確 b 解析 物體和平臺一起做簡諧運(yùn)動 當(dāng)振動平臺運(yùn)動到最高點(diǎn)時(shí) 物體的加速度豎直向下 處于失重狀態(tài) 物體對臺面的正壓力小于物體的重力 當(dāng)振動平臺過振動中心點(diǎn)時(shí) 物體的加速度為零 物體對臺面的正壓力等于物體的重力 當(dāng)振動平臺運(yùn)動到最低點(diǎn)時(shí) 物體的加速度豎直向上 處于超重狀態(tài) 物體對臺面的正壓力大于物體的重力 因此 當(dāng)振動平臺運(yùn)動到最高點(diǎn)時(shí) 物體對臺面的正壓力最小 故選b 提示 1 一條直線 2 一條正弦 或余弦 曲線 探究二對簡諧運(yùn)動圖象的理解 1 圖象形狀 正 余 弦曲線 2 物理意義 表示振動質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻偏離平衡位置的位移 是位移隨時(shí)間的變化規(guī)律 3 從圖象可獲取的信息 1 任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移的大小和方向 如圖1所示 質(zhì)點(diǎn)在t1 t2時(shí)刻的位移分別為x1和 x2 2 任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的振動方向 看下一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置 如圖2中a點(diǎn) 下一時(shí)刻離平衡位置更遠(yuǎn) 故a此刻向上振動 3 任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度 加速度 位移的變化情況及大小比較 看下一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置 判斷是遠(yuǎn)離還是靠近平衡位置 若遠(yuǎn)離平衡位置 則速度越來越小 加速度 位移越來越大 若靠近平衡位置 則速度越來越大 加速度 位移越來越小 如圖中b 從正位移向著平衡位置運(yùn)動 則速度為負(fù)且增大 位移 加速度正在減小 c從負(fù)位移遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動 則速度為負(fù)且減小 位移 加速度正在增大 ac 解題指導(dǎo) 根據(jù)振動圖像分析問題時(shí) 要把振動圖像和振子的運(yùn)動結(jié)合起來 由圖像獲取信息形成物理情景 解析 振子在a點(diǎn)和b點(diǎn)時(shí)的位移最大 由于取向右為正方向 所以振子運(yùn)動到a點(diǎn)有正向最大位移 在b點(diǎn)有負(fù)向最大位移 則t2時(shí)刻 振子在a點(diǎn) t4時(shí)刻 振子在b點(diǎn) 故選項(xiàng)a正確 選項(xiàng)b錯(cuò)誤 振子的位移是以平衡位置為起點(diǎn) 所以在t