2022-2023學(xué)年粵教版（2019）選擇性必修第一冊(cè) 2.1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 課件（33張PPT）

高二—粵教版—物理—第二單元

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)復(fù)習(xí)回顧高中階段我們學(xué)過的運(yùn)動(dòng)形式有哪些？按運(yùn)動(dòng)軌跡分類：直線運(yùn)動(dòng)曲線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)變速直線運(yùn)動(dòng)勻變速直線運(yùn)動(dòng)變加速直線運(yùn)動(dòng)拋體運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)平拋運(yùn)動(dòng)斜拋運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)變速圓周運(yùn)動(dòng)秋千的搖蕩、擺鐘的擺動(dòng)、琴弦的抖動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)的共同特點(diǎn)是什么？秋千擺鐘物體在某個(gè)固定位置附近做重復(fù)的往返運(yùn)動(dòng).琴弦一、機(jī)械振動(dòng)

1、定義：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)叫作機(jī)械振動(dòng)，簡(jiǎn)稱振動(dòng).比如：鐘擺的擺動(dòng)，水上浮標(biāo)的浮動(dòng)，蒸汽機(jī)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在微風(fēng)中樹梢的搖擺，振動(dòng)的音叉、鑼、鼓、琴弦等都是機(jī)械振動(dòng).振動(dòng)的軌跡可能是直線也可能是曲線；平衡位置是質(zhì)點(diǎn)原來(lái)靜止的位置（此位置振動(dòng)方向上合力為零）；振動(dòng)具有周期性。二、認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)（以彈簧振子的振動(dòng)為例）2.理想化條件：

（1）不計(jì)阻力

（2）小球可視為質(zhì)點(diǎn)1.彈簧振子：

理想條件下，輕彈簧和小球（即振子）所組成的系統(tǒng).3.平衡位置:振子原來(lái)“可處于靜止”時(shí)的位置（振動(dòng)方向上合力為0）建立坐標(biāo)軸：以平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O，水平向右為正方向。振子在振動(dòng)過程中，所受的重力和支持力平衡，對(duì)振子的運(yùn)動(dòng)無(wú)影響.影響振子運(yùn)動(dòng)的只有彈簧的彈力.這個(gè)力的方向跟振子偏離平衡位置的位移方向相反，總指向平衡位置，它的作用是使振子能返回平衡位置，這個(gè)力叫作回復(fù)力.4.振子在振動(dòng)過程中的受力情況在彈性限度內(nèi)，振子所受回復(fù)力F的大小跟振子偏離平衡位置的位移x的大小成正比，即:F=-kx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相反.物體在與平衡位置的位移大小成正比，并且總指向平衡位置的回復(fù)力的作用下的振動(dòng)，叫作簡(jiǎn)諧振動(dòng).4.振子在振動(dòng)過程中的受力情況(1)平衡位置是回復(fù)力為零的位置.(2)回復(fù)力的方向總是指向平衡位置.(3)回復(fù)力是根據(jù)力的效果命名的，可能由合力、某個(gè)力或某個(gè)力的分力提供.它等于振動(dòng)物體在振動(dòng)方向上所受的合力.例題1：下列關(guān)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力的說(shuō)法正確的是A.回復(fù)力是使物體回到平衡位置的力，它只能由物體受到的合外力來(lái)提供B.回復(fù)力可以是物體所受到的某一個(gè)力的分力C.回復(fù)力的方向總是跟物體離開平衡位置的位移方向相同D.回復(fù)力的方向總是跟物體的速度方向相反解析：B.回復(fù)力是根據(jù)力的效果命名的，可能由合力、某個(gè)力或某個(gè)力的分力提供.它等于振動(dòng)物體在振動(dòng)方向上所受的合力.因此A錯(cuò)誤，B正確?；貜?fù)力的方向跟物體離開平衡位置的位移方向相反，與速度方向無(wú)關(guān)，因此CD都錯(cuò)誤。例題2：(多選)如圖所示，物體m系在兩水平彈簧之間，彈簧勁度系數(shù)分別為k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，兩彈簧均處于自然伸長(zhǎng)狀態(tài)，今向右拉動(dòng)m，然后釋放，物體在B、C間振動(dòng)(不計(jì)阻力)，O為平衡位置，則下列說(shuō)法正確的是A.m做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，OC＝OBC.回復(fù)力F＝－kxB.m做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，OC≠OBD.回復(fù)力F＝－3kx解析：AD.以O(shè)為原點(diǎn)，水平向右為正方向，物體在右方x處時(shí)所受合力為F＝－3kx，因此物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).由對(duì)稱性可知OC＝OB.5、振子在振動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)情況:（3）全振動(dòng)：振子經(jīng)歷的一個(gè)完整振動(dòng)過程.（4）周期T、頻率f（單位時(shí)間內(nèi)全振動(dòng)的次數(shù)）f=1/T（2）振幅A（標(biāo)量），物理意義：描述振動(dòng)強(qiáng)弱的物理量.（1）振子的位移（位置）:由平衡位置O指向末位置的有向線段.例題3：彈簧振子在A、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，O為平衡位置，A、B間距離是20cm，振子從A到B運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是2s，如圖3所示，則彈簧振子的振幅A＝___cm，彈簧振子的振動(dòng)周期為___s，頻率f＝_____Hz.1040.25怎樣才能得到小球的位置與時(shí)刻的關(guān)系呢？5、振子在振動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)情況:將振子安裝在光滑水平桿上.把一卷足夠?qū)挼陌准埛旁谧郎?在振子上固定一支鉛筆(筆頭向下，筆尖與紙面輕觸)，用其在白紙上記錄振子的振動(dòng)情況.將振子拉離平衡位置一定距離后讓其振動(dòng).等振動(dòng)穩(wěn)定后，勻速拉動(dòng)白紙.觀察白紙上的痕跡，根據(jù)所學(xué)的函數(shù)知識(shí)，判斷它是什么函數(shù)的圖像，這個(gè)圖像又代表什么.20-20t/sx/cm01234567思考1：圖像是不是振子的運(yùn)動(dòng)軌跡？思考2：簡(jiǎn)諧振動(dòng)還可以怎么定義？5、振子在振動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)情況:圖像不是振子的運(yùn)動(dòng)軌跡.振子的位移-時(shí)間函數(shù)為正弦或者余弦函數(shù),具有這種特征的運(yùn)動(dòng)叫作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).振子位移隨時(shí)間的圖像思考3：從振動(dòng)圖像上可以獲取哪些信息？20-20t/sx/cm01234567(1)振幅和周期(2)任一時(shí)刻物體的位置(3)任一時(shí)間段內(nèi)的路程t/sO3-3816x/cm例題：如圖是某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像，請(qǐng)回答以下問題.1、質(zhì)點(diǎn)的振幅、周期？2、4s末、10s末質(zhì)點(diǎn)位置在哪里？質(zhì)點(diǎn)的振幅為3cm，周期為16s.4s末質(zhì)點(diǎn)位置在3cm處，10s末質(zhì)點(diǎn)位置在10cm處.t/sO3-3816x/cm4、質(zhì)點(diǎn)在4s、16s內(nèi)通過的路程分別是多少？例題4：如圖是某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像，請(qǐng)回答以下問題.質(zhì)點(diǎn)在4s內(nèi)通過的路程為3cm，16s內(nèi)通過的路程為12cm.3、1s末、6s末質(zhì)點(diǎn)向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？1s末質(zhì)點(diǎn)向正方向運(yùn)動(dòng)，6s末質(zhì)點(diǎn)向負(fù)方向運(yùn)動(dòng).三、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量特征物理量變化過程A→OO→BB→OO→A位移方向大小回復(fù)力F方向大小速度v方向大小動(dòng)能大小勢(shì)能大小向右減小向左減小向左增大增大減小向左增大向右增大向左減小減小增大向左減小向右減小向右增大增大減小向右增大向左增大向右減小減小增大三、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量特征1.在平衡位置，振子離開平衡位置的距離為零，所受回復(fù)力為零，加速度為零，速度最大，動(dòng)能最大，彈性勢(shì)能為零;2.在最大振幅處，振子離開平衡位置的距離最大，所受回復(fù)力的大小最大，加速度的大小最大，速度為零，動(dòng)能為零，彈性勢(shì)能最大.當(dāng)振子離開平衡位置的距離從零向最大值變化時(shí)，回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、彈性勢(shì)能等都由距離為零時(shí)對(duì)應(yīng)的值向距離最大時(shí)對(duì)應(yīng)的值變化，反之亦然.在回復(fù)力的作用下，振子在振動(dòng)過程中離開平衡位置的距離、加速度、速度、動(dòng)能、彈性勢(shì)能等在每個(gè)周期里完全重復(fù)、這樣的運(yùn)動(dòng)叫作周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng).例題5：(多選)如圖所示，一彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是A.若位移為負(fù)值，則加速度一定為正值B.振子通過平衡位置時(shí)，速度為零，位移最大C.振子每次經(jīng)過平衡位置時(shí)，位移相同，速度也一定相同D.振子每次通過同一位置時(shí)，其速度不一定相同，但位移一定相同解析：AD.振子的位移為負(fù)值時(shí)，受到的力為正值，加速度為正值，故A正確；當(dāng)振子通過平衡位置時(shí)，位移為零，速度最大，故B錯(cuò)誤；振子每次通過平衡位置時(shí)，位移相同，速度大小相等，方向不一定相同，故C錯(cuò)誤；振子每次通過同一位置時(shí)，位移相同，速度大小相同，方向不一定相同，故D正確.例題6：(多選)如圖是某一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像，下列說(shuō)法正確的是A.在第1s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)速度逐漸增大B.在第2s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)速度逐漸增大C.在第3s內(nèi)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能D.在第4s內(nèi)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能解析：BC.在第1s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)由平衡位置向正向最大位移處運(yùn)動(dòng)，做減速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在第2s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)由正向最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)，做加速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B正確；在第3s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)由平衡位置向負(fù)向最大位移處運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，選項(xiàng)C正確；在第4s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)由負(fù)向最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.三、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量特征

對(duì)于彈簧振子，最初將振子拉離平衡位置，其實(shí)是將彈性勢(shì)能儲(chǔ)存在彈簧中.彈簀儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能的多少與最初彈簧的形變量和勁度系數(shù)有關(guān).同--彈簀，彈簀的形變量越大，所儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能越大;相同的形變量，彈簧的勁度系數(shù)越大，彈簧儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能越大.

當(dāng)振子在振幅最大處時(shí)，彈簧彈性勢(shì)能最大，振子動(dòng)能為零;當(dāng)振子在平衡位置時(shí)，彈簧彈性勢(shì)能為零，振子動(dòng)能最大彈簧在振動(dòng)過程中，彈簧振子的彈性勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，其和等于最初給定的彈性勢(shì)能，機(jī)械能守恒.例題：物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過程中，下列說(shuō)法正確的是A.當(dāng)物體的位移減小時(shí)，其速度和加速度的方向一定相同B.當(dāng)物體的速度變化最快時(shí)，其動(dòng)能最大C.當(dāng)物體的加速度與速度反向時(shí)，其回復(fù)力正在減小D.在物體的動(dòng)能相等的兩個(gè)時(shí)刻，其加速度相同解析：A.位移減小，物體向平衡位置運(yùn)動(dòng)，并且加速度的方向始終指向平衡位置，故A正確；速度變化最快時(shí)，加速度最大，處于最大位移處，動(dòng)能為零，故B錯(cuò)誤；當(dāng)加速度與速度反向時(shí)，速度的方向指向最大位移處，位移增大，回復(fù)力增大，故C錯(cuò)誤；動(dòng)能相等的兩個(gè)時(shí)刻，速度大小相等，位移方向不一定相同，即加速度方向也不一定相同，故D錯(cuò)誤.例題7：如圖甲所示為以O(shè)點(diǎn)為平衡位置，在A、B兩點(diǎn)間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子，圖乙為這個(gè)彈簧振子的振動(dòng)圖像，以向右為正方向，由圖可知下列說(shuō)法中正確的是A.在t＝0.2s時(shí)刻，彈簧振子運(yùn)動(dòng)

到O位置B.在t＝0.1s與t＝0.3s兩個(gè)時(shí)刻，

彈簧振子的速度相同C.從t＝0到t＝0.2s的時(shí)間內(nèi)，彈簧振子的動(dòng)能持續(xù)地減小D.在t＝0.2s與t＝0.6s兩個(gè)時(shí)刻，彈簧振子的加速度相同√例題8：(多選)在光滑斜面上的物塊A被平行于斜面的輕彈簧拉住靜止于O點(diǎn)，如圖所示.現(xiàn)將物塊A沿斜面拉到B點(diǎn)無(wú)初速度釋放，物塊A在B、C范圍內(nèi)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，則下列說(shuō)法正確的是A.OB越長(zhǎng)，振動(dòng)能量越大B.在振動(dòng)過程中，物塊A的機(jī)械能守恒C.物塊A與輕彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)的勢(shì)能，當(dāng)物塊A在C點(diǎn)

時(shí)最大，當(dāng)物塊A在O點(diǎn)時(shí)最小D.物塊A與輕彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)的勢(shì)能，當(dāng)物塊A在C點(diǎn)

時(shí)最大，當(dāng)物塊A在B點(diǎn)時(shí)最小√√1.(多選)關(guān)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力，以下說(shuō)法正確的是A.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力不可能是恒力B.做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體的加速度方向與位移方向總是相反C.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中回復(fù)力的公式F＝－kx中k是彈簧的勁度系數(shù)，x是彈簧的長(zhǎng)度D.做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體每次經(jīng)過平衡位置回復(fù)力一定為零解析：ABD.物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到的回復(fù)力為F＝－kx，k是比例系數(shù)，x是物體相對(duì)平衡位置的位移，回復(fù)力不可能是恒力，故A正確，C錯(cuò)誤；物體的回復(fù)力方向總是指向平衡位置，與位移方向相反，所以加速度方向與位移方向總是相反，故B正確；每次經(jīng)過平衡位置回復(fù)力為零，故D正確.2.將彈簧振子從平衡位置下拉一段距離Δx，靜止釋放后振子在A、B間振動(dòng)，且AB＝20cm，振子由A首次到B的時(shí)間為0.1s，求：(1)振子振動(dòng)的振幅、周期和頻率；2.將彈簧振子從平衡位置下拉一段距離Δx，靜止釋放后振子在A、B間振動(dòng)，且AB＝20cm，振子由A首次到B的時(shí)間為0.1s，求：(2)振子由A首次到O的時(shí)間；解析：根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性可知，振子由A首次到O的時(shí)間與振子由O首次到B的時(shí)間相等，均為0.05s.2.將彈簧振子從平衡位置下拉一段距離Δx，靜止釋放后振子在A、B間振動(dòng)，且AB＝20cm，振子由A首次到B的時(shí)間為0.1s，求：(3)振子在5s內(nèi)通過的路程及偏離平衡位置的位移大小.解析：設(shè)彈簧振子的振幅為A，A＝10cm.振子在1個(gè)周期內(nèi)通過的路程為4A，故在t＝5s＝25T內(nèi)通過的路程s＝40×25cm＝1000cm.5s內(nèi)振子振動(dòng)了25個(gè)周期，故5s末振子仍處在A點(diǎn)，所以振子偏離平衡位置的位移大小為10cm.3.如圖所示，水平方向上有一彈簧振子，O點(diǎn)是其平衡位置，振子在a和b之間振動(dòng)，關(guān)于振子，下列說(shuō)法正確的是A.在a點(diǎn)時(shí)加速度最大，速度最大B.在O點(diǎn)時(shí)速度最大，位移最大C.在b點(diǎn)時(shí)位移最大，速度最小D.在b點(diǎn)時(shí)加速度最大，速度最大解析：C.O點(diǎn)為彈簧振子的平衡位置，振子在O點(diǎn)時(shí)加速度為零，位移為零，速度最大，故B錯(cuò)誤；振子在a、b兩點(diǎn)時(shí)，位移最大，加速度最大，速度為零，故A、D錯(cuò)誤，C正確.