2018-2019學(xué)年高中物理 第十一章 機(jī)械振動 第1節(jié) 簡諧運動課件 新人教版選修3-4.ppt

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第十一章機(jī)械振動,1簡諧運動,讀一讀,辨一辨,一、彈簧振子及其位移—時間圖象閱讀教材第2頁,知道機(jī)械振動的概念,知道彈簧振子及其相關(guān)物理概念。1.機(jī)械振動的定義是什么?答案：物體(或物體的一部分)在平衡位置附近所做的往復(fù)運動,叫作機(jī)械振動,簡稱振動。2.平衡位置是什么位置?答案：物體原來靜止時的位置叫作平衡位置。3.彈簧振子的位移—時間圖象中位移是什么?答案：研究振動時所說的位移,都是對于平衡位置的位移。因此,字母x具有雙重意義:它既表示小球的位置(坐標(biāo)),又表示小球的位移。,讀一讀,辨一辨,二、簡諧運動及其圖象閱讀教材第3、4頁,知道簡諧運動,初步掌握簡諧運動的規(guī)律。1.什么是簡諧運動?答案：如果質(zhì)點的位移與時間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律,即它的振動圖象(x-t圖象)是一條正弦曲線,這樣的振動叫作簡諧運動。2.簡諧運動有什么特點?答案：簡諧運動是最簡單、最基本的機(jī)械振動,其振動過程關(guān)于平衡位置對稱,是一種往復(fù)運動。彈簧振子的運動就是簡諧運動。,讀一讀,辨一辨,1.思考辨析(1)簡諧運動就是指彈簧振子的運動。()解析：只要運動的x-t圖象滿足正余弦曲線,該運動即為簡諧運動。答案：(2)簡諧運動是機(jī)械振動中最簡單、最基本的一種運動。()答案：√,讀一讀,辨一辨,2.探究討論。(1)簡諧運動的x-t圖象是質(zhì)點的運動軌跡嗎?答案：簡諧運動的圖象反映的是質(zhì)點的位移隨時間的變化規(guī)律,是一條正弦曲線,它不是質(zhì)點的運動軌跡。(2)彈簧振子是理想化物理模型嗎?答案：彈簧振子與我們學(xué)習(xí)的質(zhì)點、點電荷等一樣,是理想化的物理模型,是為研究問題而抓住主要因素、忽略次要因素的一種科學(xué)的處理方法。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,對彈簧振子和簡諧運動的理解如圖所示,彈簧連接的塑料小球穿在細(xì)木桿上,該裝置是否為彈簧振子?若不計小球與桿間的摩擦,小球運動過程中通過B點時,小球的位移如何表示?要點提示：小球為塑料小球,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。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,1.對彈簧振子的理解(1)彈簧振子是一個理想化模型,跟前面學(xué)習(xí)的質(zhì)點、點電荷等一樣,是為研究問題而抓住主要因素、忽略次要因素的一種科學(xué)的處理方法。(2)平衡位置①振子靜止時的位置,在平衡位置時,小球受到的合力為零。②在平衡位置時,彈簧不一定處于原長。(3)實際物體看作彈簧振子的四個條件①彈簧的質(zhì)量比物體的質(zhì)量小得多,可以認(rèn)為整體質(zhì)量集中于物體上;②構(gòu)成彈簧振子的物體體積足夠小,可以認(rèn)為物體是一個質(zhì)點;③忽略彈簧以及物體與水平桿之間的摩擦力;④物體從平衡位置被拉開的位移在彈性限度內(nèi)。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,2.對簡諧運動的理解(1)簡諧運動的位移①振動位移可用從平衡位置指向振子所在位置的有向線段表示,方向為從平衡位置指向振子所在位置,大小為平衡位置到該位置的距離。②位移的表示方法:以平衡位置為坐標(biāo)原點,以振動所在的直線為坐標(biāo)軸,規(guī)定正方向,則某時刻振子偏離平衡位置的位移可用該時刻振子所在位置的坐標(biāo)來表示。(2)簡諧運動的速度①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)軸上,速度的正、負(fù)號表示振子運動方向與坐標(biāo)軸的正方向相同或相反。②特點:平衡位置速度最大,兩端位置速度最小。,簡諧運動中的位移、速度和加速度是彼此獨立的物理量,在同一位置,物體的位移和加速度的方向是一定的,而速度的方向卻有兩種可能。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,【例題1】導(dǎo)學(xué)號73884001關(guān)于水平放置的彈簧振子的運動,下列說法正確的是()A.若位移為負(fù)值,則速度一定為正值,加速度也一定為正值B.振子通過平衡位置時,速度為零,加速度最大C.振子每次通過平衡位置時,加速度相同,速度也一定相同D.振子每次通過同一位置時,其速度不一定相同,但加速度一定相同【思考問題】(1)水平放置的彈簧振子通過平衡位置時受到彈簧的彈力是零嗎?為什么?提示：由于彈簧在平衡位置時處于原長狀態(tài),故對振子沒有彈力。(2)振子通過平衡位置時速度方向有幾種可能?提示：由于振子做往復(fù)運動,故振子通過平衡位置時速度方向有兩種可能。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,解析：如圖所示,因為彈簧振子的位移是以平衡位置O為起點的,設(shè)向右為正,則當(dāng)振子在OB段時,位移為正,在OA段時位移為負(fù),可見當(dāng)振子由O向A運動時其位移為負(fù)值,速度也是負(fù)值,故選項A錯誤;振子在平衡位置時,彈力為零,加速度a為零,但速度最大,故選項B錯誤;振子在平衡位置O時,速度方向可以是不同的,故選項C錯誤;位移相同時,彈簧產(chǎn)生彈力相同,a相同,但振子在該點的速度方向可以向左,也可以向右,故選項D正確。答案：D歸納總結(jié)分析彈簧振子運動各量的變化關(guān)系時,要和實際彈簧振子的運動聯(lián)系起來,畫出草圖后進(jìn)行分析。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1彈簧振子在光滑水平面上做簡諧運動,在振子向平衡位置運動的過程中()A.振子所受的彈力逐漸增大B.振子的位移逐漸增大C.振子的速度逐漸減小D.振子的加速度逐漸減小解析：向平衡位置運動時位移逐漸減小,而彈力與位移成正比,故彈簧彈力減小,由牛頓第二定律知,加速度也減小。振子向著平衡位置運動時,彈力與速度方向一致,故振子的速度逐漸增大。答案：D,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,對簡諧運動圖象的理解如圖所示,在彈簧振子的小球上固定安置一記錄用的繪圖筆P,在下面放一條白紙帶,繪圖筆可在紙上留下痕跡。(1)振子振動時白紙不動,畫出的軌跡是怎樣的?(2)振子振動時,勻速拖動白紙,畫出的軌跡又是怎樣的?要點提示：(1)一條線段。(2)一條正弦曲線。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.形狀:正弦曲線。2.物理意義:表示振動的質(zhì)點在不同時刻偏離平衡位置的位移,是位移隨時間的變化規(guī)律。3.獲取信息:(1)任意時刻質(zhì)點位移的大小和方向。如圖甲所示,質(zhì)點在t1,t2時刻的位移分別為x1和-x2。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,(2)任意時刻質(zhì)點的振動方向:看下一時刻質(zhì)點的位置,如圖乙中A點,下一時刻離平衡位置更遠(yuǎn),故A點此刻向上振動。(3)某段時間內(nèi)位移、速度、加速度的變化情況判斷:先判斷質(zhì)點在這段時間內(nèi)的振動方向,從而確定各物理量的變化。如圖甲所示,質(zhì)點在t1時刻到t0時刻這段時間內(nèi),離平衡位置的位移變小,故質(zhì)點正向平衡位置運動,速度增大,位移和加速度都變小。彈簧振子的軌跡是一條線段,振動圖象是正弦曲線。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題2】導(dǎo)學(xué)號73884002某質(zhì)點做簡諧運動的振動圖象如圖所示,根據(jù)圖象中的信息,回答下列問題:(1)質(zhì)點在第1.5s末的位移是多少?(2)質(zhì)點振動過程中的最大位移為多少?(3)在前2s內(nèi),質(zhì)點經(jīng)過的路程為多少?,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【思考問題】振動圖象描述的是質(zhì)點的哪些物理量之間的關(guān)系?如何分析它們之間的關(guān)系?提示：振動圖象描述的是質(zhì)點的位移隨時間的變化關(guān)系,要把質(zhì)點的振動情況和圖象結(jié)合起來進(jìn)行分析。解析：(1)由x-t圖象可以讀出1.5s末質(zhì)點的位移為-5cm。(2)前2s內(nèi),在0.5s末和1.5s末位移最大,大小為5cm。(3)前2s內(nèi)質(zhì)點先朝正方向運動一個來回,共走10cm;又在負(fù)方向上運動了一個來回,也為10cm,故總路程為20cm。答案：(1)-5cm(2)5cm(3)20cm,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,歸納總結(jié)簡諧運動圖象的應(yīng)用(1)可以從圖象中直接讀出某時刻質(zhì)點的位移大小和方向、速度方向、質(zhì)點的最大位移;(2)也可比較不同時刻質(zhì)點位移的大小、速度的大小;(3)還可以預(yù)測一段時間后質(zhì)點位于平衡位置的正向或負(fù)向、質(zhì)點位移的大小與方向、速度的方向和大小的變化趨勢。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練2如圖甲所示,彈簧振子的最左端M(或最右端N)距離平衡位置的距離為L,規(guī)定向右為正,其振動圖象如圖乙所示,下列說法正確的是()A.圖中x0應(yīng)為LB.O~t1時間內(nèi)振子由M向O運動,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析：結(jié)合題圖甲、乙可以知道t1時刻位移為正值且最大,振子位于N點,x0應(yīng)為L,選項A正確;O~t1時間內(nèi)位移為正值,且逐漸增大,,負(fù)方向運動到負(fù)的最大位移處,再沿正方向運動到位移為零處,選項D錯誤。答案：A,1234,,,,,1.(對簡諧運動圖象的理解)下列圖象能夠表示簡諧運動圖象的是()答案：BCD,1234,,,,,2.(簡諧運動中各物理量的變化規(guī)律)對于彈簧振子的簡諧運動,下述說法正確的是()A.振子通過平衡位置時,加速度最小B.振子在最大位移處時,速度最大C.振子在連續(xù)兩次通過同一位置時,速度相同D.振子連續(xù)兩次通過同一位置時,動能相同解析：振子經(jīng)過平衡位置時加速度為零,故選項A正確;振子在最大位移處時速度最小,故選項B錯誤;速度大小相同,方向相反,故選項C錯誤;動能是標(biāo)量,振子經(jīng)過同一位置時速度的大小相同,則動能相同,故選項D正確。答案：AD,1234,,,,,3.(對簡諧運動圖象的理解)一簡諧運動的圖象如圖所示,在0.1~0.15s這段時間內(nèi)()A.加速度增大,速度變小,加速度和速度方向相同B.加速度增大,速度變小,加速度和速度方向相反C.加速度減小,速度變大,加速度和速度方向相同D.加速度減小,速度變大,加速度和速度方向相反解析：由題圖可知,在0.1~0.15s這段時間內(nèi),位移為負(fù)且增大,表明物體遠(yuǎn)離平衡位置運動,則加速度增大,速度減小,加速度與速度方向相反,故選項B正確。答案：B,1234,,,,,4.導(dǎo)學(xué)號73884003(對簡諧運動圖象的理解)一個彈簧振子經(jīng)過平衡位置O,在A、B間做簡諧運動,如圖甲所示,它的運動圖象如圖乙所示。設(shè)向右為正方向,則:(1)OB=cm。(2)0.2s末振子的速度方向是。(3)0.4s末振子的加速度方向是。(4)0.7s時,振子位置在點與點之間。(5)振子從O經(jīng)B運動到A所需時間t=s。,1234,,,,,解析：(1)從題圖上看出OB=5cm。(2)根據(jù)正方向的規(guī)定及振動圖象知,振子從位置B開始計時,0.2s末,振子回到平衡位置O,向負(fù)方向運動,所以此時速度方向從O指向A。(3)0.4s末振子到達(dá)A點,位移為負(fù),彈力應(yīng)為正,此時加速度方向由A指向O。(4)0.7s時,位移為正,振子在O點與B點之間。(5)從圖象上讀出振子從O經(jīng)B到A需時間t=0.23s=0.6s。答案：(1)5(2)O→A(3)A→O(4)OB(5)0.6,