高中物理 第11章 第1節(jié) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-4.ppt

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成才之路 物理 路漫漫其修遠(yuǎn)兮吾將上下而求索 人教版 選修3 4 機(jī)械振動(dòng) 第十一章 第一節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 第十一章 振動(dòng)現(xiàn)象在自然界中廣泛存在 鐘擺的擺動(dòng) 水中浮標(biāo)的上下浮動(dòng) 擔(dān)物體行走時(shí)扁擔(dān)下物體的顫動(dòng) 樹(shù)梢在微風(fēng)中的搖擺等都是振動(dòng) 振動(dòng)與我們的生活密切相關(guān) 那么我們應(yīng)怎樣研究振動(dòng)呢 1 機(jī)械振動(dòng) 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(dòng) 叫機(jī)械振動(dòng) 簡(jiǎn)稱(chēng)振動(dòng) 2 特征 第一 有一個(gè) 中心位置 即 位置 也是振動(dòng)物體靜止時(shí)的位置 第二 運(yùn)動(dòng)具有 機(jī)械振動(dòng)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(duì)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(dòng)的 縱坐標(biāo)表示振子相對(duì) 的位移 3 物理意義反映了振子的 隨 的變化規(guī)律 彈簧振子的位移 時(shí)間圖象 平衡位置 它的振動(dòng) 右邊 左邊 時(shí)間 平衡位置 位移 時(shí)間 1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 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(dòng)圖象 x t圖象 是一條 曲線 這樣的振動(dòng)叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 2 特點(diǎn) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最 最 的振動(dòng) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化 所以它不是 運(yùn)動(dòng) 是變力作用下的 運(yùn)動(dòng) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及其圖象 正弦 正弦 基本 簡(jiǎn)單 勻變速 變加速 2 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象 1 形狀 正 余 弦曲線 如圖所示 2 物理意義 表示振動(dòng)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(dòng)質(zhì)點(diǎn)的 大小和方向 平衡位置 位移 一 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(kāi)的位移在彈性限度內(nèi) 二 對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移 速度和加速度的理解1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(lái)表示 2 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的速度 1 物理含義 速度是描述振子在平衡位置附近振動(dòng)快慢的物理量 在所建立的坐標(biāo)軸 也稱(chēng) 一維坐標(biāo)系 上 速度的正負(fù)號(hào)表示振子運(yùn)動(dòng)方向與坐標(biāo)軸的正方向相同或相反 2 特點(diǎn) 如圖所示為一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的模型 振子在A B之間振動(dòng) 則振子在O點(diǎn)速度最大 在A B兩點(diǎn)速度為零 3 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的加速度 1 產(chǎn)生 水平彈簧振子的加速度是由彈簧彈力產(chǎn)生的 2 方向特點(diǎn) 總是指向平衡位置 3 大小變化規(guī)律 遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng) 振子的加速度增大 向平衡位置運(yùn)動(dòng) 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 青州一中2014 2015學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè) 如圖所示 一彈簧振子在一條直線上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 第一次先后經(jīng)過(guò)M N兩點(diǎn)時(shí)速度v v 0 相同 那么 下列說(shuō)法正確的是 A 振子在M N兩點(diǎn)所受彈簧彈力相同B 振子在M N兩點(diǎn)相對(duì)平衡位置的位移相同C 振子在M N兩點(diǎn)加速度大小相等D 從M點(diǎn)到N點(diǎn) 振子先做勻加速運(yùn)動(dòng) 后做勻減速運(yùn)動(dòng)答案 C 解析 因位移 速度 加速度和彈力都是矢量 它們要相同必須大小相等 方向相同 M N兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng) 振子所受彈力應(yīng)大小相等 方向相反 振子位移也是大小相等 方向相反 由此可知 A B選項(xiàng)錯(cuò)誤 振子在M N兩點(diǎn)的加速度雖然方向相反 但大小相等 故C選項(xiàng)正確 振子由M O速度越來(lái)越大 但加速度越來(lái)越小 振子做加速運(yùn)動(dòng) 但不是勻加速運(yùn)動(dòng) 振子由O N速度越來(lái)越小 但加速度越來(lái)越大 振子做減速運(yùn)動(dòng) 但不是勻減速運(yùn)動(dòng) 故D選項(xiàng)錯(cuò)誤 由以上分析可知 正確答案為C 三 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的應(yīng)用1 對(duì)圖象的理解圖象反映的是做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律 是一條正弦曲線 它不是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象和運(yùn)動(dòng)軌跡是完全不同的兩個(gè)概念 圖象是曲線 軌跡可能是直線 也可能是曲線 2 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 如下圖所示 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(dòng)方向 看下一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置 如下圖中a點(diǎn) 下一時(shí)刻離平衡位置更遠(yuǎn) 故a此刻向上振動(dòng) 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(lái)越小 加速度 位移越來(lái)越大 若靠近平衡位置 則速度越來(lái)越大 加速度 位移越來(lái)越小 如圖中b 從正位移向著平衡位置運(yùn)動(dòng) 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(dòng) 則速度為負(fù)且減小 位移 加速度正在增大 河北邢臺(tái)外國(guó)語(yǔ)學(xué)校2014 2015學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè) 如圖所示 下列說(shuō)法正確的是 A 振動(dòng)圖象上的A B兩點(diǎn)振動(dòng)物體的速度相同B 在t 0 1s和t 0 3s時(shí) 質(zhì)點(diǎn)的加速度大小相等 方向相反C 振動(dòng)圖象上A B兩點(diǎn)的位移大小相等 方向相反D 質(zhì)點(diǎn)在t 0 2s和t 0 3s時(shí)的動(dòng)能相等答案 B解析 由圖看出A B兩點(diǎn)振動(dòng)物體的速度大小相等 方向相反 A B兩點(diǎn)的位移大小相等方向相同 故A C選項(xiàng)錯(cuò)誤 在t 0 1s和t 0 3s時(shí) 加速度等大 反向 故B正確 質(zhì)點(diǎn)在t 0 2s在平衡位置 動(dòng)能最大 t 0 3s時(shí)在最大位移處 動(dòng)能最小 故D錯(cuò)誤 關(guān)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 下列說(shuō)法正確的是 A 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)一定是水平方向的運(yùn)動(dòng)B 所有的振動(dòng)都可以看做是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)C 物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)一定可以得到正弦曲線形的軌跡線D 只要振動(dòng)圖象是正弦曲線 物體一定做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的理解 解析 物體的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)并不一定只在水平方向發(fā)生 各個(gè)方向都有可能發(fā)生 A錯(cuò) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的振動(dòng) B錯(cuò) 做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的軌跡線并不是正弦曲線 C錯(cuò) 物體振動(dòng)的圖象是正弦曲線 一定是做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) D對(duì) 答案 D 濟(jì)寧市2014 2015學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè) 如圖所示 一彈性小球被水平拋出 在兩個(gè)互相豎直平行的平面間運(yùn)動(dòng) 小球落在地面之前的運(yùn)動(dòng) A 是機(jī)械振動(dòng) 但不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)B 是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 但不是機(jī)械振動(dòng)C 是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 同時(shí)也是機(jī)械振動(dòng)D 不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 也不是機(jī)械振動(dòng)答案 D 解析 機(jī)械振動(dòng)具有往復(fù)的特性 可以重復(fù)地進(jìn)行 小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 沒(méi)有重復(fù)運(yùn)動(dòng)的路徑 因此不是機(jī)械振動(dòng) 當(dāng)然也肯定不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的x t關(guān)系如圖甲所示 以x軸正向?yàn)樗俣葀的正方向 該質(zhì)點(diǎn)的v t關(guān)系是 對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的理解 答案 B 北京市東城東2013 2014學(xué)年高二下學(xué)期期末 如圖甲所示 彈簧振子以點(diǎn)O為平衡位置 在A B兩點(diǎn)之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 取向右為正方向 振子的位移x隨時(shí)間t的變化如圖乙所示 下列說(shuō)法正確的是 A t 0 4s時(shí) 振子的速度方向向右B t 0 8s時(shí) 振子在O點(diǎn)和B點(diǎn)之間C t 0 6s和t 1 2s時(shí)刻 振子的速度完全相同D t 1 5s到t 1 8s的時(shí)間內(nèi) 振子的加速度逐漸減小答案 D解析 t 0 4s時(shí) 振子的速度向左 A錯(cuò)誤 t 0 8s時(shí) 振子在OA之間 B錯(cuò) t 0 6s和t 1 2s時(shí)刻振子的速度方向相反 C錯(cuò) t 1 5s到t 1 8s時(shí)間內(nèi)振子從B運(yùn)動(dòng)到O 加速度逐漸減小 D正確 研究一個(gè)物體的振動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 可以通過(guò)作出的振動(dòng)圖象來(lái)判斷 如圖所示 在彈簧振子的小球上安置一記錄用的毛筆P 在下面放一白紙帶 當(dāng)小球振動(dòng)時(shí)沿垂直于振動(dòng)方向勻速拉動(dòng)紙帶 毛筆P就在紙帶上畫(huà)出一條振動(dòng)曲線 此曲線有什么特征 為什么 探究 應(yīng)用 解析 通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出紙帶留下的是一條正弦 或余弦 曲線 這是因?yàn)閺椈烧褡拥倪\(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 用紙帶的運(yùn)動(dòng)距離表示時(shí)間 因?yàn)榫嚯xx vt 所以拉動(dòng)紙帶時(shí) 就可表示不同時(shí)刻振子離開(kāi)平衡位置的距離 因而可以說(shuō)毛筆所畫(huà)下的痕跡就是彈簧振子的振動(dòng)圖象 所以曲線是一條正弦 或余弦 曲線 點(diǎn)評(píng) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象并不是新內(nèi)容 本質(zhì)上就是位移 時(shí)間圖象 在必修一中所學(xué)的位移 時(shí)間圖象知識(shí)都可以用 某臺(tái)心電圖儀的出紙速度 紙帶移動(dòng)的速度 為2 5cm s 醫(yī)院進(jìn)行體檢時(shí)記錄下某人的心電圖如圖所示 已知圖紙上每小格邊長(zhǎng)為5mm 設(shè)在每分鐘內(nèi)人的心臟搏動(dòng)次數(shù)為人的心率 則此人的心率約為多少 保留兩位有效數(shù)字 答案 心率為75次每分鐘